泵站前常设置拦污栅拦截污物,拦污会产生水头损失,导致水泵扬程增大、流量减小、运行费用增加、加剧水泵空化空蚀、振动和噪声;漏拦污物进入水泵,如果在泵内缠堵,会影响泵内流动,恶化水泵性能,甚至堵转。针对上述问题,本文在国家自然科学基金的资助下,运用试验研究、理论分析与数值模拟方法开展研究。对典型漂浮物在栅前水流中的运动状态进行试验研究和数值模拟,分析漂浮物受力、运动特性及到达栅前状态;进行典型漂浮物过栅与拦截试验,统计过栅概率;分析漂浮物过栅与拦截机理和影响因素,计算过栅概率并试验验证;研究漂浮物在进水流道内的运动规律及其到达叶轮前的位置,分析漂浮物泵内缠堵机理;数值模拟计算栅面堵塞、泵内缠堵不同程度对泵装置性能的影响;根据以上研究结论,提出清污机、拦污栅、泵站和水泵过流部件改进设计方案。本文主要工作与成果:(1)建立典型硬质漂浮物水中运动方程,确定稳定水流中柱状漂浮物质心运动速度方程和最大速度V物max。(2)在拦污栅物距比δ和水流流速相同的情况下,水花生过栅概率略低于枯树枝,塑料袋过栅概率高于旧布,柱状硬质漂浮物过栅概率高于片状柔性漂浮物。基于80%拦截率,典型漂浮物物距比:δ棉布=2.3,δ塑料袋=4.15,δ水花生=7,δ枯树枝=8。(3)通过试验和数值模拟,确定了漂浮物栅前临界下潜深度和漂浮物进水流道进口临界下潜水位。(4)旧布类漂浮物,多到达叶轮中部,易缠绕在叶片轴上;塑料袋类漂浮物,在轮毂处,易缠绕在叶片轴、导叶体与叶轮轮毂之间的泵轴上,或卡堵在轮毂叶片间隙之间、轮毂前导水锥中间孔处;枯树枝类漂浮物,进入叶轮内不易形成缠堵,易被打断。(5)与无缠堵相比,水泵被漂浮物缠堵后,性能曲线整体向小流量一侧移动,最高效率下降。实例水泵轮毂外侧漂浮物缠堵厚度为轮毂直径的4.375%、8.75%时,水泵设计工况下(H=6.277m),流量分别减小13.1%、26.9%,功率分别减小6.4%、20.3%,效率分别下降6.68、7.46个百分点;低扬程工况下(H=3.222m),流量分别减小12.9%、27.4%,功率分别减小6.2%、24.9%,效率分别下降6.62、4.33个百分点。(6)水泵过流部件采用非缠堵设计,过流表面要求光滑,迎水面采用流线型,加大叶片轴直径,可以让更大的漂浮物通过水泵而不缠堵;按叶轮允许通过最大柔性漂浮物尺寸lmax,在保证较大拦截概率条件下,合理设计拦污栅栅条间距,避免过栅漂浮物在泵内缠堵,在保证水泵机组安全高效运行前提下,减少清污费用。