一种消除闸站一字形布置条件下泵站进水口吸气涡的方法技术领域
本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及一种消除节制闸与泵站一字形布置条件
下泵站进水口吸气涡的方法。
背景技术
由泵站和节制闸组成的泵站枢纽广泛应用于我国平原地区，其节制闸主要用于汛期将
上游的大量洪水下泄，其泵站则用于干旱季节将下游的水抽至上游灌溉。闸、站一字形布
置是泵站枢纽的布置方式之一，其特点是节制闸中心线与河道中心线一致，泵站位于节制
闸的一侧，与节制闸呈“一”字形并排布置，泵站的引河与所述河道斜交。这种布置方式
的优点是占地少、投资省、运行效率高，缺点是泵站进水口的流态易受引河来流中横向流
速的影响。对于闸、站一字形布置的方式，泵站中心线与引河中心线之间的夹角β愈小，
所需的工程量愈大，但愈不易受来流中横向流速的影响。为了不过多地增加工程量，β不
宜过小，一般取β＝(8～12)°。在闸、站一字形布置的条件下，泵站运行时进水口的流
态或多或少会受到引河来流中横向流速的影响，可能产生可将大量空气带入水泵的吸气涡，
导致水泵机组产生强烈振动，威胁到泵站的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供了一种消除闸、站一字形布置条件下泵站进水
口吸气涡的方法。本发明的特征是：利用泵站进水侧的清污机桥桥墩遏制泵站进水口由横
向流速引发的大回旋流动，从而达到消除泵站进水口吸气涡的目的；清污机桥桥墩相对于
泵站进水口的合适位置和桥墩尺寸采用三维湍流流动数值模拟方法进行研究确定，并采用
模型试验的方法对数值模拟研究结果进行验证；为实现消除泵站进水口吸气涡的目的，所
述清污机桥布置在距泵站进水流道进口断面4D0(D0为水泵叶轮直径)处，其桥孔数为所
述泵站水泵机组台数的2倍，其桥墩数为所述泵站水泵机组台数的2倍减1；奇数号桥墩
的中心线与相应水泵机组中心线在平面方向上对齐，偶数号桥墩的中心线与相应进水流道
隔墩的中心线在平面方向上对齐；在所述节制闸与所述泵站之间设置隔墙；所述清污机桥
桥墩的位置、长度及宽度和隔墙长度等尺寸可在一定范围内进行调整；所述清污机桥桥墩
的布置位置及尺寸和隔墙尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示，将这些相对值
乘以水泵叶轮直径D0即可得到应用本发明的实际尺寸。水工模型试验和工程实践结果表
明，本发明可有效消除闸、站一字形布置条件下泵站进水口的吸气涡，对于保证泵站安全
和稳定运行具有重要意义。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
1.对于闸、站一字形布置的泵站枢纽，结合泵站进口拦污和清污的需要，利用泵站进
水侧的清污机桥桥墩遏制泵站进水口由横向流速引发的大回旋流动，从而达到消除泵站进
水口吸气涡的目的；
2.采用三维湍流流动数值模拟的方法研究所述泵站进水口的三维流态及旋涡发生情
况，在所述泵站不同进水口水位、不同开机台数和不同流量组合的条件下，寻求可消除泵
站进水口吸气涡的清污机桥桥墩位置及桥墩尺寸和隔墙尺寸，并采用水工模型试验的方法
对研究成果进行验证；
3.所述清污机桥桥墩的布置位置及尺寸和隔墙尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的
相对值表示；
4.根据数值模拟和模型试验研究结果，所述泵站枢纽可用于消除泵站进水口吸气涡的
清污机桥桥墩及隔墙具有以下特征：
(1)清污机桥桥墩的尾端位于距泵站进水流道进口断面4D0处；
(2)清污机桥的孔数为所述泵站水泵机组台数的2倍，清污机桥的桥墩数为所述泵站
水泵机组台数的2倍减1；
(3)从清污机桥靠近隔墙的第1个桥墩开始对桥墩编号，奇数号桥墩的中心线与相应
水泵机组中心线在平面方向上对齐，偶数号桥墩的中心线与相应进水流道隔墩的中心线在
平面方向上对齐；
(4)清污机桥桥墩顺水流方向的长度为3D0，桥墩宽度为0.376D0，桥墩头部圆弧半
径为0.188D0，桥墩尾部圆弧半径为0.752D0；
(5)在所述节制闸与所述泵站之间设置隔墙，隔墙超出所述清污机桥桥墩顶端的长度
为2.5D0，隔墙厚度为0.28D0；
5.所述清污机桥桥墩尾端至泵站进水流道进口断面的距离、桥墩长度及宽度和隔墙长
度等尺寸可在一定范围内进行调整，以适应不同泵站枢纽的实际情况；
6.将所述清污机桥桥墩的布置位置及尺寸和隔墙尺寸的相对值乘以水泵叶轮直径D0
即可得到应用本发明的实际尺寸，单位为m；
7.根据换算和调整后的所述清污机桥桥墩的布置位置及尺寸和隔墙尺寸，应用绘图软
件绘制所需图纸。
本发明的目的是这样实现的：
1.所述闸、站一字形布置的泵站枢纽包括节制闸、泵站、隔墙、河道、泵站引河和清
污机桥，泵站位于节制闸的一侧，与节制闸成“一”字形布置；所述清污机桥布置在泵站
进水侧；节制闸与泵站之间设置隔墙；泵站水泵机组台数为n台；
2.节制闸中心线与河道中心线一致，泵站中心线与河道中心线平行，泵站中心线与引
河中心线的夹角为β；
3.结合泵站进口拦污和清污的需要，利用泵站进水侧的清污机桥桥墩遏制泵站进水口
由横向流速引发的大回旋流动，从而达到消除泵站进水口吸气涡的目的；
4.采用三维湍流流动数值模拟的方法研究所述泵站进水口的三维流态及旋涡发生情
况，在所述泵站不同进水口水位、不同开机台数和不同流量组合的条件下，寻求可消除泵
站进水口吸气涡的清污机桥桥墩位置及桥墩尺寸和隔墙尺寸，并采用水工模型试验的方法
对研究成果进行验证；
5.所述清污机桥桥墩的布置位置及尺寸和隔墙尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的
相对值表示；
6.根据数值模拟和模型试验研究结果，所述泵站枢纽可用于消除泵站进水口吸气涡的
清污机桥桥墩及隔墙具有以下特征：
(1)清污机桥桥墩尾端至泵站进水流道进口断面的距离L1＝4D0；
(2)清污机桥的孔数m＝2n，清污机桥的桥墩数k＝2n-1；
(3)从清污机桥靠近隔墙的第1个桥墩开始对桥墩依次编号为1，2，3，…，k；奇数
号桥墩的中心线与相应水泵机组中心线在平面方向上对齐，偶数号桥墩的中心线与相应进
水流道隔墩的中心线在平面方向上对齐；
(4)清污机桥桥墩顺水流方向的长度L桥墩＝3D0，桥墩宽度B桥墩＝0.376D0，桥墩头部圆
弧半径R桥墩头部＝0.188D0，桥墩尾部圆弧半径R桥墩尾部＝0.752D0；
(5)节制闸与泵站之间隔墙的长度L隔墙＝L1+L桥墩+ΔL隔墙，其中，隔墙超出所述清污机
桥桥墩顶端的长度ΔL隔墙＝2.5D0；隔墙厚度B隔墙＝0.28D0；
7.为适应不同泵站枢纽的实际情况，所述清污机桥桥墩尾端至泵站进水流道进口断面
的距离L1、桥墩长度L桥墩及宽度B桥墩和隔墙超出清污机桥桥墩顶端的长度ΔL隔墙等尺寸可采
用如下方法在一定范围内进行调整：
(1)所述清污机桥桥墩尾端至泵站进水流道进口断面的距离L1＝4D0，可在此基础上根
据泵站进水口布置的需要进行调整，但L1的调整量不大于1.0D0；
(2)所述清污机桥桥墩长度L桥墩＝3D0，可在此基础上根据泵站清污机桥结构布置的需
要进行调整，但L桥墩的调整量不大于1.5D0；
(3)所述清污机桥桥墩宽度B桥墩＝0.376D0，可在此基础上根据泵站清污机桥结构布置
的需要进行调整，但B桥墩的调整量不大于0.15D0；
(4)所述隔墙超出清污机桥桥墩顶端的长度ΔL隔墙＝2.5D0，可在此基础上根据泵站枢纽
布置的需要进行调整，同时相应调整隔墙长度L隔墙，但ΔL隔墙的调整量不大于2.0D0；
8.将所述清污机桥桥墩的布置位置及尺寸和隔墙尺寸的相对值乘以水泵叶轮直径D0
即可得到应用本发明的实际尺寸，单位为m；
9.根据换算和调整后的所述清污机桥桥墩的布置位置及尺寸和隔墙尺寸，应用绘图软
件绘制所需图纸。
与现有方法相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明利用将清污机桥布置在合适位置，压缩了引河来流中横向流速引发的泵
站进水口面层水流回旋流动的范围，在闸、站一字形布置的条件下，有效消除了进水流道
进口前的吸气涡，避免了在水泵机组运行中产生强烈振动，对确保泵站水泵机组的安全稳
定运行具有重要意义。
第二，本发明所提供的方法不需增加额外的工程量，造价较低。
第三，本发明所提供的方法简单易行，便于推广应用。
第四，本发明保留了泵站枢纽采用闸、站一字形布置所具有的占地少、投资省、运行
效率高等优点。
附图说明
图1是闸、站一字形布置的泵站枢纽平面布置示意图；
图2a是本发明的清污机桥桥墩和隔墙位置示意图；
图2b是本发明的清污机桥桥墩平面尺寸示意图；
图3是本发明的清污机桥桥墩位置调整示意图；
图4a是本发明的清污机桥桥墩长度调整示意图；
图4b是本发明的清污机桥桥墩宽度调整示意图；
图5是本发明的隔墙长度调整示意图；
图6是本发明实施例的泵站枢纽平面布置图。
图中：1节制闸，2泵站，3隔墙，4河道，5泵站引河，6清污机桥桥墩，7节制闸中
心线，8河道中心线，9泵站中心线，10引河中心线，11进水流道隔墩，12原设计清污机
桥桥墩，13调整后的清污机桥桥墩。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
1.如图1所示，所述闸、站一字形布置的泵站枢纽包括节制闸1、泵站2、隔墙3、河
道4、泵站引河5和清污机桥桥墩6，泵站2位于节制闸1的一侧，与节制闸1成“一”字
形布置；清污机桥桥墩6布置在泵站2的进水侧；节制闸1与泵站2之间设置隔墙3；泵
站2的水泵机组台数为n台；
2.节制闸中心线7与河道中心线8一致，泵站中心线9与河道中心线8平行，泵站中
心线9与引河中心线10的夹角为β；
3.结合泵站2的进口拦污和清污需要，利用泵站2进水侧的清污机桥桥墩6遏制泵站
2进水口由横向流速引发的大回旋流动，从而达到消除泵站2进水口吸气涡的目的；
4.采用三维湍流流动数值模拟的方法研究所述泵站2进水口的三维流态及旋涡发生情
况，在所述泵站2不同进水口水位、不同开机台数和不同流量组合的条件下，寻求可消除
泵站2进水口吸气涡的清污机桥桥墩位置及桥墩尺寸和隔墙尺寸，并采用水工模型试验的
方法对研究成果进行验证；
5.所述清污机桥桥墩6的布置位置及尺寸和隔墙3的尺寸均用以水泵叶轮直径D0为
基准的相对值表示；
6.如图2a和图2b所示，根据数值模拟和模型试验研究结果，所述泵站枢纽可用于消
除泵站2的进水口吸气涡的清污机桥桥墩6及隔墙3具有以下特征：
(1)清污机桥桥墩6的尾端至泵站2进水流道进口断面的距离L1＝4D0；
(2)清污机桥的孔数m＝2n，清污机桥桥墩6的桥墩数k＝2n-1；
(3)从清污机桥靠近隔墙3的第1个桥墩开始对桥墩6依次编号为1，2，3，…，k；
其中，奇数号桥墩的中心线与相应水泵机组中心线在平面方向上对齐，偶数号桥墩的中心
线与相应进水流道隔墩11的中心线在平面方向上对齐；
(4)清污机桥桥墩6顺水流方向的长度L桥墩＝3D0，桥墩6的宽度B桥墩＝0.376D0，桥墩
6的头部圆弧半径R桥墩头部＝0.188D0，桥墩6的尾部圆弧半径R桥墩尾部＝0.752D0；
(5)在节制闸1与泵站2之间隔墙3的长度L隔墙＝L1+L桥墩+ΔL隔墙，其中，隔墙3超出
清污机桥桥墩6顶端的长度ΔL隔墙＝2.5D0；隔墙3的厚度B隔墙＝0.28D0；
7.为适应不同泵站枢纽的实际情况，所述清污机桥桥墩6的尾端至泵站2进水流道进
口断面的距离L1、桥墩6的长度L桥墩及宽度B桥墩和隔墙3超出清污机桥桥墩6顶端的长度
ΔL隔墙等尺寸可采用如下方法在一定范围内进行调整：
(1)所述清污机桥桥墩6的尾端至泵站2进水流道进口断面的距离L1＝4D0，可在此基
础上根据泵站2进水口布置的需要进行调整，但L1的调整量不大于1.0D0；L1的调整方式如
图3所示，L′1表示减少后的清污机桥桥墩6的尾端至泵站2进水流道进口断面的距离，L″1
表示加大后的清污机桥桥墩6的尾端至泵站2进水流道进口断面的距离；
(2)所述清污机桥桥墩6的长度L桥墩＝3D0，可在此基础上根据泵站2的清污机桥结构
布置的需要进行调整，但L桥墩的调整量不大于1.5D0；L桥墩的调整方式如图4a所示，L′桥墩表
示缩短后的清污机桥桥墩6的长度，L″桥墩表示加长后的清污机桥桥墩6的长度；
(3)所述清污机桥桥墩6的宽度B桥墩＝0.376D0，可在此基础上根据泵站2的清污机桥
结构布置的需要进行调整，但B桥墩的调整量不大于0.15D0；B桥墩的调整方式如图4b所示，
B′桥墩表示减少后的清污机桥桥墩6的宽度，B″桥墩表示加大后的清污机桥桥墩6的宽度；
(4)所述隔墙3超出清污机桥桥墩6顶端的长度ΔL隔墙＝2.5D0，可在此基础上根据泵站
枢纽布置的需要进行调整，同时相应调整隔墙3的长度L隔墙，但ΔL隔墙的调整量不大于2.0D0；
L隔墙的调整方式如图5所示，L′隔墙表示缩短后的隔墙3的长度，L″隔墙表示加长后的隔墙3的
长度；
8.将所述清污机桥桥墩6的布置位置及尺寸和隔墙3的尺寸的相对值乘以水泵叶轮直
径D0即可得到应用本发明的实际尺寸，单位为m；
9.根据换算和调整后的清污机桥桥墩6的布置位置及尺寸和隔墙3的尺寸，应用绘图
软件绘制所需图纸。
实施例
如图6所示，某泵站枢纽采用闸、站并列的布置方案，该泵站枢纽的泵站2安装立式
轴流泵机组5台套，水泵叶轮直径D0为3m，泵站2站身顺水流向长度24.5m，垂直水流向
宽度38.9m，泵站中心线9与引河中心线10之间的夹角β＝10°。该泵站枢纽的节制闸1
共分5孔，每孔净宽10m，闸身顺水流向的长度为24.5m，垂直水流向的宽度为53.6m。根
据清污机桥结构布置的需要，原设计清污机桥桥墩12的长度和宽度分别为10m和1m。
该泵站枢纽原设计清污机桥桥墩12布置于距离泵站2进水流道进口断面52m处，节
制闸1与泵站2之间设长度为62m的隔墙3。
在满足所述泵站枢纽水工布置和清污机桥结构布置要求的前提下，应用本发明对原设
计清污机桥桥墩12和隔墙3进行调整，以达到消除所述泵站进水口吸气涡的目的，步骤如
下：
1.本实施例原设计清污机桥桥墩12布置在距泵站2进水流道进口断面52m处；根据本
发明提供的方法调整原设计清污机桥桥墩12的位置，调整后的清污机桥桥墩13的尾端至
泵站2进水流道进口断面的距离为L1＝4D0＝12m，如图6所示；
2.本实施例泵站2的水泵机组台数n＝5，调整后的清污机桥孔数m＝2n＝10，调整后的
清污机桥桥墩数k＝2n-1＝9，如图6所示；
3.从清污机桥靠近隔墙3的第1个桥墩开始对桥墩13依次编号为1，2，3，…，9；
其中，1，3，5，7，9号桥墩的中心线与相应水泵机组中心线在平面方向上对齐，2，4，6，
8号桥墩的中心线与相应进水流道隔墩11的中心线在平面方向上对齐，如图6所示；
4.根据本发明提供的方法，本实施例调整后的清污机桥桥墩13的尺寸为：顺水流方
向的长度L桥墩＝3D0＝9m，桥墩13的宽度B桥墩＝0.376D0＝1.128m，桥墩13的头部圆弧半径
R桥墩头部＝0.188D0＝0.564m，桥墩13的尾部圆弧半径R桥墩尾部＝0.752D0＝2.256m；隔墙3的厚度
B隔墙＝0.28D0＝0.84m；
5.根据第4步计算得到的调整后的清污机桥桥墩13的长度L桥墩＝9m，根据本实施例
清污机桥结构布置的要求将其调整为L″桥墩＝10m，如图6所示；
6.根据第4步计算得到的调整后的清污机桥桥墩13的宽度B桥墩＝1.128m，根据本实施
例清污机桥结构布置的要求将其调整为B′桥墩＝1m，如图6所示；
7.本实施例隔墙3的长度原设计为62m，根据本发明提供的方法，隔墙3超出清污机
桥桥墩13顶端的长度为ΔL隔墙＝2.5D0＝7.5m，隔墙3的长度
L″隔墙＝L1+L″桥墩+ΔL隔墙＝12+10+7.5＝29.5m，如图6所示；
8.根据换算和调整后的清污机桥桥墩13的布置位置及尺寸和隔墙3的尺寸，应用
AUTOCAD绘图软件绘制所需的图纸。