刁軍偉 張曉芳 夏姝珺

（南京市水利規(guī)劃設計院有限責任公司，江蘇南京 210016）

0 引言

進水流道是泵站工程的重要組成部分，與水泵共同組成過流通道。工程實踐和試驗觀測表明，進水流道水流狀態(tài)對水泵性能有較大影響，流道設計的合理與否直接影響機組的運行效率和安全。

常見的塊基型泵站進水流道包括肘形、鐘形、貫流式、斜式和簸箕型等，其中，以鐘形進水流道和肘形進水流道應用最多。

1 進水流道設計

1.1 設計要點

進水流道基本要求是流道末端（即水泵吸水室進口）流速和壓力分布均勻、速度環(huán)量為零。流道出口水流偏流角和流道阻力系數(shù)決定末端水流的水力特性，直接影響水泵能量特性和汽蝕特性，流道的水力損失關系到水泵裝置效率的高低。若流道設計不當，易產(chǎn)生漩渦或加大漩渦強度，渦帶進入水泵，會引起水泵汽蝕、機組振動；若空氣進入水泵內，則將導致水泵流量減小、效率降低。

進水流道設計應為水泵提供均勻的流速分布和壓力分布等進水條件，流道內應無回流及有害漩渦（渦帶），避免產(chǎn)生振動、噪音等。在實際設計中，需要針對工程特點選擇合適的水泵機組及進水流道型式，同時，要兼顧土建投資和施工可行性。工程設計中主要考慮以下因素：

（1）流道水力損失小，流道末端斷面的流速和壓力分布均勻。

（2）在各種工況下，不允許有渦帶進入水泵，盡量減少流道內漩渦。

（3）流道進口斷面處流速宜取0.8～1.0 m/s。

（4）選擇合適的流道寬度和開挖深度，尤其應減少開挖深度，以降低土建工程量，節(jié)約投資。

（5）流道線型應簡單，便于施工。

1.2 主要設計參數(shù)分析

1.2.1 吸水室

進水流道吸水室形式對流態(tài)的影響較大。流態(tài)從差到好依次排序為矩形、多邊形、半圓形和渦殼形，相應對施工工藝要求由低到高。

1.2.2 流道高度

流道高度H是流道設計的重要參數(shù)。在滿足流道水力性能良好的前提下，流道高度大則利于水流流態(tài)調整，但底板高程降低，開挖深度工程量大；設計合理時，H越小土建造價越經(jīng)濟。肘形進水流道H/D值一般為1.5～1.8（H和D分別為流道高度和葉輪直徑），鐘形進水流道H/D=1～1.5，可見其H相對較小，據(jù)日本有關試驗資料，在鐘形進水流道H/D=1～1.4的范圍內水泵效率最高。

1.2.3 喇叭管和導水錐

喇叭管與導水錐型線設計是進水流道設計關鍵，一般采用二次曲線，常用的有橢圓曲線法和zi=KDi2法等。設計要求喇叭管與導水錐之間的環(huán)形截面面積沿流程單調遞增。設置在底板上的導水錐對流態(tài)有利，可以消除渦帶，避免引起水泵強烈振動，使水流在流道內的流速均勻地遞增。

2 工程實例簡介

筆者以無錫市伯瀆港泵站工程（鐘形進水流道加箱涵式出水流道）為例，對泵站鐘形流道設計進行分析。

2.1 無錫市城市防洪伯瀆港泵站工程

伯瀆港泵站設計流量45 m3/s，配套葉輪直徑2.2 m的2200ZLB-2.0型立式軸流泵3臺套，設計揚程1.95 m，單機設計流量15 m3/s。

2.2 進水流道選型

設計以常用的肘形和鐘形進水流道為例進行比較分析。

肘形流道應用較早，單側進水，優(yōu)點是：水流狀態(tài)較好，水力損失較小。缺點是：因流道內需要調整水流，故流道較長、較高；因安裝需要，流道底板高程比水泵葉輪中心線低得多，流道基礎開挖較深，增加了土建工程投資。

鐘形流道為四周環(huán)向進水，優(yōu)點是：流道高度小，但寬度較大，水力性能較好；缺點是：流道線型相對復雜，對施工工藝要求更高。

伯瀆港泵站工程揚程低、流量大，為減少泵室地基開挖深度，設計采用鐘形進水流道。

2.3 水力設計優(yōu)化

圖1 鐘型進水流道平面圖

圖2 鐘型進水流道縱剖面圖

設計過程中，通過水工物理模型試驗［1］和數(shù)值計算，對鐘形進水流道高度（含喇叭口懸空高度h）及后壁距離、后壁形狀開展了研究驗證。試驗和計算結果表明，鐘形進水流道的H/D介于 0.5～0.8 之間，較為合理［2］；采用平面對稱蝸殼型式后壁型線、設置導水錐和垂直隔水墩，可有效改善水流條件。

根據(jù)試驗結果對流道進行了優(yōu)化設計。設置垂直隔水墩，長度4.2 m；喇叭口懸空高度h優(yōu)化為1.3 m，同時，為降低前池和撈污機工作的深度，進一步節(jié)約土建工程量，采用了流道底板上翹5°、頂板上翹12°的優(yōu)化措施。

圖1及圖2為鐘形進水流道最終設計平面圖及縱剖面圖，進口斷面6.0 m×2.9 m，流速 0.86 m/s，單孔進水流道H為2.7 m，H/D值為1.227，流道調整段長9 m，吸水室后壁型線采用平面對稱蝸殼型式。喇叭管與導水錐型線設計采用橢圓曲線法，喇叭管及導水錐底部直徑同為3.0 m。

工程建成后經(jīng)數(shù)年運行，機組穩(wěn)定安全，達到了設計要求。

3 結語

筆者通過實例介紹了鐘形進水流道主要設計參數(shù)，水力設計優(yōu)化主要注意如下要點：

（1）合理確定流道線型尺寸及H/D取值。

（2）喇叭管與導水錐型線設計，并注意優(yōu)化喇叭口懸空高度。

（3）設置隔水墩（隔板），隔板宜設在順水流方向的喇叭口兩側。

［1］揚州大學水利科學與工程學院.無錫市九里河、伯瀆港水利樞紐泵站泵裝置模型試驗研究報告，2006.

［2］李大亮，張曉芳，陳松山.泵站出水流道的優(yōu)化試驗［J］.排灌機械，2007，25（4）.