CN104846789A - 一种对称式旋流排沙池 - Google Patents

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Abstract

一种对称式旋流排沙池，主要包括进水渠道、进水涵洞、漏斗室、回水道等。在漏斗室底面中心位置设有排沙底孔，漏斗室边壁由两个半径相等而圆心不重合的半圆构成，设有两个进水涵洞，进水涵洞的两个边壁均与漏斗室边壁相切，进水涵洞在其上游端与进水渠道相连接，在漏斗室上设有一个环形的盖板，盖板外侧边缘与漏斗室边壁相连接，盖板内侧边缘与一圆柱形的边墙的底部相连接，边墙顶部下凹构成两个溢流堰，两个溢流堰与一个回水道相连通。本发明可使漏斗室内空气涡稳定，能够高效顺畅地排除水中泥沙。

Description

一种对称式旋流排沙池
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，涉及一种排除河渠水流中泥沙的设施，尤其是一种对称式旋流排沙池。
背景技术
在我国水资源缺乏的北方地区，河流含沙量大，大量的泥沙随引水进入渠道，一般需要进行排沙处理。在现有的泥沙处理设施中，新疆农业大学周著等人发明的排沙漏斗是一种排沙效率较高的装置。在排沙漏斗中，引水渠内的含沙水流经进水涵洞切向进入在其底部中心设有排沙底孔的漏斗室做立轴螺旋流运动，并在漏斗室中央形成一个贯穿排沙底孔的漏斗状的自由表面旋涡(常被称为“空气涡”)，在各种涡流和重力的作用下泥沙被送至排沙底孔而排出，经过排沙后的水流则从漏斗室外围溢流堰流出并经回水道进入原引水渠以资利用。该项技术的关键是要在漏斗室中心形成一个稳定的空气涡。如果空气涡不稳定而摆动较大，则排沙效率低、排沙耗水量增大，甚至使其工作状况不断恶化而完全丧失排沙能力。排沙漏斗的漏斗室内水流流态是不对称的，导致空气涡将偏离漏斗室的中心轴，并且流量越大，则空气涡偏离和摆动的幅度就越大，空气涡的不稳定性越显著。为了提高空气涡的稳定性，周著等人此后又提出了偏心排沙底孔设计，即将排沙底孔中心轴偏离漏斗室中心轴，由于空气涡偏离程度是随流量大小而不断变化的，且偏离的方向具有随机性，因此这种设计对提高空气涡稳定性的帮助是很有限的。2004年高亚平等人发明了涡环流排沙装置，该装置主要通过在漏斗室中心安装一个圆筒来隔断圆筒外侧的流态不对称的水流对圆筒内空气涡的影响，从而得到稳定的空气涡，但是此圆筒也隔断了外侧的强迫涡与内侧的自由涡的耦合，使得在圆筒附近形成一圈低流速带，容易造成泥沙淤积在漏斗室底板上而不能顺畅排出。
发明内容
为了提高排沙漏斗中空气涡的稳定性，同时满足高效顺畅排沙的要求，本发明提供了一种对称式旋流排沙池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种对称式旋流排沙池，包括底面具有锥度的漏斗室，在漏斗室底面中心位置设有排沙底孔，在漏斗室上部设有溢流堰，其特征在于：漏斗室边壁由两个半径相等而圆心不重合的半圆构成，设有两个进水涵洞，进水涵洞的两个边壁均与漏斗室边壁相切，进水涵洞在其上游端与进水渠道相连接，在漏斗室上设有一个环形的盖板，盖板外侧边缘与漏斗室边壁相连接，盖板内侧边缘与一圆柱形的边墙的底部相连接，边墙顶部下凹构成两个溢流堰，两个溢流堰与一个回水道相连通；
与进水涵洞相连的进水渠道的两个分支在其上游位置汇合成一个渠道，在汇合处设有跌水坎；
盖板呈水平放置，其高度与进水涵洞顶板齐平；
溢流堰在水平面上为圆弧形，溢流堰长度从进水涵洞与漏斗室边壁的切点所在方位起至沿水流旋转方向对应圆心角为45°位置处；
回水道的上游段位于盖板之上，呈圆心角为225°的扇形环形。
与现有技术相比，本发明的优点是：在本发明中空气涡的稳定性得到了显著的提高，耗水率更低，排沙率更高，并且处理大流量水流的能力更强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A断面结构示意图。
图3为图1的B-B断面结构示意图。
图中：1-进水渠道，2-跌水坎，3-进水涵洞，4-排沙底孔，5-漏斗室，6-回水道，7-溢流堰。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2和图3所示，一种对称式旋流排沙池，主要包括进水渠道1、进水涵洞3、漏斗室5、回水道6等。进水涵洞3的宽度为其高度的1.4倍，长度为宽度的3倍，进水涵洞3的过水断面面积根据实际工程的设计流量和泥沙粒径决定。进水涵洞3在其上游端与进水渠道1相连接，与进水涵洞3相连的进水渠道1的两个分支在其上游位置汇合成一个渠道，在汇合处设有跌水坎2，跌水坎2的高度为进水涵洞3高度的0.5倍，由于进水渠道1的两个分支的宽度相等，并且在跌水坎2处产生跌水，跌水坎2上游水流不受下游水流影响，因此流进进水渠道1的两个分支的水流流量是大致相等的。进水涵洞3的两个边壁均与漏斗室5边壁相切，漏斗室5边壁由两个半径相等而圆心不重合的半圆构成，构成漏斗室5边壁的两个半圆的半径为进水涵洞3宽度的5倍，两个半圆的圆心之间的间距等于进水涵洞3的宽度。漏斗室5的底面是倾斜的，其锥度为1:10，在漏斗室5底面中心位置设有排沙底孔4，排沙底孔4的直径为进水涵洞3宽度的0.2倍。在漏斗室5上设有一个水平的与进水涵洞3顶板齐平的环形的盖板，盖板外侧边缘与漏斗室5边壁相连接，盖板内侧边缘与一圆柱形的边墙的底部相连接，盖板最窄处的宽度等于进水涵洞3宽度的1.5倍，最宽处的宽度等于进水涵洞3宽度的2.5倍。边墙顶部下凹构成两个溢流堰7，溢流堰7到盖板之间的间距等于进水涵洞3高度的0.25倍，溢流堰7在水平面上为圆弧形，溢流堰7长度从进水涵洞3与漏斗室5边壁的切点所在方位起至沿水流旋转方向对应圆心角为45°位置处。两个溢流堰7与一个回水道6相连通，回水道6的上游段位于盖板之上，呈圆心角为225°的扇形环形。
工作时，引水渠内的含沙水流先被引入进水渠道1，通过跌水坎2的分流两股流量大致相等的水流经过进水涵洞3切向进入漏斗室5，受到漏斗室5边壁的约束而作圆周旋转运动，并产生类似于弯道横向环流的二次流，此二次流源源不断地将沉降到漏斗室5底部附近的泥沙输送到排沙底孔4而排出，绝大部分水流旋转至少1周以后完成排沙处理，经过溢流堰7进入回水道6，然后被引入原引水渠以资利用。
实验结果
本发明与排沙漏斗进行对比实验。采用有机玻璃材料制作本发明和排沙漏斗的物理模型，排沙漏斗物理模型的漏斗室直径为1m，进水涵洞高7cm，宽20cm；本发明物理模型的漏斗室5直径为1m，进水涵洞3高7cm，宽10cm。根据陕西东雷抽黄灌区东雷二级站排沙漏斗工程的设计流量大小和重力相似准则确定两个物理模型的设计流量为2.46L/s，实验中采用设计流量和1.5倍设计流量这两种工况，实验中模型沙采用粒径为0.054mm～0.075mm的粉煤灰，其密度为1.765g/cm3。
实验发现，本发明物理模型在两种工况下空气涡的中心轴均与排沙底孔4的圆心(亦即漏斗室5的中心轴)基本重合，空气涡围绕排沙底孔4的圆心作小幅度摆动；在排沙漏斗中，空气涡偏向远离漏斗室溢水口的一侧，空气涡的中心轴的运动轨迹呈逆时针旋转的圆形，此圆形的直径大小在1.5倍设计流量下明显要大于设计流量下的，此外，在1.5倍设计流量下空气涡会不定时地消失，累计消失的时间长度约等于运行时间长度的1/5倍。在设计流量下，本发明的耗水率比排沙漏斗的耗水率低11％，本发明的排沙率比排沙漏斗高8％；在1.5倍设计流量下，本发明的耗水率比排沙漏斗的耗水率低26％，本发明的排沙率比排沙漏斗高14％。实验结果表明，相对于排沙漏斗，在本发明中空气涡的稳定性得到了显著的提高，耗水率更低，排沙率更高，并且处理大流量水流的能力更强。

Claims (5)

1.一种对称式旋流排沙池，包括底面具有锥度的漏斗室，在漏斗室底面中心位置设有排沙底孔，在漏斗室上部设有溢流堰，其特征在于：漏斗室边壁由两个半径相等而圆心不重合的半圆构成，设有两个进水涵洞，进水涵洞的两个边壁均与漏斗室边壁相切，进水涵洞在其上游端与进水渠道相连接，在漏斗室上设有一个环形的盖板，盖板外侧边缘与漏斗室边壁相连接，盖板内侧边缘与一圆柱形的边墙的底部相连接，边墙顶部下凹构成两个溢流堰，两个溢流堰与一个回水道相连通。
2.根据权利要求1所述的，其特征是：与进水涵洞相连的进水渠道的两个分支在其上游位置汇合成一个渠道，在汇合处设有跌水坎。
3.根据权利要求1所述的，其特征是：盖板呈水平放置，其高度与进水涵洞顶板齐平。
4.根据权利要求1所述的，其特征是：溢流堰在水平面上为圆弧形，溢流堰长度从进水涵洞与漏斗室边壁的切点所在方位起至沿水流旋转方向对应圆心角为45°位置处。
5.根据权利要求1所述的，其特征是：回水道的上游段位于盖板之上，呈圆心角为225°的扇形环形。
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