專利名稱：渦環(huán)流排沙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于人工渠道上安裝的排沙裝置，特別是渦環(huán)流排沙裝置。
背景技術(shù)：
在我國(guó)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，現(xiàn)有的泥沙處理裝置，排沙效率比較高的裝置，有一種“全沙排沙漏斗設(shè)施”，其結(jié)構(gòu)為底面具有錐度的漏斗，在底面中心設(shè)置著漏斗底孔，在漏斗壁上設(shè)置著連接有進(jìn)水道的進(jìn)水口，進(jìn)水道的走向與漏斗壁的內(nèi)壁相切。當(dāng)水流以切線方向進(jìn)入排沙漏斗中時(shí)，就會(huì)發(fā)生垂直中心對(duì)稱的圓周運(yùn)動(dòng)，靠進(jìn)漏斗壁區(qū)域的水流為強(qiáng)迫渦，靠進(jìn)中心區(qū)域的水流為自由渦?？窟M(jìn)漏斗底部的水流存在一定方向的指向漏斗中心底孔的徑向流速，當(dāng)比重比水重的泥沙從進(jìn)水口進(jìn)入漏斗時(shí)，就會(huì)沿螺旋軌跡向底孔運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)底孔排出。由于進(jìn)入漏斗的流量遠(yuǎn)大于底孔的出流量，使漏斗內(nèi)水深加大，并在漏斗中出現(xiàn)空氣漏斗。空氣漏斗的存在使沖沙水量減小，底孔排沙能力增強(qiáng)。因此，設(shè)置排沙漏斗有利于泥沙的沉降和排除。但是，由于排沙漏斗的基本原理是當(dāng)水流以切線方向進(jìn)入排沙漏斗中時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生垂直中心對(duì)稱的圓周運(yùn)動(dòng)。排沙漏斗的結(jié)構(gòu)形態(tài)是對(duì)稱的，但進(jìn)流是單向的，所以漏斗內(nèi)的流態(tài)是不對(duì)稱的，隨之帶來(lái)的問(wèn)題是空氣漏斗將偏離排沙漏斗的中心軸。隨著進(jìn)流的大小變化，空氣漏斗將發(fā)生變形或擺動(dòng)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)空氣渦的不穩(wěn)定。不穩(wěn)定的空氣渦會(huì)影響自由渦的流態(tài)，增加排沙的耗水量。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種渦環(huán)流排沙裝置，可以使排沙漏斗內(nèi)水流自由渦中的空氣渦穩(wěn)定，不管進(jìn)水流量大小如何變化，都不影響空氣渦的穩(wěn)定，使得空氣渦垂線與排沙漏斗的中心線重合。使得三相流(氣流、水流、沙流)在自由渦中很穩(wěn)定，能比較順利地將泥沙送入排沙孔，減少排沙的耗水量。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種渦環(huán)流排沙裝置，包括底面具有錐度的排沙漏斗，在其底面的中心設(shè)置著排沙底孔，在漏斗壁上設(shè)置著連接有進(jìn)水道的進(jìn)水口，進(jìn)水道的走向與漏斗壁的內(nèi)壁相切，封閉的漏斗壁從進(jìn)水道進(jìn)水口切線切點(diǎn)起沿水流的方向呈漸開線曲線簡(jiǎn)壁，進(jìn)水口切線切點(diǎn)至水流方向圓心角100°-120°的漏斗壁頂部下凹構(gòu)成溢流堰，在漏斗底面中心位置的上方固定安裝著穩(wěn)流圓簡(jiǎn)，穩(wěn)流圓簡(jiǎn)的簡(jiǎn)底距漏斗底面之間設(shè)置著50-100mm高的環(huán)狀間隙。
本實(shí)用新型在漏斗底面中心位置的上方固定安裝著穩(wěn)流圓簡(jiǎn)，使排沙漏斗內(nèi)的水流分為中心自由渦流部分和外環(huán)環(huán)流部分。排沙底孔位于自由渦流底部的中心位置。在穩(wěn)流圓簡(jiǎn)的簡(jiǎn)底設(shè)有50-100mm高的環(huán)狀間隙，外環(huán)環(huán)流產(chǎn)生的強(qiáng)制渦的挾沙水流可以對(duì)稱的從穩(wěn)定圓簡(jiǎn)底部的環(huán)狀間隙進(jìn)入自由渦，使得自由渦中的空氣渦十分穩(wěn)定，不管進(jìn)水流量大小如何變化，都不影響空氣渦的穩(wěn)定，使得空氣渦的中心線與排沙底孔的中心線完全重合。使得三相流(氣流、水流、沙流)在自由渦中十分穩(wěn)定，產(chǎn)生的三維流，能較順利地將泥沙送入排沙底孔，由排沙暗渠排走，達(dá)到用最小的耗水量獲得最大排沙量的目的，減少排沙的耗水量。由于漏斗壁曲線呈漸開線形，產(chǎn)生的外環(huán)環(huán)流其主要作用是迅速降低切向流速，使泥沙向下沉降，在底部徑向流和重力徑向分力的作用下，克服離心力的作用，使泥沙向穩(wěn)定圓簡(jiǎn)底部移動(dòng)。
另外，由于進(jìn)入自由渦的挾沙水通過(guò)穩(wěn)流圓簡(jiǎn)底部的環(huán)狀間隙，增大了底部徑向流速。因此，穩(wěn)流圓簡(jiǎn)的另一作用是對(duì)沙子向排沙底孔運(yùn)移非常有利。根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，水流挾帶砂子進(jìn)入排沙裝置后，受幾個(gè)力的作用，在環(huán)流的作用下，有一個(gè)切向力F1，在重力作用，有一個(gè)重力G，由于砂子和水在渦內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)，有一個(gè)離心力F2，由于排沙漏斗底面具有錐度，運(yùn)動(dòng)的砂子沉到底部后在重力G的作用下，有一個(gè)重力G的徑向分力F3，這個(gè)力與離心力方向相反。由于排沙底孔出流有一個(gè)指向中心孔的徑向流速，在這個(gè)流速的作用下，沙子還應(yīng)有一個(gè)徑向力F4。在這幾個(gè)力的共同作用下，沙子在排沙漏斗具有錐度的底面沉淀并運(yùn)移至排沙底孔排出，由排沙暗渠排走。


下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為可調(diào)節(jié)方向調(diào)流板的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種渦環(huán)流排沙裝置，如圖1、圖2所示，包括底面具有錐度的排沙漏斗，排沙漏斗的底面3的錐度為1∶10，在其底面3的中心設(shè)置著排沙底孔6，排沙底孔6連接著排沙暗渠，在漏斗壁2上設(shè)置著連接有進(jìn)水道1的進(jìn)水口，進(jìn)水道的走向與漏斗壁2的內(nèi)壁相切，封閉的漏斗壁2為從進(jìn)水道1進(jìn)水口切線切點(diǎn)起沿水流的方向呈漸開線簡(jiǎn)壁，進(jìn)水口切線切點(diǎn)至水流方向圓心角100°-120°的漏斗壁2頂部下凹構(gòu)成溢流堰7，從溢流堰7溢出的無(wú)沙水進(jìn)入排水道8，在漏斗底面3中心位置的上方固定安裝著穩(wěn)流圓簡(jiǎn)4，穩(wěn)流圓簡(jiǎn)4的簡(jiǎn)底距漏斗底面3之間設(shè)置著50-100mm高的環(huán)狀間隙。在進(jìn)水口處上部的漏斗壁2上水平安裝著俯視圖為曲線形的平面導(dǎo)流板5，導(dǎo)流板5的長(zhǎng)度為從進(jìn)水口上部起沿漏斗壁2順時(shí)針走向圓心角為120°-200°的弧長(zhǎng)，導(dǎo)流板5的內(nèi)曲線邊為漸開線曲線。曲線形導(dǎo)流板5主要作用是分割挾沙水和無(wú)沙水，導(dǎo)流板5的上部為無(wú)沙水，其下部為挾沙水，同時(shí)還有穩(wěn)流作用。在漏斗壁2的內(nèi)側(cè)，導(dǎo)流板5的下方安裝著可調(diào)節(jié)方向的調(diào)流板。如圖3、圖4所示，可調(diào)節(jié)方向的調(diào)流板為通過(guò)固定在漏斗壁內(nèi)側(cè)的上軸座15和下軸座16安裝著轉(zhuǎn)動(dòng)軸11，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸11的下部安裝著調(diào)流板10，調(diào)流板10為兩個(gè)立面呈流線形相交的立板，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸11的上部安裝著定位齒輪14和手柄13，在手柄13上鉸接著彈簧控制的杠桿定位爪12，杠桿定位爪12的爪尖與定位齒輪14的齒谷相配合。當(dāng)需要調(diào)節(jié)調(diào)流板10的方位時(shí)，扳動(dòng)桿桿定位爪12，使定位爪的爪尖與定位齒輪14的齒谷脫離，操縱手柄13使轉(zhuǎn)動(dòng)軸11帶動(dòng)調(diào)流板10轉(zhuǎn)動(dòng)到所需的方位，松開杠桿定位爪12，使其回位，使定位爪卡入定位齒輪14的齒谷，將調(diào)流板10定位。通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)流板10的方位，來(lái)控制外環(huán)環(huán)流產(chǎn)生的強(qiáng)制渦的流速和方向，以促使泥沙的沉降和排沙。如圖2所示，在排沙底孔6上安裝著活動(dòng)蓋板9，通過(guò)控制排沙底孔6上的活動(dòng)蓋板9能夠做到控制排沙和間歇排沙。
本實(shí)用新型可建成可移動(dòng)式的，排沙漏斗為混凝土預(yù)制件，穩(wěn)流圓簡(jiǎn)為鋼構(gòu)件或者排沙漏斗和穩(wěn)流圓簡(jiǎn)都為鋼構(gòu)件。本實(shí)用新型可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。
權(quán)利要求1.一種渦環(huán)流排沙裝置，包括底面具有錐度的排沙漏斗，在其底面(3)的中心設(shè)置著排沙底孔(6)，在漏斗壁(2)上設(shè)置著連接有進(jìn)水道(1)的進(jìn)水口，進(jìn)水道(1)的走向與漏斗壁的內(nèi)壁相切，其特征是封閉的漏斗壁(2)為從進(jìn)水道(1)進(jìn)水口切線切點(diǎn)起沿水流的方向呈漸開線曲線筒壁，進(jìn)水口切線切點(diǎn)至水流方向圓心角100°-120°的漏斗壁(2)頂部下凹構(gòu)成溢流堰(7)，在漏斗底面(3)中心位置的上方固定安裝著穩(wěn)流圓筒(4)，穩(wěn)流圓筒(4)的筒底距漏斗底面之間設(shè)置著50-100mm高的環(huán)狀間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦環(huán)流排沙裝置，其特征是在進(jìn)水口處上部的漏斗壁(2)上水平安裝著俯視圖為曲線形的平面導(dǎo)流板(5)，導(dǎo)流板(5)的長(zhǎng)度為從進(jìn)水口上部起沿漏斗壁(2)順時(shí)針走向圓心角為120°-200°的弧長(zhǎng)，導(dǎo)流板(5)的內(nèi)曲線邊為漸開線曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦環(huán)流排沙裝置，其特征是在漏斗壁(2)的內(nèi)側(cè)，導(dǎo)流板(5)的下方安裝著可調(diào)節(jié)方向的調(diào)流板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦環(huán)流排沙裝置，其特征是可調(diào)節(jié)方向的調(diào)流板為通過(guò)固定在漏斗壁內(nèi)側(cè)的上軸座(15)和下軸座(16)安裝著轉(zhuǎn)動(dòng)軸(11)，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸(11)的下部安裝著調(diào)流板(10)，調(diào)流板(10)為兩個(gè)立面呈流線形相交的立板，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸(11)的上部安裝著定位齒輪(14)和手柄(13)，在手柄(13)上鉸接著彈簧控制的杠桿定位爪(12)，杠桿定位爪(12)的爪尖與定位齒輪(14)的齒谷相配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦環(huán)流排沙裝置，其特征是在排沙底孔(6)上安裝著活動(dòng)蓋板(9)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于人工渠道上安裝的排沙裝置，特別是渦環(huán)流排沙裝置，包括底面具有錐度的排沙漏斗，在其底面的中心設(shè)置著排沙底孔，在漏斗壁上設(shè)置著連接有進(jìn)水道的進(jìn)水口，進(jìn)水道的走向與漏斗壁的內(nèi)壁相切，封閉的漏斗壁為從進(jìn)水道進(jìn)水口切線切點(diǎn)起沿水流的方向呈漸開線曲線筒壁，進(jìn)水口切線切點(diǎn)至水流方向圓心角100°－120°的漏斗壁頂部下凹構(gòu)成溢流堰，在漏斗底面中心位置的上方固定安裝著穩(wěn)流圓筒，穩(wěn)流圓筒的筒底距漏斗底面之間設(shè)置著50－100mm高的環(huán)狀間隙。本實(shí)用新型可使排沙漏斗內(nèi)水流自由渦中的空氣渦穩(wěn)定，使空氣渦垂線與排沙漏斗的中心線重合，能順利地將泥沙送入排沙孔，由排沙暗渠排走，減少排沙的耗水量。
文檔編號(hào)E02F5/28GK2673955SQ200420002720
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月17日
發(fā)明者高亞平, 彭立新, 盧新樂 申請(qǐng)人:新疆水利水電科學(xué)研究院