申请/专利权人：扬州大学

申请日：2018-11-14

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109236685B

主分类号：F04D15/00

分类号：F04D15/00;F04D29/70

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.02.19#实质审查的生效;2019.01.18#公开

摘要：一种污物进泵规律试验装置与研究方法，属于泵站工程技术领域，包括试验装置、拦污网、简易机械手、典型试验污物选取制作、污物进泵位置试验实测、试验数据处理与数值模拟及理论分析；采用试验与数值模拟、理论分析相结合的方法，研究泵站不同污物从拦污栅过流断面不同位置穿过进入泵装置进水流道的运动规律，分析污物比重等特性及其穿过拦污栅的位置等因素对污物到达水泵叶轮叶片进口断面位置的影响，进而对进泵堵塞的影响；研究成果可以预测污物进泵是否堵塞及堵塞位置，指导改进拦污栅和水泵设计，减少和避免泵内污物缠堵，保证泵站安全、高效运行。

主权项：1.一种泵站污物进泵规律试验装置，其特征在于：所述试验装置由试验循环系统、拦污网13和简易机械手15构成，所述试验循环系统由进水段、泵装置段、出水测流段和过渡段组成；所述进水段依次由第一稳流栅1、引水道2和前池3连接组成，所述前池3内设有拦污栅4；所述泵装置段由进水流道5、水泵机组6、出水管7和调节阀8组成；所述水泵机组6根据试验需要选择，由叶轮6-2、叶轮外壳6-3、导叶体、出水弯管和电动机构成，导水锥6-1是叶轮6-2的导水部分；所述出水测流段由出水池9、第二稳流栅10和全宽堰11组成；所述过渡段12用于连接所述出水测流段和进水段；所述前池3、进水流道5、叶轮外壳6-3均用透明有机玻璃制成；所述拦污网13由拦污网内圈13-1、拦污网外圈13-3和拦污网内外圈之间的钢丝编织网13-2构成；所述拦污网13安装在所述叶轮6-2叶片进口稍前的断面，用于观测污物到达叶轮进口断面的位置，并阻止污物进入水泵；所述简易机械手15由抓取器15-1和波纹管15-2构成，所述抓取器15-1两端露出波纹管；所述抓取器15-1的一端抓取拦污网上污物，另一端的张合器处于进水流道前的前池水面以上；所述拦污网13为采用不锈钢制成的圆环形，具有一定的强度和刚度，能拦截试验污物，对水流影响小；编织网13-2钢丝交汇处、钢丝端部与拦污网内圈13-1和拦污网外圈13-3之间均采用焊接连接；拦污网内圈13-1内直径略大于安装断面导水锥6-1的直径，拦污网外圈13-3外直径等于叶轮外壳6-3的内直径；拦污网不锈钢丝的直径为2～3mm，编织网正方形孔边长1～1.5cm；拦污网内圈13-1和拦污网外圈13-3采用高1～1.5cm、厚1～1.5mm的不锈钢圈；所述拦污网13安装在叶轮6-2叶片进口前0.5～1.0cm的断面，拦污网外圈13-3用周向均匀分布的4只螺栓14-1和螺母14-2固定在叶轮外壳6-3内壁上，螺栓14-1头部在拦污网外圈内侧，螺母14-2在叶轮外壳外侧；拦污网13安装固定后，在固定螺栓的缝隙处涂抹密封胶密封；所述简易机械手15由抓取器15-1套入波纹管15-2制成，抓取器两端露出波纹管；简易机械手长度及弯曲形状根据实际需要确定，其一端抓取拦污网上污物时，另一端张合器露在进水流道前的前池水面以上，以便于操作，并能够满足在正常试验水流流速下变形小的刚度要求；污物进泵规律研究方法为，利用所述泵站污物进泵规律试验装置，包括如下步骤：A.典型试验污物选取、尺寸确定及制作；B.污物进泵规律与位置试验实测；C.污物进泵位置试验数据处理；D.泵装置内部流动数值模拟与污物进泵位置理论分析；步骤A中所述的典型试验污物选取、尺寸确定及制作的方法如下：对泵站河道典型污物进行调查，选取几种主要污物作为典型污物，分别选取水花生、棉布、牛仔布和塑料袋、枯树枝作为典型污物进行试验和理论分析研究；每种典型污物按照试验泵叶轮直径与原型泵叶轮直径比例缩小制成试验污物，其中，水花生和枯树枝尺寸以长度计，棉布、牛仔布和塑料袋制成正方形，大小尺寸以边长计；步骤B中所述的污物进泵规律与位置试验实测是指按试验流速大小、污物种类和污物穿过拦污栅的位置，拟定好试验实测顺序和步骤，具体试验实测步骤如下：1给试验装置循环系统充水，使系统水量满足要求，起动水泵机组；2按顺序选取试验流速，调节出水管调节阀，测量堰上水头，计算流量，使前池流速满足试验要求；3按顺序选取试验污物；4按顺序选取拦污栅过流断面污物释放位置；5用简易机械手抓住选取的污物到拦污栅过流断面指定位置释放；6在透明进水流道或进水池上方及侧面摄像记录污物运动过程；7记录污物在拦污网上的位置；8用简易机械手及时清除拦污网上污物；9同一种污物同一释放位置重复步骤5～8做5次试验，观察过程和结果的可重复性；10按释放点编号顺序更换污物在拦污栅过流断面的释放位置，重复步骤5～9，直至所有释放位置测试完毕；11按顺序更换污物，重复步骤4～10，直至所有污物测试完毕；12按顺序更换试验流速，调节出水管调节阀，调节试验流速满足要求，重复步骤3～11，直至所有试验流速测试完毕；步骤D中所述泵装置内部流动数值模拟与污物进泵位置理论分析的方法如下：对试验装置的进水流道、导水锥、叶轮、导叶体及出水管进行三维实体建模，对流体域进行网格剖分，选择泵装置内部流动控制方程、湍流模型、流体域离散方法与离散格式，设置边界条件，利用相应的计算软件进行流场计算，观测拦污栅断面不同位置起始的流线到达叶轮进口断面的位置，考虑不同比重污物的受力及叶轮进口流场特性，分析污物在受到水流推动力、浮力和重力的多重作用下到达叶轮进口断面的位置，并与试验结果比较，结果一致。

全文数据：一种污物进泵规律试验装置与研究方法技术领域本发明属于泵站工程技术领域，涉及污物进泵规律试验装置与研究方法，具体的说是涉及一种污物通过拦污栅后进入水泵规律的试验装置以及污物进泵规律的试验、流动数值模拟与理论分析相结合的研究方法。背景技术泵站、特别是排涝泵站，取水河道存在大量污物，包括水生植物、工业垃圾和生活垃圾，例如：水草、塑料制品、编织袋、树枝等，其中，又以水草、编织袋、塑料袋为最多。为防止大量污物、特别是大体积污物随水流进入水泵，对水泵造成堵塞和破坏，一般在泵站进口设置拦污栅。工程实际中，大部分污物能够被拦污栅拦截，但由于污物尺寸小、或污物近栅时小尺寸方向正对栅面、清污机清污过程中对污物位置调整、切割等原因，造成污物通过拦污栅进入水泵，尤其汛期，泵站来流污物量增大。如果污物进入水泵，会缠绕叶片、降低流量和运行效率、甚至导致水泵损坏，影响水泵机组正常运行。在泵站实际运行中，一方面，如果栅面没有堵塞，由于污物密度不同，污物从拦污栅过流断面的不同位置穿过。比重接近于水的污物大部分情况从栅面过流断面的中部穿过，比重较小的污物从栅面过流断面上部穿过，比重较大的污物从栅面过流断面下部穿过。另一方面，污物、特别是大尺寸污物会堵塞栅面，比重接近水的污物随机堵塞栅面的任何部位，比重小的污物堵塞上部栅面，比重大的污物堵塞下部栅面。当栅面上部堵塞时，比重小的小尺寸污物会在水流带动下下潜从栅面下部穿过；当栅面下部堵塞时，比重大的小尺寸污物会在水流带动下上升从栅面上部穿过。因此，比重不同的污物可能从拦污栅过流断面的任何部位穿过，随水流进入水泵。进入水泵的污物，是顺利通过水泵，还是在泵内形成缠堵及缠堵的位置与形式，其影响因素是多方面的，包括污物比重、形状、柔软度和尺寸等特性、污物到达叶轮时所处的位置、水流流场情况、水泵结构等因素。例如，位于两叶片之间远离轮毂的污物较易直接通过叶轮段；而在叶轮进口断面中心区域，由于在轮毂与叶片内缘之间从叶片进口至叶片轴根部有一自下而上逐渐收缩的夹角，所以污物较易在该处卡死形成堵塞。实际泵站中，轴流泵、特别是中小型轴流泵，经常发生污物堵塞水泵，造成流量减小、功率增加、效率大幅度下降，甚至造成水泵过流损坏、电机过载，影响泵站安全、高效运行。发明内容本发明为克服泵站污物进泵存在的上述问题，了解污物进泵位置，研究污物进泵规律及机理及其影响因素，提出一种污物进泵规律试验装置与研究方法，模拟泵站运行，摄像观测污物进泵运动规律，在叶轮叶片进口断面前加装拦污网以观测确定污物到达叶轮叶片进口断面的位置，又不致污物堵塞水泵；设计简易机械手在拦污栅过流断面释放试验污物，并在试验污物缠堵拦污网时进行清污；在拦污网所在平面建立极坐标系，记录标识污物到达拦污网的位置；对泵装置内部流动进行数值模拟，并进行理论分析，得到从拦污栅过流断面不同位置穿过的不同比重的污物到达叶轮叶片进口断面的位置，分析数值模拟、理论分析结果与试验实测结果的一致性。本发明的技术方案是：一种泵站污物进泵规律试验装置，其特征在于：所述试验装置由试验循环系统、拦污网和简易机械手构成，所述试验循环系统由进水段、泵装置段、出水测流段和过渡段组成；所述进水段依次由第一稳流栅、引水道和前池连接组成，所述前池内设有拦污栅；所述泵装置段由进水流道、水泵机组、出水管和调节阀组成；水泵机组根据试验需要选择，由叶轮、叶轮外壳、导叶体、出水弯管和电动机构成，导水锥是叶轮的导水部分；所述出水测流段由出水池、第二稳流栅和全宽堰组成；所述过渡段用于连接所述出水测流段和进水段；所述前池、进水流道、叶轮外壳均用透明有机玻璃制成；拦污网由拦污网内圈、拦污网外圈和设置在拦污网内外圈之间的钢丝编织网构成；所述拦污网安装在所述叶轮叶片进口稍前的断面，用于观测污物到达叶轮进口断面的位置，并阻止污物进入水泵；所述简易机械手由抓取器、和波纹管构成，所述抓取器两端露出波纹管；所述抓取器的一端抓取拦污网上污物，另一端的张合器设置在进水流道前的前池水面以上。所述拦污网为采用不锈钢制成的圆环形，具有一定的强度和刚度，能拦截试验污物，对水流影响小；编织网钢丝交汇处、钢丝端部与拦污网内圈和拦污网外圈之间均采用焊接连接；拦污网内圈内直径略大于安装断面导水锥的直径，拦污网外圈外直径等于叶轮外壳的内直径；拦污网不锈钢丝的直径为2～3mm，编织网正方形孔边长1～1.5cm；拦污网内圈和拦污网外圈采用高1～1.5cm、厚1～1.5mm的不锈钢圈。所述拦污网安装在叶轮叶片进口前0.5～1.0cm的断面，拦污网外圈用周向均匀分布的4只螺栓和螺母固定在叶轮外壳内壁上，螺栓头部在拦污网外圈内侧，螺母在叶轮外壳外侧；拦污网安装固定后，在固定螺栓的缝隙处涂抹密封胶密封。所述简易机械手由抓取器套入波纹管制成，抓取器两端露出波纹管；简易机械手长度及弯曲形状根据实际需要确定，其一端抓取拦污网上污物时，另一端张合器露在进水流道前的前池水面以上，以便于操作，并能够满足在正常试验水流流速下变形小的刚度要求。一种污物进泵规律研究方法，包括如下步骤：A.典型试验污物选取、尺寸确定及制作；B.污物进泵规律与位置试验实测；C.污物进泵位置试验数据处理；D.泵装置内部流动数值模拟与污物进泵位置理论分析。步骤A中所述的典型试验污物选取、尺寸确定及制作的方法如下：对泵站河道典型污物进行调查，选取几种主要污物作为典型污物，通常，河道中的污物分为水草、柔性片状污物及硬质浮水污物三类，分别选取水花生、棉布、牛仔布和塑料袋、枯树枝作为典型污物进行试验和理论分析研究；每种典型污物按照试验泵叶轮直径与原型泵叶轮直径比例缩小制成试验污物，其中，水草和枯树枝尺寸以长度计，棉布、牛仔布和塑料袋制成正方形，大小尺寸以边长计。步骤B中所述的污物进泵规律与位置试验实测是指按试验流速大小、污物种类和污物穿过拦污栅的位置，拟定好试验实测顺序和步骤，具体试验实测步骤如下：1给试验装置循环系统充水，使系统水量满足要求，起动水泵机组；2按顺序选取试验流速，调节出水管调节阀，测量堰上水头，计算流量，使前池流速满足试验要求；3按顺序选取试验污物；4按顺序选取拦污栅过流断面污物释放位置；5用简易机械手抓住选取的污物到拦污栅过流断面指定位置释放；6在透明进水流道或进水池上方及侧面摄像记录污物运动过程；7记录污物在拦污网上的位置；8用简易机械手及时清除拦污网上污物；9同一种污物同一释放位置重复步骤5～8做5次试验，观察过程和结果的可重复性；10按释放点编号顺序更换污物在拦污栅过流断面的释放位置，重复步骤5～9，直至所有释放位置测试完毕；11按顺序更换污物，重复步骤4～10，直至所有污物测试完毕；12按顺序更换试验流速，调节出水管调节阀，调节试验流速满足要求，重复步骤3～11，直至所有试验流速测试完毕。步骤7中所述记录污物在拦污网上的位置具体方法如下：用极坐标表示，包括半径和极角，半径是指污物内、外侧边缘分别到断面圆心的距离，极角以拦污网断面出水侧半径为0°，从上往下看，逆时针为正，记录污物周向两侧边缘所在的极角；污物所在半径采用目测对比法测量；污物所在极角测量，在叶轮外壳外壁沿圆周方向绑定一软尺，使软尺0刻度线位于出水侧，逆时针方向沿叶轮外壳外壁圆周固定软尺，观测污物在叶轮外壳外壁的软尺读数范围，即为污物所在位置在叶轮外壳外壁的弧长，污物位置极角为α＝360LπD，单位：°，式中，D为叶轮外壳外直径；L为污物位置在叶轮外壳的弧长。步骤C中所述污物进泵位置试验数据处理是用表格和图表示污物到达叶轮叶片进口断面的位置范围。步骤D中所述泵装置内部流动数值模拟与污物进泵位置理论分析的方法如下：对试验装置的进水流道、导水锥、叶轮、导叶及出水管进行三维实体建模，对流体域进行网格剖分，选择泵装置内部流动控制方程、湍流模型、流体域离散方法与离散格式，设置边界条件，利用相应的计算软件进行流场计算，观测拦污栅断面不同位置起始的流线到达叶轮进口断面的位置，考虑不同比重污物的受力及叶轮进口流场特性，分析污物在受到水流推动力、浮力和重力的多重作用下到达叶轮进口断面的位置，并与试验结果比较，结果应该一致。本发明的有益效果为：本发明提供的污物进泵规律试验装置与研究方法，试验装置包括试验循环系统、拦污网、简易机械手；研究方法包括试验实测、试验数据处理分析、流场数值模拟与污物运动规律理论分析；采用试验与数值模拟、理论分析相结合的方法，研究泵站不同污物从拦污栅过流断面不同位置穿过进入泵装置进水流道的运动规律，分析污物比重等特性及其穿过拦污栅的位置等因素对污物到达水泵叶轮叶片进口断面位置的影响，进而对进泵堵塞的影响。本发明装置结构新颖，研究方法科学，可预测污物进泵是否堵塞及堵塞位置，指导改进拦污栅和水泵设计，减少和避免泵内污物缠堵，保证泵站安全、高效运行。附图说明图1为本发明试验装置图。图2为本发明试验装置安装拦污网和简易机械手工作的纵剖面图。图3为本发明拦污网结构及安装示意图。图4为本发明简易机械手结构示意图。图5为本发明实施例试验污物在拦污栅过流断面的释放点位置图。图6为本发明实施例重质试验污物牛仔布到达叶轮叶片进口断面拦污网的位置图。图7为本发明实施例轻质试验污物塑料袋到达叶轮叶片进口断面拦污网的位置图。图8为本发明实施例泵装置流场数值模拟求解区域。图9为本发明实施例泵装置流场数值模拟进流典型流线走向图。图中：第一稳流栅1、引水道2、前池3、拦污栅4、进水流道5、水泵机组6、导水锥6-1、叶轮6-2、叶轮外壳6-3、出水管7、调节阀8、出水池9、第二稳流栅10、全宽堰11、过渡段12、拦污网13、拦污网内圈13-1、钢丝编织网13-2、拦污网外圈13-3、螺栓14-1、螺母14-2、简易机械手15、抓取器15-1、波纹管15-2、污物16、污物释放点17、流线18。具体实施方式：下面采用本发明的技术方案，结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，泵站污物进泵规律试验装置，试验循环系统由进水段、泵装置段、出水测流段和过渡段组成；进水段由第一稳流栅1、引水道2、前池3组成，拦污栅4安装在前池内；泵装置段依次由进水流道5、水泵机组6、出水管7、调节阀8连接组成；所述水泵机组6根据试验需要选择，由叶轮6-2、叶轮外壳6-3、导叶体、出水弯管和电动机构成，导水锥6-1是叶轮6-2的导水部分；出水测流段依次由出水池9、第二稳流栅10、全宽堰11连接组成；过渡段12连接出水测流段和进水段。前池3的底和两侧墙、进水流道5和叶轮外壳6-3均用透明有机玻璃制成。如图2所示，泵站污物进泵规律试验装置，拦污网13安装在叶轮6-2叶片进口断面，简易机械手15尾部张合器露在进水流道前的前池水面以上，以便于操作，前部抓取器用于在拦污栅4过流断面不同位置释放污物和抓取拦污网13上的污物16移出。如图3所示，泵站污物进泵规律试验装置，拦污网13为圆环形，由内圈13-1、外圈13-3和内圈与外圈之间的钢丝编织网13-2构成，全部采用不锈钢制成；编织网13-2钢丝交汇处、钢丝端部与内圈13-1和外圈13-3之间均采用焊接连接；外圈13-3外直径与叶轮外壳6-3内直径相等，内圈13-1内直径略大于安装断面导水锥6-1的直径，要求拦污网具有一定的强度和刚度，能阻截污物，对水流影响小。拦污网13安装在叶轮叶片进口断面前0.5～1cm断面处，拦污网外圈13-3四周与叶轮外壳6-3对应部位均匀分布4只螺栓孔，用螺栓14-1和螺母14-2将拦污网13固定在叶轮外壳6-3的内壁上，固定螺栓头部在拦污网外圈内侧，螺母在叶轮外壳外侧，安装完成后，在各螺栓孔和连接密封面处涂抹密封胶进行密封。如图4所示，泵站污物进泵规律试验装置，简易机械手15由抓取器15-1套入不锈钢波纹管15-2内制成，其形状可调并相对固定，要求有足够的刚度，并对水流影响不大，长度根据需要选取。实施例：泵站污物进泵规律试验装置实施方式如下：根据小型泵站进水池流速v≤0.5ms，大型泵站进水流道进口流速在v＝0.5～1.0ms，试验流速取0.5ms，池宽取0.5m，池深取0.4m，计算需要试验流量：Q＝vA＝0.5×0.5×0.4＝0.1m3s＝360m3h前池高度0.73m，宽度0.5m；肘形进水流道进口宽度B＝0.5m，进水流道长度XL＝0.7m，进水流道进口高度Hj＝0.34m；全宽堰宽B＝0.65m，渠深L＝0.81m，最大堰上水头h＝0.30m。试验工况下泵装置净扬程0.75m，计算管道和两个弯头水头损失，得水泵扬程为1.0m；试验流速范围0.4～0.6ms，计算得试验所需流量范围288～432m3h。因此选用200ZLD-3立式轴流泵及其配套电机，流量范围Q＝326～443m3h，扬程H＝2.1～4.1m，电机功率5.5kW，通过调节出水管上调节阀调节流量满足试验要求。本实施例试验装置如图1和图2所示。本实施例拦污网及其安装方式如图3所示。根据试验污物大小及水流冲击力大小设计拦污网。本实施例水泵叶轮叶片进口前拦污网安装断面的水泵叶轮外壳内直径为200mm，导水锥直径为105mm，设计拦污网，内圈和外圈采用高1cm、厚1mm的不锈钢圈，外圈外直径为200mm，内圈内直径为110mm，不锈钢丝直径2mm，编织网正方形孔边长1cm。采用四只直径5mm、长30mm的螺栓固定拦污网，螺栓头部在拦污网外圈内侧，螺母在叶轮外壳外侧。简易机械手实施方式如下：按要求设计制作简易机械手，根据前池高度、肘形进水流道长度及拦污网安装高度，确定简易机械手长度，本实施例经计算，选用长1.4m、外径25mm的波纹管套于长1.6m、外径20mm的抓取器外，制成简易机械手。经在水流中试验，能够满足在正常试验水流流速下的刚度和变形小的要求。污物进泵规律研究方法A.典型试验污物选取、尺寸确定及制作工程实际中，泵站河道中的污物主要为水草、柔性片状污物及硬质浮水污物三种，分别选取水花生、塑料袋、牛仔布、棉布与枯树枝等作为典型污物。试验泵叶轮直径为200mm，参考某大型水泵叶轮直径为1.6m，将正常污物按此比例缩小。将水花生、枯树枝处理为9cm长，将塑料袋、牛仔布、棉布等处理为边长7cm的正方形进行研究。B.污物进泵规律与位置试验实测前池水流流速按0.623ms和0.486ms的顺序进行试验，对应试验流量分别为106Ls、82.69Ls；选取棉布、塑料袋、水花生、枯树枝为典型污物，并按此顺序选取污物进行污物进泵规律试验；如图5所示，在拦污栅过流断面选取3×3均匀分布的9个位置点进行编号，按点的编号顺序，依次释放污物进行试验。具体试验实测步骤如下：1给试验装置循环系统充水，使系统水量满足要求，起动水泵机组；2按顺序选取试验流速，调节出水管调节阀，测量堰上水头，计算流量，使前池流速满足试验要求；3按顺序选取试验污物；4按顺序选取拦污栅过流断面污物释放位置；5用简易机械手抓住选取的污物到拦污栅过流断面指定位置释放；6在透明肘形进水流道上方及侧面摄像记录污物运动过程；7记录污物在拦污网上的位置；8用简易机械手及时清除拦污网上污物；9同一种污物同一释放位置重复步骤5～8做5次试验，观察过程和结果的可重复性；10按释放点编号顺序更换污物在拦污栅过流断面的释放位置，重复步骤5～9，直至所有位置测试完毕；11按顺序更换污物，重复步骤4～10，直至所有污物测试完毕；12按顺序更换试验流速，调节出水管调节阀，使试验流速满足要求，重复步骤3～11。分别记录重质污物牛仔布和轻质污物塑料袋两种污物拦污栅过流断面9个起始点最后到达拦污网上的坐标。C.污物进泵位置试验数据处理将污物到达拦污网的位置坐标以表格和图的形式直观表示出来。典型重质污物牛仔布和典型轻质污物塑料袋到达拦污网的位置极坐标如表1、表2所示，污物位置如图6、图7所示。表1重质污物牛仔布进泵到达叶轮进口位置极角范围试验数据V＝0.623ms单位：°表2轻质污物塑料袋进泵到达叶轮进口位置极角范围试验数据V＝0.623ms单位：°D.泵装置内部流动数值模拟与污物进泵位置理论分析使用ProE、Turbogrid软件对试验装置的肘形进水流道、导水锥、叶轮及导叶等进行三维实体建模，使用ICEM软件对流体域进行网格剖分，选择连续方程和雷诺时均方程组作为流动控制方程，选择RNGk-ε湍流模型，采用有限体积法，按二阶迎风格式进行控制方程离散；设置边界条件为流速进口、压力出口、液体-液体交界面、对自由表面近似简化成对称边界条件，其它所有的边界均设置为固壁边界条件，并均默认为壁面服从无滑移假设；利用CFX软件进行流场计算，求解区域如图8所示；观测拦污栅断面不同起始位置的流线17到达叶轮进口断面的位置，如图9所示。结合试验结果及数值模拟结果发现，数值模拟中，上层流线到达叶轮进口断面时位于进水侧，中层流线位于断面中部，下层流线集中在出水侧；试验中所观察到的污物运动轨迹及到达拦污网的位置与数值模拟中的对应流线并不吻合，例如在各不同位置释放的重质污物在拦污网上的位置主要集中在出水侧，究其原因是如棉布、牛仔布一类的污物比重大于水，重力大于浮力，在其运动过程中逐渐下沉，位置在竖直方向上有所下降，运动轨迹逐渐转向下方，最终表现为上述变化。如塑料袋、枯树枝一类密度小于水的污物则恰恰相反，由于其密度比水小，浮力大于重力，在行进过程中不断上浮，其行进轨迹逐渐偏向上方，在到达叶轮进口断面时主要集中在进水侧。数值模拟与理论分析验证了试验结果的正确性。

权利要求：1.一种泵站污物进泵规律试验装置，其特征在于：所述试验装置由试验循环系统、拦污网13和简易机械手15构成，所述试验循环系统由进水段、泵装置段、出水测流段和过渡段组成；所述进水段依次由第一稳流栅1、引水道2和前池3连接组成，所述前池3内设有拦污栅4；所述泵装置段由进水流道5、水泵机组6、出水管7和调节阀8组成；所述水泵机组6根据试验需要选择，由叶轮6-2、叶轮外壳6-3、导叶体、出水弯管和电动机构成，导水锥6-1是叶轮6-2的导水部分；所述出水测流段由出水池9、第二稳流栅10和全宽堰11组成；所述过渡段12用于连接所述出水测流段和进水段；所述前池3、进水流道5、叶轮外壳6-3均用透明有机玻璃制成；所述拦污网13由拦污网内圈13-1、拦污网外圈13-3和拦污网内外圈之间的钢丝编织网13-2构成；所述拦污网13安装在所述叶轮6-2叶片进口稍前的断面，用于观测污物到达叶轮进口断面的位置，并阻止污物进入水泵；所述简易机械手15由抓取器15-1和波纹管15-2构成，所述抓取器15-1两端露出波纹管；所述抓取器15-1的一端抓取拦污网上污物，另一端的张合器处于进水流道前的前池水面以上。2.根据权利要求1所述的一种泵站污物进泵规律试验装置，其特征在于：所述拦污网13为采用不锈钢制成的圆环形，具有一定的强度和刚度，能拦截试验污物，对水流影响小；编织网13-2钢丝交汇处、钢丝端部与拦污网内圈13-1和拦污网外圈13-3之间均采用焊接连接；拦污网内圈13-1内直径略大于安装断面导水锥6-1的直径，拦污网外圈13-3外直径等于叶轮外壳6-3的内直径；拦污网不锈钢丝的直径为2～3mm，编织网正方形孔边长1～1.5cm；拦污网内圈13-1和拦污网外圈13-3采用高1～1.5cm、厚1～1.5mm的不锈钢圈。3.根据权利要求1所述的一种泵站污物进泵规律试验装置，其特征在于：所述拦污网13安装在叶轮6-2叶片进口前0.5～1.0cm的断面，拦污网外圈13-3用周向均匀分布的4只螺栓14-1和螺母14-2固定在叶轮外壳6-3内壁上，螺栓14-1头部在拦污网外圈内侧，螺母14-2在叶轮外壳外侧；拦污网13安装固定后，在固定螺栓的缝隙处涂抹密封胶密封。4.根据权利要求1所述的一种泵站污物进泵规律试验装置，其特征在于：所述简易机械手15由抓取器15-1套入波纹管15-2制成，抓取器两端露出波纹管；简易机械手长度及弯曲形状根据实际需要确定，其一端抓取拦污网上污物时，另一端张合器露在进水流道前的前池水面以上，以便于操作，并能够满足在正常试验水流流速下变形小的刚度要求。5.一种污物进泵规律研究方法，其特征在于，利用权利要求1-4任一项所述的泵站污物进泵规律试验装置，包括如下步骤：A.典型试验污物选取、尺寸确定及制作；B.污物进泵规律与位置试验实测；C.污物进泵位置试验数据处理；D.泵装置内部流动数值模拟与污物进泵位置理论分析。6.根据权利要求5所述的一种污物进泵规律研究方法，其特征在于，步骤A中所述的典型试验污物选取、尺寸确定及制作的方法如下：对泵站河道典型污物进行调查，选取几种主要污物作为典型污物，通常，河道中的污物分为水草、柔性片状污物及硬质浮水污物三类，分别选取水花生、棉布、牛仔布和塑料袋、枯树枝作为典型污物进行试验和理论分析研究；每种典型污物按照试验泵叶轮直径与原型泵叶轮直径比例缩小制成试验污物，其中，水草和枯树枝尺寸以长度计，棉布、牛仔布和塑料袋制成正方形，大小尺寸以边长计。7.根据权利要求5所述的一种污物进泵规律研究方法，其特征在于，步骤B中所述的污物进泵规律与位置试验实测是指按试验流速大小、污物种类和污物穿过拦污栅的位置，拟定好试验实测顺序和步骤，具体试验实测步骤如下：1给试验装置循环系统充水，使系统水量满足要求，起动水泵机组；2按顺序选取试验流速，调节出水管调节阀，测量堰上水头，计算流量，使前池流速满足试验要求；3按顺序选取试验污物；4按顺序选取拦污栅过流断面污物释放位置；5用简易机械手抓住选取的污物到拦污栅过流断面指定位置释放；6在透明进水流道或进水池上方及侧面摄像记录污物运动过程；7记录污物在拦污网上的位置；8用简易机械手及时清除拦污网上污物；9同一种污物同一释放位置重复步骤5～8做5次试验，观察过程和结果的可重复性；10按释放点编号顺序更换污物在拦污栅过流断面的释放位置，重复步骤5～9，直至所有释放位置测试完毕；11按顺序更换污物，重复步骤4～10，直至所有污物测试完毕；12按顺序更换试验流速，调节出水管调节阀，调节试验流速满足要求，重复步骤3～11，直至所有试验流速测试完毕。8.根据权利要求7所述的一种污物进泵规律研究方法，其特征在于，步骤7中所述记录污物在拦污网上的位置具体方法如下：用极坐标表示，包括半径和极角，半径是指污物内、外侧边缘分别到断面圆心的距离，极角以拦污网断面出水侧半径为0，从上往下看，逆时针为正，记录污物周向两侧边缘所在的极角；污物所在半径采用目测对比法测量；污物所在极角测量，在叶轮外壳外壁沿圆周方向绑定一软尺，使软尺0刻度线位于出水侧，逆时针方向沿叶轮外壳外壁圆周固定软尺，观测污物在叶轮外壳外壁的软尺读数，即为污物所在位置在叶轮外壳外壁的弧长，污物位置极角为α＝360LπD，单位：°，式中，D为叶轮外壳外直径；L为污物位置在叶轮外壳外周的弧长。9.根据权利要求5所述的一种污物进泵规律研究方法，其特征在于：步骤C中所述污物进泵位置试验数据处理是用表格和图表示污物到达叶轮叶片进口断面的位置范围。10.根据权利要求5所述的一种污物进泵规律研究方法，其特征在于：步骤D中所述泵装置内部流动数值模拟与污物进泵位置理论分析的方法如下：对试验装置的进水流道、导水锥、叶轮、导叶及出水管进行三维实体建模，对流体域进行网格剖分，选择泵装置内部流动控制方程、湍流模型、流体域离散方法与离散格式，设置边界条件，利用相应的计算软件进行流场计算，观测拦污栅断面不同位置起始的流线到达叶轮进口断面的位置，考虑不同比重污物的受力及叶轮进口流场特性，分析污物在受到水流推动力、浮力和重力的多重作用下到达叶轮进口断面的位置，并与试验结果比较，结果应该一致。

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