一种可控环量与水位的进水池技术领域
本发明涉及一种进水池，尤其涉及一种可控环量与水位的进水池。
背景技术
进水池是一种在水资源合理调配中起到关键作用的水工建筑物，对水利水电工程
中进水口和泵站系统的水力损失和流动状态，有至关重要的影响。尤其是进水建筑物，
对水泵内流态的作用关键，直接影响泵站机组运行的效率与稳定。通常进水池水位与
流速都是通过调节进出口闸阀来控制的，而池内的环量大小与正负都未有考虑。进水
池内流体流速是具有大小和方向的矢量，当进水池内速度大小或方向任一变量随时间
改变时，进水池内流体环量即发生改变，环量的改变(环量非零，流体为有旋运动)
也就意味着涡量的改变，就会产生尺度大小不一的涡旋。当进水池内产生漩涡、回流、
流速不均和水流环量无法控制时，会导致水泵效率降低，甚至引起水泵气蚀和机组振
动，严重时影响泵站安全和稳定。
现有进水池的核心配置是由进水管路、池体和出水管路等结构组成，通过采用导
流墩、导流栅、低坎、压(隔)板和导流锥等措施防止或者减缓进水池内不良流态的
发生。但是，具体针对某一工程实际，使用哪种措施最为经济有效，除了水利因素之
外，如何将这些措施与实际工程结合的结构最简单，经济最合理，最便于施工和方便
日后管理，并没有一套通用准则。此外，现有进水池内的水流环量无法随工况的变化
进行相应的调节，水位也很难在很短的同步时间内达到动态平衡。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可控环量与水位的进水池，进水管入流
的流速和液流角、进水管和出水管与底板之间的距离以及池体结构和进、出水管配置
均可以根据工况需要灵活调节，从而可以在进水池内形成稳定的目标流体环量和进水
池水位。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可控环量与水位的进水池，其
特征在于，该进水池包括池体、顶盖、底板、进水管、出水管、导流罩和测量控制装
置；其中，所述池体为由前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁围成的无上下底的长方体
形腔体，且所述池体的宽边与长边的长度比值为2:3，所述右侧壁中央开设有一右出
水管孔，所述右出水管孔上安装有一可拆式右侧壁挡板，以根据工况需要封闭或打开
所述右出水管孔；所述顶盖与所述池体的顶端固定密封连接，所述顶盖上开设有多个
带内螺纹的进水管孔、一个带内螺纹的上出水管孔和一个压力管孔，所述压力管孔与
用于增压或者抽压的压力管路相连接；所述底板与所述池体的底端固定密封连接，所
述底板上开设有一个下出水管孔，所述下出水管孔上安装有一可拆式底板挡板，以根
据工况需要封闭或打开所述下出水管孔；在所述前侧壁、后侧壁、顶盖和底板的内侧
面上均设置有平行于所述右侧壁的挡板卡槽，且所述挡板卡槽位于与所述右侧壁相距
2/3所述池体长边长度处，所述挡板卡槽上安装有一与之相配合的可拆式池体内挡板，
以根据工况需要将所述池体的结构调整为长方体或正方体；
所述进水管包括进水端和出水端，所述进水端与次级进水管路相连接，所述出水
端的端部封闭、并在侧壁上等间距开设有多个出水口，所述进水管的中部外壁上设置
有进水管外螺纹；多根相同的所述进水管的所述出水端分别穿过多个所述进水管孔伸
入所述池体内，并分别通过所述进水管外螺纹与所述进水管孔螺纹密封连接，通过调
节所述进水管外螺纹与所述进水管孔连接的位置，能调节所述进水管伸入所述池体内
的长度；
所述出水管包括上出水管、下出水管和右出水管；所述上出水管包括进水端和出
水端，所述出水端与次级上出水管路相连接，所述进水端端部为用于进水的规则喇叭
口，所述上出水管的中部外壁上设置有上出水管外螺纹；所述上出水管的所述规则喇
叭口穿过所述上出水管孔伸入所述池体内，并通过所述上出水管外螺纹与所述上出水
管孔螺纹密封连接，通过调节所述上出水管外螺纹与所述上出水管孔连接的位置，能
调节所述上出水管伸入所述池体内的长度；所述下出水管也包括进水端和出水端，所
述出水端与次级下出水管路相连接，所述进水端端部为用于进水的定位喇叭口，所述
定位喇叭口周围设置有与所述下出水管孔相适配的下出水管连接法兰，所述定位喇叭
口根据需要通过所述下出水管连接法兰代替所述底板挡板与所述下出水管孔固定密封
连接；所述右出水管的进水端根据需要代替所述右侧壁挡板与所述右出水管孔固定密
封连接；
所述导流罩包括罩筒、导流栅叶和出水孔，所述罩筒的内壁上部设置有内螺纹，
所述导流罩通过所述罩筒套设在所述进水管的所述出水端的外部并与所述进水管螺纹
连接，且所述罩筒的长度能覆盖所有所述出水口；多片所述导流栅叶沿所述罩筒轴向
平行地设置于所述罩筒的外侧，并与所述罩筒的外壁以一定角度固定连接，所述出水
孔开设在所述导流栅叶之间的所述罩筒壁上并与所述出水口相连通；
所述测量控制装置包括流量测量机构和流量调节机构，所述进水管上设置有流量
调节机构，所述出水管上设置有流量调节机构和流量测量机构。
所述出水孔沿所述罩筒轴向的长度与所述导流栅叶的长度一致。
所述测量控制装置还包括旋度测量机构，所述旋度测量机构安装在所述上出水管
内。
所述进水管为六根，所述顶盖上开设有六个所述进水管孔，六个所述进水管孔分
别设置在所述顶盖的四角以及所述挡板卡槽与所述顶盖的长边相交的夹角处；所述上
出水管孔设置在右侧四个所述进水管孔的对角连线的交点上。
所述池体的顶端和底端均设置有池体法兰，所述顶盖和底板的四周分别设置有与
所述池体法兰相适配的顶盖法兰和底板法兰，所述池体分别通过顶端和底端的所述池
体法兰以及所述顶盖法兰和底板法兰与所述顶盖和底板固定密封连接。
所述顶盖在各所述进水管孔处设置有顶盖加固凸台；所述顶盖在围绕所述上出水
管孔和压力管孔的区域设置有定位凸台；所述右侧壁在所述右出水管孔处设置有右侧
加固凸台。
所述顶盖还包括中心开设有螺纹孔的定位法兰盘，所述定位法兰盘螺纹连接在所
述上出水管的中部，同时与所述上出水管孔周围的所述顶盖固定连接。
围绕所述顶盖四周的所述顶盖法兰内侧面上开设有顶盖密封胶圈槽，围绕所述底
板四周的底板法兰内侧面上开设有底板密封胶圈槽，所述顶盖密封胶圈槽和底板密封
胶圈槽内均设置密封胶圈。
在所述定位法兰盘与所述顶盖之间、所述右侧壁挡板与所述右侧壁之间以及所述
底板挡板或者喇叭口法兰与所述底板之间均设置有密封胶圈垫。
所述池体、顶盖、底板、进水管、出水管和导流罩均采用透明度高的有机材料制
造而成。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的可控环量与水位的
进水池，通过改变进水管流量和导流罩的导流栅叶角度，来动态改变入流的流速和入
流角度等入流条件，达到即时改变进水池内流体环量的目的。2、本发明通过进水管外
螺纹可灵活调整进水管出水口与底板之间的距离，从而最大限度得到值域范围广的流
体环量，以满足不同工况的要求。3、本发明通过设置的池体内挡板、右侧壁挡板和底
板挡板，以及不同的进水管与出水管配合方案，实现不同类型进水池的不同工况运行，
提升进水池的工作稳定性和高效性。4、本发明的可控环量与水位的进水池，结构简单，
易于实现，容易加工，无需其他额外设备，使用成本较低。5、本发明的进水池，主要
用于开展针对水力学范畴内众多问题的实验研究，为进、出水口的流速分布和水头损
失、临界淹没深度以及入流漩涡等水力参数提供参考；也可以应用于工业生产，应用
范围广泛。
附图说明
图1是本发明的剖视结构示意图；
图2是本发明池体与顶盖和底板组装后的剖视结构示意图；
图3是本发明池体的俯视结构示意图；
图4是本发明池体的右视结构示意图；
图5是图3中A-A剖面的结构示意图；
图6是本发明顶盖的俯视结构示意图；
图7是本发明顶盖的仰视结构示意图；
图8是本发明底板的俯视结构示意图；
图9是本发明底板的仰视结构示意图
图10是本发明底板挡板的俯视结构示意图；
图11是图10中B-B剖面的结构示意图；
图12是本发明进水管的剖视结构示意图；
图13是图12中C-C剖面的结构示意图；
图14是本发明进水管局部的放大剖视结构示意图；
图15是本发明上出水管的结构示意图；
图16是本发明下出水管的俯视结构示意图；
图17是图16中D-D剖面的结构示意图；
图18是本发明连接管箍的结构示意图；
图19是图18中E-E剖面的结构示意图；
图20是本发明导流罩的主视结构示意图；
图21是本发明导流罩的左视结构示意图；
图22是图20中F-F剖面的结构示意图；
图23是本发明定位法兰盘的剖视结构示意图；
图24是本发明密封胶圈垫的结构示意图；
图25是图24中G-G剖面的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种可控环量与水位的进水池，其包括池体1、顶盖2、
底板3、进水管4、出水管5、导流罩6和测量控制装置(图中未示出)。
其中，如图2～图11所示，池体1为由前侧壁11、后侧壁12、左侧壁13和右侧
壁14围成的无上下底的长方体形腔体，且池体1的宽边与长边的长度比值为2:3；池
体1的右侧壁14中央开设有一右出水管孔15，右出水管孔15上安装有一可拆式右侧
壁挡板16，以根据工况需要封闭或打开右出水管孔15；顶盖2与池体1的顶端固定密
封连接，顶盖2上开设有多个带内螺纹的进水管孔21、一个带内螺纹的上出水管孔22
和一个压力管孔23，压力管孔23与用于增压或者抽压的压力管路(图中未示出)相
连接，以实现不同的池体1内压力，满足不同工况的要求；底板3与池体1的底端固
定密封连接，底板3上开设有一个下出水管孔31，下出水管孔31上安装有一可拆式
底板挡板32，以根据工况需要封闭或打开下出水管孔31；在前侧壁11、后侧壁12、
顶盖2和底板3的内侧面上均设置有平行于右侧壁14的挡板卡槽17，且挡板卡槽17
位于与右侧壁14相距2/3池体1长边长度处，挡板卡槽17上安装有一与之相配合的
可拆式池体内挡板(图中未示出)，以根据工况需要将池体1的结构调整为长方体或正
方体，从而实现非轴对称入流与轴对称入流的转换。
如图1和图12～图14所示，进水管4包括进水端和出水端，进水端与次级进水
管路(图中未示出)相连接，出水端的端部封闭、并在侧壁上等间距开设有三个(仅
以此为例，并不限于此)出水口41，进水管4的中部外壁上设置有进水管外螺纹42；
多根相同的进水管4的出水端分别穿过多个进水管孔21伸入池体1内，并分别通过进
水管外螺纹42与进水管孔21螺纹密封连接，通过调节进水管外螺纹42与进水管孔
21连接的位置，可以调节进水管4伸入池体1内的长度，即进水管4端部与底板3之
间的距离。
如图1和图15～图19所示，出水管5包括上出水管51、下出水管52和右出水管
(图中未示出)；上出水管51包括进水端和出水端，出水端与次级上出水管路(图中
未示出)相连接，进水端端部为用于进水的规则喇叭口53，上出水管51的中部外壁
上设置有上出水管外螺纹54；上出水管51的规则喇叭口53穿过上出水管孔22伸入
池体1内，并通过上出水管外螺纹54与上出水管孔22螺纹密封连接，通过调节上出
水管外螺纹54与上出水管孔22连接的位置，可以调节上出水管51伸入池体1内的长
度，即规则喇叭口53与底板3之间的距离；下出水管52也包括进水端和出水端，出
水端与次级下出水管路8通过连接管箍81相连接，进水端端部为用于进水的定位喇叭
口55，定位喇叭口55周围设置有与下出水管孔31相适配的下出水管连接法兰56，定
位喇叭口55可以根据需要通过下出水管连接法兰56代替底板挡板32与下出水管孔
31固定密封连接，从而为进水池提供一条下出水管路；右出水管的进水端可以根据需
要代替右侧壁挡板16与右出水管孔15固定密封连接，从而为进水池提供一条右出水
管路。
如图20～图22所示，导流罩6包括罩筒61、导流栅叶62和出水孔63，罩筒61
的内壁上部设置有内螺纹，导流罩6通过罩筒61套设在进水管4的出水端外部并与进
水管4螺纹连接，且罩筒61的长度能覆盖住所有的出水口41；两片(仅以此为例，
并不限于此)导流栅叶62沿罩筒61轴向平行地设置于罩筒61外侧，并与罩筒61的
外壁以一定角度固定连接；出水孔63开设在两片导流栅叶62之间的罩筒61壁上并与
出水口41相连通，出水孔63沿罩筒61轴向的长度与导流栅叶62的长度一致；导流
罩6可以改变进水管4的入流角度，从而改变进水池内部的液体环量。
测量控制装置包括流量测量机构和流量调节机构，流量调节机构可以是流量控制
阀(仅以此为例，并不限于此)，流量测量机构可以是流量计(仅以此为例，并不限于
此)；进水管4上设置有流量控制阀，可以即时调整进水管4的流量大小，从而控制入
流流速大小，达到目标流速，在每个进水管出水流速一致的基础上，通过调整入流角
度和进水管布局，形成对称流态或非对称流态；出水管5上设置有流量控制阀和流量
计，可以实时控制与显示出水管5的出水流量。
上述实施例中，如图1所示，测量控制装置还包括旋度测量机构，旋度测量机构
可以是旋度计7，旋度计7设置在上出水管51内，用于测量上出水管51内流体的旋
度。
上述实施例中，池体1的顶端和底端均设置有池体法兰18，顶盖2和底板3的四
周分别设置有与池体法兰18相适配的顶盖法兰24和底板法兰33，池体1分别通过顶
端和底端的池体法兰18以及顶盖法兰24和底板法兰33与顶盖2和底板3固定密封连
接；池体法兰18、顶盖法兰24和底板法兰33上均间隔均匀设置有多个螺钉定位孔，
池体1顶端和底端的池体法兰18分别与顶盖法兰24和底板法兰33通过螺栓连接。
上述实施例中，顶盖2在各进水管孔21处设置有顶盖加固凸台25，用于增加进
水管孔21与进水管4的螺纹接触面积，保证进水管4连接强度和运动平稳；顶盖2
在围绕上出水管孔22和压力管孔23的区域设置有定位凸台26，用于增加上出水管孔
22和压力管孔23与上出水管51和压力管路的接触面积，保证连接强度，同时可以用
于连接定位；右侧壁14在右出水管孔15处设置有右侧加固凸台19，用于增加右出水
管孔15与右出水管的接触面积，保证连接强度。
上述实施例中，如图1和图23所示，顶盖2还包括中心开设有螺纹孔的定位法兰
盘27，定位法兰盘27螺纹连接在上出水管51的中部，同时与上出水管孔21周围的
顶盖2固定连接，可以紧定上出水管51的位置，增加上出水管51与顶盖2的连接强
度。
上述实施例中，进水管4为六根，顶盖2上开设有六个进水管孔21，六个进水管
孔21分别设置在顶盖2的四角以及挡板卡槽17与顶盖2长边相交的夹角处；上出水
管孔22设置在右侧四个进水管孔21对角连线的交点上。
上述实施例中，如图24、图25所示，在定位法兰盘27与顶盖2之间、右侧壁挡
板16与右侧壁14之间以及底板挡板32或者喇叭口法兰56与底板3之间均设置有密
封胶圈垫9，增强连接的密封效果。
上述实施例中，围绕顶盖2四周的顶盖法兰25内侧面上开设有顶盖密封胶圈槽
28，围绕底板3四周的底板法兰33内侧面上开设有底板密封胶圈槽34，顶盖密封胶
圈槽28和底板密封胶圈槽34内均设置密封胶圈，可以增强池体1与顶盖2和底板3
连接的密封性能。
上述实施例中，池体1、顶盖2、底板3、进水管4、出水管5和导流罩6均采用
透明度高的有机材料制造而成，方便观察进水池内的流体流态，且容易加工，成本较
低。
本发明的可控环量与水位的进水池，可以广泛应用于开展针对水力学范畴内众多
问题的实验研究。本发明通过设置的池体内挡板、右侧壁挡板和底板挡板，可以形成
不同类型的池体形状，同时灵活搭配各进、出水管路，形成多种类型的进水池实验工
况，以满足不同类型变环量实验研究；还可以通过设置在顶盖上的压力管口进行抽/
加压，实现各类型工况下不同池体压力的改变，以满足不同类型工况研究。本发明也
可以应用于工业生产，实现不同工况运行，提升进水池的工作稳定性和高效性，最终
实现进水池内流体环量可控，提高进水池内部流态。
下面举例说明可以应用本发明开展试验的实验类型：
实施例一：
本发明可以应用在水利水电工程中喇叭管进水口漩涡研究中。
进水池池体的池宽、前后壁距以及上出水喇叭管的悬空高度等参数都会对进水池
内水的流态产生影响。上出水管喇叭口悬空高度过大会增加制造成本，却不一定得到
好的水力性能；而过小的上出水管喇叭口悬空高度往往会增加上出水管喇叭口的局部
水力损失，恶化水泵进口流态，甚至引起上出水管喇叭口附底涡的生成。由流体连续
性原理可知，通过上出水喇叭管口至池体底板间圆柱表面的流量，应该等于通过上出
水喇叭管口断面的流量，当上出水喇叭管的悬空高度不同时，进水池内水的流速分布
也不同。
可以通过调节上出水管外螺纹与上出水管孔的连接位置，调整规则喇叭口53与底
板3之间的距离，实现对上出水管的喇叭口吸水高度的改变；通过流量调节阀分别控
制进水管和出水管的流量，得到不同的进、出水流量总和，从而控制进水池内的水位，
实现上出水管喇叭口的不同淹没深度；通过调节进水管外螺纹与进水管孔的连接位置，
调节出水口距离底板的高度，通过调节导流罩导流栅叶的角度，调节入流方向，从而
得到不同的流体环量；通过改变进水管出水口水流的流速、速度角，获得稳定的进水
池内水流环量，并动态控制进水池内水流环量的正负与数值大小，从而实现对进水口
的漩涡流研究。
实施例二：
本发明可以应用在叶片式泵进口的预旋研究中，作为水泵实验台，研究预旋对叶
片泵性能的影响，并为叶片泵进口的预旋消除与控制装置研究提供指导。
叶片式泵的叶轮进口边前的过流断面上的流动为复杂的三维流动，由于受叶轮叶
片影响，沿圆周方向呈现一定的周期性，存在着回流域。泵进口的预旋可以降低泵内
部的静压，且随着流量的增大，叶轮流道内部静压的下降越大，预旋越强，下降越明
显。预旋减小了叶轮进口边的绝对液流角，增大了相对液流角。而叶轮通常是按照无
旋无冲角理论设计的，适当的增加预旋可以使冲角减小，冲击损失减小，使得泵外特
性在一定范围内有所提高；但随着预旋加强，冲角继续减小甚至变成负冲角，使得冲
击损失增大，泵的效率反而降低。
由叶轮旋转方向与液流漩涡旋转方向的异同定义正负预旋，因此，可以通过即时
调整进水管出水口的水流的流速和入射角度，实现预旋大小与方向(正负)的改变，
从而减小叶片式泵在变工况条件下，叶轮进口的冲击损失和回流损失，改善在非设计
工况点的水力性能，拓宽高效运行范围。通过安装在上出水管中的旋度计观测旋度，
得到涡角及其他漩涡物理量；借助现代物理成像技术(例如PIV，粒子图像测速)，即
时记录拍摄上出水管内部及泵进口及其他部位的预旋形态与演变过程。
实施例三：
本发明可以应用在进水池内表面涡研究中。通过流量调节阀调节各进水管的流量，
改变各进水管的进水流速和速度角，获得动态可控的进水池内水流环量；在轴对称来
流条件与非轴对称来流条件下，通过水深、流量、环量常数、流态描述等方面研究，
开展对自由液面涡形成、发展和变化的规律性研究。
实施例四：
通过采用不同尺寸的下出水管，可以依托本发明与出水螺旋喇叭形堰进行深水孔
新型泄洪结构研究的结合，研究本发明的可控环量与水位的进水池在削减井、洞内的
负压及消能率方面的作用。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置、及其连接方式
等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均
不应排除在本发明的保护范围之外。