一種對(duì)稱式旋流排沙池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種排除河渠水流中泥沙的設(shè)施，尤其是一種對(duì)稱式旋流排沙池。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國水資源缺乏的北方地區(qū)，河流含沙量大，大量的泥沙隨引水進(jìn)入渠道，一般需要進(jìn)行排沙處理。在現(xiàn)有的泥沙處理設(shè)施中，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)周著等人發(fā)明的排沙漏斗是一種排沙效率較高的裝置。在排沙漏斗中，引水渠內(nèi)的含沙水流經(jīng)進(jìn)水涵洞切向進(jìn)入在其底部中心設(shè)有排沙底孔的漏斗室做立軸螺旋流運(yùn)動(dòng)，并在漏斗室中央形成一個(gè)貫穿排沙底孔的漏斗狀的自由表面旋渦(常被稱為“空氣渦”)，在各種渦流和重力的作用下泥沙被送至排沙底孔而排出，經(jīng)過排沙后的水流則從漏斗室外圍溢流堰流出并經(jīng)回水道進(jìn)入原引水渠以資利用。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是要在漏斗室中心形成一個(gè)穩(wěn)定的空氣渦。如果空氣渦不穩(wěn)定而擺動(dòng)較大，則排沙效率低、排沙耗水量增大，甚至使其工作狀況不斷惡化而完全喪失排沙能力。排沙漏斗的漏斗室內(nèi)水流流態(tài)是不對(duì)稱的，導(dǎo)致空氣渦將偏離漏斗室的中心軸，并且流量越大，則空氣渦偏離和擺動(dòng)的幅度就越大，空氣渦的不穩(wěn)定性越顯著。為了提高空氣渦的穩(wěn)定性，周著等人此后又提出了偏心排沙底孔設(shè)計(jì)，即將排沙底孔中心軸偏離漏斗室中心軸，由于空氣渦偏離程度是隨流量大小而不斷變化的，且偏離的方向具有隨機(jī)性，因此這種設(shè)計(jì)對(duì)提高空氣渦穩(wěn)定性的幫助是很有限的。2004年高亞平等人發(fā)明了渦環(huán)流排沙裝置，該裝置主要通過在漏斗室中心安裝一個(gè)圓筒來隔斷圓筒外側(cè)的流態(tài)不對(duì)稱的水流對(duì)圓筒內(nèi)空氣渦的影響，從而得到穩(wěn)定的空氣渦，但是此圓筒也隔斷了外側(cè)的強(qiáng)迫渦與內(nèi)側(cè)的自由渦的耦合，使得在圓筒附近形成一圈低流速帶，容易造成泥沙淤積在漏斗室底板上而不能順暢排出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高排沙漏斗中空氣渦的穩(wěn)定性，同時(shí)滿足高效順暢排沙的要求，本發(fā)明提供了一種對(duì)稱式旋流排沙池。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種對(duì)稱式旋流排沙池，包括底面具有錐度的漏斗室，在漏斗室底面中心位置設(shè)有排沙底孔，在漏斗室上部設(shè)有溢流堰，其特征在于:漏斗室邊壁由兩個(gè)半徑相等而圓心不重合的半圓構(gòu)成，設(shè)有兩個(gè)進(jìn)水涵洞，進(jìn)水涵洞的兩個(gè)邊壁均與漏斗室邊壁相切，進(jìn)水涵洞在其上游端與進(jìn)水渠道相連接，在漏斗室上設(shè)有一個(gè)環(huán)形的蓋板，蓋板外側(cè)邊緣與漏斗室邊壁相連接，蓋板內(nèi)側(cè)邊緣與一圓柱形的邊墻的底部相連接，邊墻頂部下凹構(gòu)成兩個(gè)溢流堰，兩個(gè)溢流堰與一個(gè)回水道相連通；
[0005]與進(jìn)水涵洞相連的進(jìn)水渠道的兩個(gè)分支在其上游位置匯合成一個(gè)渠道，在匯合處設(shè)有跌水坎；
[0006]蓋板呈水平放置，其高度與進(jìn)水涵洞頂板齊平；
[0007]溢流堰在水平面上為圓弧形，溢流堰長(zhǎng)度從進(jìn)水涵洞與漏斗室邊壁的切點(diǎn)所在方位起至沿水流旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)圓心角為45°位置處；
[0008]回水道的上游段位于蓋板之上，呈圓心角為225°的扇形環(huán)形。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:在本發(fā)明中空氣渦的穩(wěn)定性得到了顯著的提高，耗水率更低，排沙率更高，并且處理大流量水流的能力更強(qiáng)。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為圖1的A-A斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為圖1的B-B斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:1-進(jìn)水渠道，2-跌水坎，3-進(jìn)水涵洞，4-排沙底孔，5-漏斗室，6-回水道，7-溢流堰。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1、圖2和圖3所示，一種對(duì)稱式旋流排沙池，主要包括進(jìn)水渠道1、進(jìn)水涵洞
3、漏斗室5、回水道6等。進(jìn)水涵洞3的寬度為其高度的1.4倍，長(zhǎng)度為寬度的3倍，進(jìn)水涵洞3的過水?dāng)嗝婷娣e根據(jù)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)流量和泥沙粒徑?jīng)Q定。進(jìn)水涵洞3在其上游端與進(jìn)水渠道I相連接，與進(jìn)水涵洞3相連的進(jìn)水渠道I的兩個(gè)分支在其上游位置匯合成一個(gè)渠道，在匯合處設(shè)有跌水坎2，跌水坎2的高度為進(jìn)水涵洞3高度的0.5倍，由于進(jìn)水渠道I的兩個(gè)分支的寬度相等，并且在跌水坎2處產(chǎn)生跌水，跌水坎2上游水流不受下游水流影響，因此流進(jìn)進(jìn)水渠道I的兩個(gè)分支的水流流量是大致相等的。進(jìn)水涵洞3的兩個(gè)邊壁均與漏斗室5邊壁相切，漏斗室5邊壁由兩個(gè)半徑相等而圓心不重合的半圓構(gòu)成，構(gòu)成漏斗室5邊壁的兩個(gè)半圓的半徑為進(jìn)水涵洞3寬度的5倍，兩個(gè)半圓的圓心之間的間距等于進(jìn)水涵洞3的寬度。漏斗室5的底面是傾斜的，其錐度為1:10，在漏斗室5底面中心位置設(shè)有排沙底孔4，排沙底孔4的直徑為進(jìn)水涵洞3寬度的0.2倍。在漏斗室5上設(shè)有一個(gè)水平的與進(jìn)水涵洞3頂板齊平的環(huán)形的蓋板，蓋板外側(cè)邊緣與漏斗室5邊壁相連接，蓋板內(nèi)側(cè)邊緣與一圓柱形的邊墻的底部相連接，蓋板最窄處的寬度等于進(jìn)水涵洞3寬度的1.5倍，最寬處的寬度等于進(jìn)水涵洞3寬度的2.5倍。邊墻頂部下凹構(gòu)成兩個(gè)溢流堰7，溢流堰7到蓋板之間的間距等于進(jìn)水涵洞3高度的0.25倍，溢流堰7在水平面上為圓弧形，溢流堰7長(zhǎng)度從進(jìn)水涵洞3與漏斗室5邊壁的切點(diǎn)所在方位起至沿水流旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)圓心角為45°位置處。兩個(gè)溢流堰7與一個(gè)回水道6相連通，回水道6的上游段位于蓋板之上，呈圓心角為225°的扇形環(huán)形。
[0016]工作時(shí)，引水渠內(nèi)的含沙水流先被引入進(jìn)水渠道1，通過跌水坎2的分流兩股流量大致相等的水流經(jīng)過進(jìn)水涵洞3切向進(jìn)入漏斗室5，受到漏斗室5邊壁的約束而作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生類似于彎道橫向環(huán)流的二次流，此二次流源源不斷地將沉降到漏斗室5底部附近的泥沙輸送到排沙底孔4而排出，絕大部分水流旋轉(zhuǎn)至少I周以后完成排沙處理，經(jīng)過溢流堰7進(jìn)入回水道6，然后被引入原引水渠以資利用。
[0017]實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0018]本發(fā)明與排沙漏斗進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。采用有機(jī)玻璃材料制作本發(fā)明和排沙漏斗的物理模型，排沙漏斗物理模型的漏斗室直徑為lm，進(jìn)水涵洞高7cm，寬20cm ;本發(fā)明物理模型的漏斗室5直徑為lm，進(jìn)水涵洞3高7cm，寬10cm。根據(jù)陜西東雷抽黃灌區(qū)東雷二級(jí)站排沙漏斗工程的設(shè)計(jì)流量大小和重力相似準(zhǔn)則確定兩個(gè)物理模型的設(shè)計(jì)流量為2.46L/s，實(shí)驗(yàn)中采用設(shè)計(jì)流量和1.5倍設(shè)計(jì)流量這兩種工況，實(shí)驗(yàn)中模型沙采用粒徑為0.054mm?
0.075mm的粉煤灰，其密度為1.765g/cm3。
[0019]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明物理模型在兩種工況下空氣渦的中心軸均與排沙底孔4的圓心(亦即漏斗室5的中心軸)基本重合，空氣渦圍繞排沙底孔4的圓心作小幅度擺動(dòng)；在排沙漏斗中，空氣渦偏向遠(yuǎn)離漏斗室溢水口的一側(cè)，空氣渦的中心軸的運(yùn)動(dòng)軌跡呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的圓形，此圓形的直徑大小在1.5倍設(shè)計(jì)流量下明顯要大于設(shè)計(jì)流量下的，此外，在1.5倍設(shè)計(jì)流量下空氣渦會(huì)不定時(shí)地消失，累計(jì)消失的時(shí)間長(zhǎng)度約等于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度的1/5倍。在設(shè)計(jì)流量下，本發(fā)明的耗水率比排沙漏斗的耗水率低11 %，本發(fā)明的排沙率比排沙漏斗高8% ;在1.5倍設(shè)計(jì)流量下，本發(fā)明的耗水率比排沙漏斗的耗水率低26%，本發(fā)明的排沙率比排沙漏斗高14%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于排沙漏斗，在本發(fā)明中空氣渦的穩(wěn)定性得到了顯著的提高，耗水率更低，排沙率更高，并且處理大流量水流的能力更強(qiáng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種對(duì)稱式旋流排沙池，包括底面具有錐度的漏斗室，在漏斗室底面中心位置設(shè)有排沙底孔，在漏斗室上部設(shè)有溢流堰，其特征在于:漏斗室邊壁由兩個(gè)半徑相等而圓心不重合的半圓構(gòu)成，設(shè)有兩個(gè)進(jìn)水涵洞，進(jìn)水涵洞的兩個(gè)邊壁均與漏斗室邊壁相切，進(jìn)水涵洞在其上游端與進(jìn)水渠道相連接，在漏斗室上設(shè)有一個(gè)環(huán)形的蓋板，蓋板外側(cè)邊緣與漏斗室邊壁相連接，蓋板內(nèi)側(cè)邊緣與一圓柱形的邊墻的底部相連接，邊墻頂部下凹構(gòu)成兩個(gè)溢流堰，兩個(gè)溢流堰與一個(gè)回水道相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征是:與進(jìn)水涵洞相連的進(jìn)水渠道的兩個(gè)分支在其上游位置匯合成一個(gè)渠道，在匯合處設(shè)有跌水坎。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征是:蓋板呈水平放置，其高度與進(jìn)水涵洞頂板齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征是:溢流堰在水平面上為圓弧形，溢流堰長(zhǎng)度從進(jìn)水涵洞與漏斗室邊壁的切點(diǎn)所在方位起至沿水流旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)圓心角為45°位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征是:回水道的上游段位于蓋板之上，呈圓心角為225°的扇形環(huán)形。
【專利摘要】一種對(duì)稱式旋流排沙池，主要包括進(jìn)水渠道、進(jìn)水涵洞、漏斗室、回水道等。在漏斗室底面中心位置設(shè)有排沙底孔，漏斗室邊壁由兩個(gè)半徑相等而圓心不重合的半圓構(gòu)成，設(shè)有兩個(gè)進(jìn)水涵洞，進(jìn)水涵洞的兩個(gè)邊壁均與漏斗室邊壁相切，進(jìn)水涵洞在其上游端與進(jìn)水渠道相連接，在漏斗室上設(shè)有一個(gè)環(huán)形的蓋板，蓋板外側(cè)邊緣與漏斗室邊壁相連接，蓋板內(nèi)側(cè)邊緣與一圓柱形的邊墻的底部相連接，邊墻頂部下凹構(gòu)成兩個(gè)溢流堰，兩個(gè)溢流堰與一個(gè)回水道相連通。本發(fā)明可使漏斗室內(nèi)空氣渦穩(wěn)定，能夠高效順暢地排除水中泥沙。
【IPC分類】E02B5-08, E02B8-02
【公開號(hào)】CN104846789
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510297769
【發(fā)明人】肖柏青, 戎貴文, 王校剛, 舒生茂, 陸航宇, 王旭
【申請(qǐng)人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日