降低管路进口能耗损失

管路进口取消底阀和滤网后，其进口形式和尺寸不同时，阻力系数ζ进的大小也不相同。图7-7表示水平进水管的进口阻力系数ζ进与管径D、进口伸入池中的长度L以及管壁厚度t的关系。由图可见：①ζ进与L/D有关，L/D越大，ζ进也增大，但L/D＞0.5以后，ζ进趋进于1.0。当L/D=0，即进口与池壁齐平时，阻力系数为0.5。因此，从节能的观点看，不希望进水管伸入进水池中；②ζ进与伸入水池的管壁相对厚度t/D有关，t/D=0.05时，ζ进=0.5，当t/D≈0（即把进口管壁磨成尖角）时，ζ进可增加到1.0以上。

图7-7　水平进水管的进口阻力系数

此外，管路水平进口还有很多形式，主要几种如图7-8所示。它们的进口阻力系数也各不相同。由图可知，进口阻力系数ζ进在3～0.005的很大范围内变化，可见选择进口形式对减小阻力系数是很重要的。

垂直进口的阻力系数也与进口形式有关。由图7-9可见，如果将等径的进口改为椭圆形喇叭口，阻力系数可以从1.0减小到0.1，从而达到提高管路效率的目的。

在研究进水管进口能量损失的同时，还应该考虑泵站的工程投资。因为进口形式不同时，所需要的淹没深度及悬空高度都各有所异（见图7-10）。水平吸入的阻力系数一般比垂直吸入小，但要求的淹没深度也大，进水池底板高程低，工程量较大。对于水平吸入的进水管，为了减少淹没深度和进口损失，可以采取图7-10（c）的特殊喇叭口。

图7-8　水平和倾斜进口形式及其阻力系数

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图7-9　垂直进口形式及其阻力系数

图7-10　进口形式与淹没深度

理论和试验证明，进口形式之所以与最小淹没深度有关，是因为当进水池水位低于最低淹没深度时，进水池的水面将出现漏斗旋涡，当该旋涡把空气带进水泵一方面会减少流量，降低扬程和效率，另一方面还会使水泵产生强烈振动。水泵机组长期在强烈振动的情况下运行，不仅会影响运行人员的工作环境，而且还会缩短机组寿命。因此，对于进水池表面产生进气漏斗旋涡的泵站进行改造是很有必要的。

进气旋涡的形成与很多因素有关，如淹没深度、进口形式和尺寸、进口断面的流速等。对于已经建成的泵站，特别是大型块基型泵站，其进水流道是用钢筋混凝土与底板浇筑在一起，因此，要降低进口上缘的淹没深度是不可能的。但是，改变进口的形状和进口流速有时是可以办到的。如某大型泵站建成后出现强烈振动，经研究分析，其原因是进口形状也不合理，进口流速太大是重要原因之一。如图7-11所示，由于进口断面较小，使得进口流速过大。另外，因为流道进口上缘不是曲线形，从而使水流进入流道上缘后产生低压旋涡区2，增大了该处与水面大气的压力差，使得进口上缘的最小淹没深度hmin时出现表面进气旋涡4。当该旋涡将空气带入水泵时，机组将会强烈振动。为此可以将进水流道向进水池方向延伸（如图中虚线所示），并将进口上缘做成曲线形，这样不仅使进口流速明显减小，进口上缘也不会出现旋涡低压区，断面流速分布更加均匀。这种改造方案可以使最小淹没深度h'min大大减小，也就是说，h'min比hmin更小的情况下也不至于出现进气旋涡。

图7-11　进水流道进口的改造

1—水平肘弯形进水流道；2—低压旋涡区；3—流道进口；4—进气旋涡