本發明涉及一種增設分流裝置的泵站虹吸式出水管，屬于水利工程泵站技術領域。

背景技術：

對于立式或斜式軸流泵站，當出水池水位變幅不大時，常采用虹吸式出水管，配以真空破壞閥斷流方式，駝峰斷面宜設計成扁平狀。虹吸式出水管駝峰底部高程高于出水池最高水位，水泵機組啟動過程中，水泵揚程增高，負荷增大，管內水氣兩相流動隨著時間的變化亦發生復雜的變化，壓力變化劇烈，設計水力性能優異且能較好形成虹吸滿管流的出水管是保證泵站安全、穩定和高效運行的必要條件。傳統的泵站虹吸式出水管水力設計通常僅考慮穩定虹吸作用時的水力性能，忽視了水泵啟動過程中的虹吸管流動特征，所設計的虹吸管有時會存在虹吸形成時間過長，甚至流量較小時在虹吸管駝峰頂部產生滯留氣團，難以形成較好的滿管流動，從而造成虹吸管過流通道被擠壓，管內水力損失增大，影響泵站的安全、穩定和高效運行。

技術實現要素：

為了解決上述存在的問題，本發明公開了一種增設分流裝置的泵站虹吸式出水管，其具體技術方案如下：

一種增設分流裝置的泵站虹吸式出水管，該出水管的一端為出水管進水端，另一端為出水管出水端，從出水管進水端到出水管出水端依次為彎管段、上升段、過渡段、駝峰段、下降段和出口段，

所述出水管進水端的橫截面為圓形，所述出水管出水端的橫截面為矩形，

所述彎管段向上圓弧彎曲，所述上升段和過渡段均直線上升傾斜，所述駝峰段呈向下半圓弧形彎曲，所述下降段直線傾斜下降，所述出口段呈向上圓弧形彎曲，所述彎管段、上升段、過渡段、駝峰段、下降段和出口段依次連貫連接；

所述彎管段和上升段的橫截面均呈圓形，所述彎管段與上升段的連接處漸進擴大，所述過渡段的橫截面呈扁平的圓角矩形形狀，所述過渡段的橫截面漸進縮小連接到駝峰段，所述駝峰段、下降段和出口段均為矩形形狀，且從駝峰段的扁平的矩形形狀過渡到豎向矩形形狀，

所述駝峰段內設置有分流裝置，所述分流裝置的入流端靠近駝峰段入口，所述分流裝置的出流端靠近駝峰段出口，所述分流裝置與駝峰段平行布置，所述分流裝置的左右兩側與駝峰段的水平內壁連接。

所述分流裝置固定安裝在駝峰段中，或者可調節式安裝在駝峰段中，

當分流裝置固定安裝在虹吸管駝峰段中時，所述分流裝置的入流端和出流端均水平橫向貫穿設有固定軸，所述固定軸的兩端分別延伸出駝峰段的管壁，所述固定軸的端部與駝峰段的管壁密封固定；

當分流裝置可調節式安裝在駝峰段中時，所述分流裝置的入流端水平橫向貫穿有固定軸，所述固定軸的兩端分別延伸出駝峰段的管壁，所述固定軸的端部與駝峰段的管壁密封固定，所述分流裝置的出流端橫向貫穿有活動軸，所述駝峰段的水平內壁設置有縱向弧形彎曲的槽道，所述活動軸的兩端均設置有機械起動裝置，所述機械起動裝置插在對應的槽道中，且所述機械起動裝置能夠在槽道的弧形彎曲方向上移動。

所述分流裝置的入流端厚度為0，分流裝置的出流端為半圓弧形，分流裝置的上下邊線均向上弧形彎曲。

所述分流裝置的入流端和出流端厚度均為0，分流裝置的上邊線向上弧形彎曲，所述分流裝置的下邊線向下弧形彎曲。

所述分流裝置入流端位于駝峰段入口截面與駝峰段垂直截面之間，分流裝置入流端截面與駝峰段入口截面夾角α₃為0≤α₃≤α，所述α為上升段的上升角度。

所述分流裝置出流端位于駝峰段垂直截面與駝峰段出口截面之間，分流裝置出流端截面與駝峰段出口截面夾角α₆為所述β為下降段的下降角度。

所述分流裝置出流端半徑r為0≤r≤0.1H，所述H為駝峰段的斷面高度。

所述分流裝置入流端的上層進口高度H₁為0.5H≤H₁≤0.6H，分流裝置入流端的下層進口高度H₂為0.4H≤H₂≤0.5H，其中H₁+H₂＝H，所述H為駝峰段的斷面高度。

所述分流裝置出流端的上層出口高度H₃為0.35H≤H₃≤0.5H，分流裝置出流端的下層出口高度H₄為0.45H≤H₄≤0.55H，其中H₃+H₄+2r＝H，所述H為駝峰段的斷面高度，r為分流裝置出流端半徑。

本發明的有益效果是：

本發明的分流裝置可有效調整虹吸管駝峰段流速分布，增大駝峰段上層流速，加快駝峰段頂部氣團的挾帶排出，有利于更快形成虹吸滿流狀態；并可有效避免小流量工況下虹吸管內產生滯留氣團、難以形成虹吸滿流的情況。

本發明的分流裝置出流端可設置為上下調節結構，可根據運行工況調節分流裝置出流端上下層的出流比例，擴寬了分流裝置改善泵站虹吸式出水管虹吸作用過程的運行工況范圍。

本發明使用方法簡單，安裝方便，便于工程技術人員采用，可保證虹吸式出水管水力設計的質量，對泵站的安全、穩定和高效運行具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖，

圖2是圖1中的各段截面視圖，

其中1-1表示彎管段的截面視圖、2-2表示上升段的截面視圖、3-3表示過渡段的截面視圖、4-4表示駝峰段的截面視圖、5-5表示下降段的截面視圖、6-6表示出口段的截面視圖，

圖3是本發明實施例一的駝峰段的結構放大示意圖，

圖4是本發明實施例二的駝峰段的結構放大示意圖，

圖5是本發明的分流裝置作用原理示意圖，

圖6是本發明的分流裝置的安裝布置示意圖，

圖7是圖6的俯視圖布置示意圖，

圖8是本發明的可調節分流裝置出水端上下調節工作原理示意圖，

圖9是圖8的俯視圖布置示意圖，

圖10是本發明實施例一分流裝置布置示意圖，

圖11是本發明實施例二分流裝置布置示意圖，

圖12是本發明所述分流裝置實施例一數值模擬流場分布圖(T＝32s)，

圖13是本發明所述分流裝置實施例二數值模擬流場分布圖(T＝30s)，

圖14是未增加分流裝置實施例數值模擬流場分布圖(T＝36s)，

圖中：1-彎管段，2-上升段，3-過渡段，4-駝峰段，5-下降段，6-出口段，7-分流裝置，8-駝峰段滯留氣團，9-連接機械起動裝置，α-上升段的上升角度，β-下降段的下降角度，α₁-彎管段包角，α₂-駝峰段包角，d₁-彎管段直徑，d₂-上升段直徑，R-駝峰段中心線半徑，H-駝峰段斷面高度，H₁-分流裝置上層進口高度，H₂-分流裝置下層進口高度，H₃-分流裝置上層出口高度，H₄-分流裝置下層出口高度，r-分流裝置出口端圓弧半徑，α₃-分流裝置入流端截面與駝峰段入口截面夾角，α₄-分流裝置入流端截面與駝峰段垂直截面夾角，α₅-分流裝置出流端截面與駝峰段垂直截面夾角，α₆-分流裝置出流端截面與駝峰段出口截面夾角，A-分流裝置入流端固定位置，B-分流裝置出流端初始位置，C-分流裝置出流端移動位置。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發明。應理解下述具體實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。

本發明主要為改善泵站部分運行工況下，水泵起動過程中虹吸形成時間過長，甚至在虹吸管駝峰段頂部產生滯留氣團難以形成有效虹吸的問題，為此在傳統泵站虹吸式出水管駝峰段增設分流裝置，通過分流裝置調整虹吸管駝峰段流速分布，增大駝峰段上層流速，加快駝峰段頂部氣團的挾帶排出，從而有利于更快形成虹吸滿流狀態，并可有效避免小流量工況下虹吸管內產生滯留氣團、難以形成虹吸滿流的流態。

實施例一：

結合說明書附圖1、2、3、6和7，本增設分流裝置的泵站虹吸式出水管，該出水管的一端為出水管進水端，另一端為出水管出水端，從出水管進水端到出水管出水端依次為彎管段、上升段、過渡段、駝峰段、下降段和出口段。

所述出水管進水端的橫截面為圓形，所述出水管出水端的橫截面為矩形。

所述彎管段向上圓弧彎曲，所述上升段和過渡段均直線上升傾斜，所述駝峰段呈向下半圓弧形彎曲，所述下降段直線傾斜下降，所述出口段呈向上圓弧形彎曲，所述彎管段、上升段、過渡段、駝峰段、下降段和出口段依次連貫連接。

所述彎管段和上升段的橫截面均呈圓形，所述彎管段與上升段的連接處漸進擴大，所述過渡段的橫截面呈扁平的圓角矩形形狀，所述過渡段的橫截面漸進縮小連接到駝峰段，所述駝峰段、下降段和出口段均為矩形形狀，且從駝峰段的扁平的矩形形狀過渡到豎向矩形形狀。

所述駝峰段內設置有分流裝置，所述分流裝置的入流端靠近駝峰段入口，所述分流裝置的出流端靠近駝峰段出口，所述分流裝置與駝峰段平行布置，所述分流裝置的左右兩側與駝峰段的水平內壁連接。

分流裝置固定安裝在虹吸管駝峰段中，所述分流裝置的入流端和出流端均水平橫向貫穿設有固定軸，所述固定軸的兩端分別延伸出駝峰段的管壁，所述固定軸的端部與駝峰段的管壁密封固定。

所述分流裝置的入流端厚度為0，分流裝置的出流端為半圓弧形，分流裝置的上下邊線均向上弧形彎曲。

所述分流裝置入流端位于駝峰段入口截面與駝峰段垂直截面之間，分流裝置入流端截面與駝峰段入口截面夾角α₃為0≤α₃≤α，所述α為上升段的上升角度。

所述分流裝置出流端位于駝峰段垂直截面與駝峰段出口截面之間，分流裝置出流端截面與駝峰段出口截面夾角α₆為所述β為下降段的下降角度。

所述分流裝置出流端半徑r為0≤r≤0.1H，所述H為駝峰段的斷面高度。

所述分流裝置入流端的上層進口高度H₁為0.5H≤H₁≤0.6H，分流裝置入流端的下層進口高度H₂為0.4H≤H₂≤0.5H，其中H₁+H₂＝H，所述H為駝峰段的斷面高度。

所述分流裝置出流端的上層出口高度H₃為0.35H≤H₃≤0.5H，分流裝置出流端的下層出口高度H₄為0.45H≤H₄≤0.55H，其中H₃+H₄+2r＝H，所述H為駝峰段的斷面高度，r為分流裝置出流端半徑。

實施例二：

結合說明書附圖4，所述分流裝置的入流端和出流端厚度均為0，分流裝置的上邊線向上弧形彎曲，所述分流裝置的下邊線向下弧形彎曲。

其他技術特征與實施例一相同。

實施例三：

結合說明書附圖1、2、3、8和9，所述分流裝置可調節式安裝在駝峰段中，所述分流裝置的入流端水平橫向貫穿有固定軸，所述固定軸的兩端分別延伸出駝峰段的管壁，所述固定軸的端部與駝峰段的管壁密封固定，所述分流裝置的出流端橫向貫穿有活動軸，所述駝峰段的水平內壁設置有縱向弧形彎曲的槽道，所述活動軸的兩端均設置有機械起動裝置，所述機械起動裝置插在對應的槽道中，且所述機械起動裝置能夠在槽道的弧形彎曲方向上移動。

其他技術特征與實施例一相同。

實施例四：

所述分流裝置的入流端和出流端厚度均為0，分流裝置的上邊線向上弧形彎曲，所述分流裝置的下邊線向下弧形彎曲。

所述分流裝置可調節式安裝在駝峰段中，所述分流裝置的入流端水平橫向貫穿有固定軸，所述固定軸的兩端分別延伸出駝峰段的管壁，所述固定軸的端部與駝峰段的管壁密封固定，所述分流裝置的出流端橫向貫穿有活動軸，所述駝峰段的水平內壁設置有縱向弧形彎曲的槽道，所述活動軸的兩端均設置有機械起動裝置，所述機械起動裝置插在對應的槽道中，且所述機械起動裝置能夠在槽道的弧形彎曲方向上移動。

其他技術特征與實施例一相同。

下面舉例說明本發明的有益效果：

實施例1或3的結構，分流裝置根據某泵站虹吸式出水管工程設計進行增設，所述泵站工程單泵設計流量3m³/s，彎管段直徑1.2m，彎管段包角60°，上升段直徑1.4m，上升角40°，駝峰斷面高度0.7m，駝峰斷面寬度1.4m，駝峰段包角112°，下降角82°，出口斷面高度2.0m，出口寬度1.4m，出水池水位3.7m，駝峰垂直斷面底高程8.62m，水泵起動初始時刻出水池水位為3.7m，虹吸管內為空氣。

結合說明書附圖5，本發明在泵站虹吸式出水管駝峰段增設分流裝置后，水流被分割成上下兩層，通過確定入流端位置，調整虹吸管上下層流量分配比，通過確定出流端位置，調整駝峰段尾部流速分布，由于虹吸管駝峰段上層流速增大，水流挾帶駝峰段頂部氣團的能力增強，虹吸形成時間減短，且在部分小流量工況下，可有效避免虹吸管內產生滯留氣團、并導致難以形成虹吸滿流的情況。

圖10和圖11分別為增設第一種和第二種分流裝置的泵站虹吸式出水管實施例1和實施例2。實施例1分流裝置入流端位置α₃為17°，出流端位置α₆為51°，出流端圓弧半徑r為50mm，分流裝置上下邊線沿程斷面尺寸見表1。實施例2分流裝置入流端位置α₃為28°，出流端位置α₆為54°，分流裝置上下邊線沿程斷面尺寸見表2。

表1實施例1和3分流裝置上下邊線沿程斷面尺寸

表2實施例2和4分流裝置上下邊線沿程斷面尺寸

數值模擬結果表明，參考圖12、圖13和圖14，實施例1和實施例2均能明顯減少水泵起動過程中的虹吸形成時間，實施例1虹吸形成時間為34s，實施例2虹吸形成時間為32s，未增設分流裝置的虹吸管虹吸形成時間為39s，虹吸形成時間縮短10％～20％。實施例1在縮短虹吸形成時間的同時，對虹吸管下降段流速分布也有所改善，對減小虹吸管水力損失有利。

本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。