进水池尺寸对流态的影响分析

进水池的主要尺寸有后墙距、悬空高、池长、池宽等。这些尺寸对进水池的流态都有影响。

（一）后墙距

大量试验证明，进水管口紧靠后墙，即管口与后墙的距离T=0时，进水条件最好。其主要原因是水流在池中旋转的自由度小，不容易产生环流和旋涡。但对于叶轮靠近吸水喇叭口的立式轴流泵，有的资料认为，水泵离后墙太近时，也会形成进口流速和压力分布不均匀，容易引起水泵效率下降。此外，管口紧靠后墙，还会给安装维修带来困难。一般可取T=（0.3～0.5）D进，如图8-34所示。

图8-34　进水池的主要尺寸

图8-35　悬空高太大时的流态

（二）悬空高P

悬空高P即为进水管口至池底的距离，如图8-35所示。根据水流连续定律，通过进口至池底间圆柱表面的流量Q1=πD进Pv'进（其中v'进为进水管口以下圆柱表面上的水流平均速度），通过进水管入口断面的流量Q2=πv进/4（其中v进为进水管口断面平均流速），Q1应该等于Q2，即πD进Pv'进=π v进/4。由此可得悬空高P：

由于v进一般为v'进的1.5～3.0倍，因此，悬空高一般为（0.4～0.7）D进。当P太小时，进口阻力增大；当P太大时，会加大进水池的开挖深度，增加工程造价。对于叶轮靠近进口的立式轴流泵，当P＞D进时，将会造成进口压力和流速分布不均匀的单面进水（如图8-35所示），使水泵效率下降。因此，悬空高也不宜过大。图8-36是悬空高对水泵性能的影响。

图8-36　悬空高对水泵性能的影响

（三）淹没深度h淹

淹没深度h淹即进水池水面到进水管口的水深，它对水泵的吸水性能有决定性的影响。当h淹太小时，池中水面将会出现向下凹陷的旋涡（如图8-37a所示）。随着淹没深度的逐渐减少，旋涡开始断断续续将空气带入水泵（图8-37b），这时的淹没深度为临界淹没深度h临淹。如淹没深度再继续减少，则旋涡会连续将空气带入水泵（图8-37c），甚至产生围绕水泵旋转的柱状旋涡（图8-37d），空气大量进入水泵，从而使水泵效率大幅度下降，并产生强烈振动。有关资料表明，当水中带有1%的空气时，水泵效率可能下降5%～15%，当吸入10%的空气时，水泵就无法工作。因此，合理确定淹没深度h淹，在运行中使进水池的淹没深度大于临界淹没深度，是十分重要的。

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图8-37　不同形态的旋涡

临界淹没深度的影响因素很多，如进水池的行近流速大小、后墙距的长短、喇叭口直径的大小、悬空高度的高低等对它都有影响。图8-38为进水喇叭口直径对临界淹没深度的影响。图8-39为喇叭口直径和悬空高度一定时，改变池宽和后墙距所得的临界淹没深度值。由此可见，喇叭口直径越大，v进则小，故临界淹没深度越小，后墙距越小。进水池的宽度B减小后也可减少临界淹没深度。但B＜1.6D进后，水泵效率开始下降。

图8-38　进水喇叭口直径对临界淹没深度的影响

确定临界淹没深度的方法很多，一般可以采用以下公式计算：

图8-39　池宽和后墙距对临界淹没深度的影响

式中：Fr为管口弗劳德数，Fr=；其余符号意义同前。

（四）进水池长度L

进水池必须有足够的有效容积，以保证水泵起动时进水池水位不至急速下降。否则，在起动过程中可能使淹没深度不足而使起动困难，甚至无法起动。确定进水池长度，就是根据进水池的有效容积为流量的倍数来计算的，即hBL=KQ，由此可得：

式中：L为进水池的最小长度，m；Q为水泵流量，m3/s；h为进水池水深，m，即h=h淹+P；B为进水池宽度，m；K为秒换水系数，s。

当Q＜0.5m3/s时，K=25～30；当Q＞0.5m3/s时，K=15～20。

一般规定，在任何情况下，皆应满足L'≥4D进的要求，其中L'为管口中心至进水池进口的距离。