CN107255202B - 一种用于管道的旋叶式复合型消能装置 - Google Patents

Abstract

一种用于管道的旋叶式复合型消能装置，属于水利工程技术领域。所述复合型消能装置包括固定于管道的法兰固定结构，该结构同时是消能的主要结构之一；该装置同时包括绕轴心可转的旋叶部分，分别为上述法兰盘上、下游，是消能的另两个主要结构，因此称之为固定结构消能与可动结构消能相结合的复合型消能装置。所述消能装置能够在管道内任意部位较简便的进行安装，无需对管道进行特殊结构的改造，不同法兰盘及旋叶叶片尺寸参数的变化能够满足任意尺寸管道内流动的消能要求。

Description

一种用于管道的旋叶式复合型消能装置

技术领域

本发明设计一种消能装置，尤其是涉及一种用于压力管道工程中的消能装置，属于水利工程领域。

背景技术

有压管道广泛应用于实际的水利工程中，但是在应用中，有时会存在能量过剩现象，表现为管流压力过高，对管道的安全运行构成一定的风险，属于不利因素，是造成爆管、气蚀等现象的诱因之一。现有的管道消能装置主要存在以下问题：

水工结构中应用较多的管道出口消能或孔口消能措施需要增加一定的建筑工程量，对管道出口位置及地形空间等有一定的要求，且经济成本较高，而且是在某一位置进行固定安置，不易在管道沿程进行灵活变化，不能起到管道沿程降压消能、保护管道作用；此外，水工隧洞中常采用突扩等改变过流断面消能的方式，主要产生局部水头损失进行消能，一旦工程建设成功，可变性不强。

现有的管道内转叶式消能装置进行消能时，在装置安装于管道之前调节转叶间开口角度实现不同程度的消能，消能过程中转叶为静止状态，装置的安装需要在管道壁面打孔，由管道外设置特定的安装结构进行安置，容易出现明显的漏水问题，密闭性能不佳，因此该装置不能较简单的按需变更安装位置，对需消能管道安装要求高，安装灵活性不好。

针对上述问题，本发明涉及一种新型的复合型消能装置，在增加消能途径、增强消能效果的同时，存在较多的可变性，能够适应不同的过流消能需要，且密封性好，安装简便、对管道要求低，有广泛的适用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，安装方便，使用受限条件少，应用性广，能够在有压管道中实现消减管流过剩能量的消能装置，是一种固定结构消能与可动结构消能相结合的复合型消能装置。

为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种适用于有压管道的消能装置，其包括通过螺丝与管道直接相联的双片固定法兰盘结构，以带螺纹的横轴与法兰盘相连的绕轴心可转动的旋叶结构，旋叶为上、下游两片安装，旋叶与横轴间设置外包胶轴承，实现旋叶的绕轴转动。

一种用于管道消能的装置，结构包括法兰固定部分(1)、上游绕中心横轴可转动的上游扭面旋叶部分(2)、下游绕中心横轴可转动的下游扭面旋叶部分(3)、中心横轴(4)，法兰固定部分(1)、上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)通过中心横轴(4)相连，上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)分别通过外包胶轴承(5)固定连接到中心横轴(4)上，在上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)中间的中心横轴(4)外设有法兰固定部分(1)；法兰固定部分(1)与中心横轴(4)同轴心，沿中心横轴(4)轴向可移动和固定。

法兰固定部分(1)包括内圈(11)、外环(12)和叶片(13)；中心横轴(4)的表面带有螺纹，内圈(11)套在中心横轴(4)上与中心横轴(4)采用螺纹咬合连接，使得法兰盘沿中心横轴(4)螺纹可以轴向旋进旋出；外环(12)为布置在管道外的法兰部分，外环(12)上设有调位孔(6)，使得能够以螺丝将整个消能装置固定于需进行管流消能的管道上；内圈(11)与外环(12)之间设有多个均匀分散的叶片(13)将内圈(11)与外环(12)固定连接在一起，叶片(13)上设有孔洞。

进一步优选均匀布设四块叶片，将整个圆断面间隔出四部分水流空间，利于水流通过断面，同时，叶片上布设星形孔洞(孔洞形状可变，如圆形或其他类型多边形)，水流可通过，由此水流经过法兰固定结构时，产生较大的局部水头损失，从而起到明显的消能作用。

法兰固定部分(1)采用两个进行叠加，当两个结构的叶片完全重叠时为四块叶片形式过流状态，绕中心横轴(4)转动错开一个水流空间的位置，则过流横断面为八块叶片过流形式，实现简易操作增加一种过流状态，适应不同的过流需要；当过流流量相对较大时采用前一种完全重叠时四叶片过流形式，当流量较小，但需要较强消能效果时可采用后一种八片式过流形式。

上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)的旋叶叶片半径小于管道半径。优选采用三叶的扭面旋叶叶片。扭面旋叶叶片为斜扭的扇形面。

绕轴心可转动扭面旋叶部分(2)(3)有较好的消能效果，旋叶叶片将管道横断面分割为四部分扇形过流空间，同时旋叶叶片半径小于管道内径，整个旋叶部分外环过流也产生局部水头损失，消耗管流能量；同时，水流推动旋叶片转动，使一定的水流能量转化为旋叶的转动动能，也有消能作用；此外，管流流经旋叶部分，在旋叶的转动作用下形成旋流状态，又增加了一定的消能效果。

该装置满足不同的消能效果需要，轴心横轴带有螺纹，法兰盘与横轴的接触面为与横轴相咬合的螺纹面，法兰盘沿横杆螺纹可以旋进旋出，因此通过旋转法兰盘可以方便的调节其与上、下游旋叶片间的距离，使三者间呈现不同的相对位置，达到不同的消能效果。该装置可以进行串联安置，即在管道内的不同位置进行安装多个该消能装置，实现多级消能，增强有压管流的消能效果。

本发明的有益效果体现为：通过法兰盘结构将装置固定于有压管道中，管流通过上、下游旋叶片，推动旋叶叶片旋转，在产生局部水头损失的同时，部分水流能量转化为旋叶转动动能，同时由于旋叶的旋转带动水流产生螺旋管流，也会消耗能量；管流流过固定法兰盘部分，过流断面发生变化，产生局部水头损失；同时装置沿程存在沿程水头损失，从而使该装置具有多重消能效果。

附图说明

图1为本发明用于有压管道的消能装置结构纵向剖面示意图。

图2为本发明消能装置的前视图。

图3为本发明消能装置在管道系统中的安装示意图。

图4为本发明中上、下游扭面旋叶部分的结构示意图。

图中标记为：法兰固定部分1、上游绕轴心可转动扭面旋叶部分2、下游绕轴心可转动扭面旋叶部分3、带螺纹横轴4、外包胶轴承5、调位孔6、动力泵7、水源8、管道系统9、消能装置10、包括内圈11、外环12、叶片13。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

如图1、图2所示是本发明所提供的一种结构较为简单，拆装简便的用于有压管道内管流的复合型消能装置。所述的消能装置结构包括法兰固定部分1及其上游绕轴心可转动扭面旋叶部分2和下游绕轴心可转动扭面旋叶部分3，三者通过带螺纹的中心横轴4相连，其特征在于：法兰盘固定部分1通过调位孔连接于需消能管道的法兰盘，管道工程中法兰是极为常用的结构，同时法兰为标准件，因此拆装操作较为简便。

上述实施方式中，为了将消能装置的整体稳定安装于管道，本发明将法兰盘部分1与可转动扭面旋叶2、3之间以带螺纹的横轴连接，这样，通过横轴将法兰及旋叶部分连为一体，将法兰盘安装固定于管道上的同时也实现了将消能装置整体安装于管道之中；同时，法兰盘沿横杆螺纹可以旋转，因此可以简便的调节其与上、下游旋叶片间的距离，呈现不同的相对位置，达到不同的消能效果。

法兰固定部分1包括内圈11、外环12和叶片13；中心横轴4的表面带有螺纹，内圈11套在中心横轴4上与中心横轴4采用螺纹咬合连接，使得法兰盘沿中心横轴4螺纹可以轴向旋进旋出；外环12为布置在管道外的法兰部分，外环12上设有调位孔6，使得能够以螺丝将整个消能装置固定于需进行管流消能的管道上；内圈11与外环12之间设有多个均匀分散的叶片13将内圈11与外环12固定连接在一起，叶片13上设有孔洞。

上述实施方式中的上、下游扭面旋叶部分2、3与中心横轴4之间以外包胶轴承5相联接，保证旋叶片绕中心轴转动的灵活性，当旋叶受到来流冲动时旋转，此时水流能量转化为旋叶转动动能，对水流起到消能的作用；同时，旋叶转动过程中，将水流旋起使管流具有螺旋特性，由此增加消能效果。

上述实施方式中的固定法兰盘结构1内圈部分为四片结构，将管道横断面分隔为四部分过流空间，同时叶片上设置不同形状的孔洞，由此，当水流通过法兰盘结构时过流断面发生急剧变化，产生明显的局部水头损失；同时，该位置布设两片法兰盘，除两片重合布置的形式外，也可转动一个法兰调位孔的位置使法兰盘内圈各叶片错开，断面内呈现为八片叶片结构，增加断面内过流的局部水头损失，同时能够根据管道内流量情况满足不同过流要求下的消能。

所述装置中为双片法兰结构设置，图1中呈现了两片重叠的情况，将其中一片旋转一个调位孔位，即呈现为八片过流的状态，因此，该装置通过简单的操作即可实现两种过流状态的下的消能。

装置中的轴心横轴带有螺纹，法兰盘与横杆间相互咬合，可以沿横杆螺纹旋转，因此可以简便的调节其与上、下游旋叶片间的距离，呈现不同的相对位置，达到不同的消能效果。

所述消能装置以固定法兰盘安装于需消能管道中，而法兰是在实际工程中管路系统中极为常见的结构，因此所述消能装置对管道的安装要求较低，安装受限条件少，只需设置管道法兰与所述消能装置连接即可，拆装操作简单，因此所述装置适用性较广。

当有压管道较长，消能要求较高时，可以在管道中的不同位置进行串联安装该消能装置(图3为只安装了一个的示意图)，实现多级消能，应用方便。而管道工程中广泛以法兰盘作为连接结构，法兰结构简单，使用安全，因此，所述消能装置可以通过其结构中的法兰固定部分与需消能管道连接，安装简便，对管道结构要求低，只需保证管道与消能装置中的法兰盘规格相同即可。能够实现在管道内的稳定安装，对管道内水流起到消能的作用。

为进一步增强有压管道的消能作用，增加上述消能装置的适用范围，该装置可以进行串联多级设置，即，当有压管道内剩余能量过高，一次消能不能达到要求时，可以沿管道中的不同位置设置多个，由于上述装置只需法兰连接即可，因此极易实现多个设置，由此，在管道内实现多级消能，满足消能需要。

Claims (7)

1.一种用于管道消能的装置，其特征在于，包括法兰固定部分(1)、上游绕中心横轴可转动的上游扭面旋叶部分(2)、下游绕中心横轴可转动的下游扭面旋叶部分(3)、中心横轴(4)，法兰固定部分(1)、上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)通过中心横轴(4)相连，上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)分别通过外包胶轴承(5)固定连接到中心横轴(4)上，在上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)中间的中心横轴(4)外设有法兰固定部分(1)；法兰固定部分(1)与中心横轴(4)同轴心，沿中心横轴(4)轴向可移动和固定；

法兰固定部分(1)包括内圈(11)、外环(12)和叶片(13)；中心横轴(4)的表面带有螺纹，内圈(11)套在中心横轴(4)上与中心横轴(4)采用螺纹咬合连接，使得法兰盘沿中心横轴(4)螺纹可以轴向旋进旋出；外环(12)为布置在管道外的法兰部分，外环(12)上设有调位孔(6)，使得能够以螺丝将整个消能装置固定于需进行管流消能的管道上；内圈(11)与外环(12)之间设有多个均匀分散的叶片(13)将内圈(11)与外环(12)固定连接在一起，叶片(13)上设有孔洞。

2.按照权利要求1所述的一种用于管道消能的装置，其特征在于，均匀布设四块叶片，将整个圆断面间隔出四部分水流空间，同时，叶片上布设星形孔洞。

3.按照权利要求1所述的一种用于管道消能的装置，其特征在于，法兰固定部分(1)采用两个进行叠加，当两个结构的叶片完全重叠时为四块叶片形式过流状态，绕中心横轴(4)转动错开一个水流空间的位置，则过流横断面为八块叶片过流形式，适应不同的过流需要。

4.按照权利要求1所述的一种用于管道消能的装置，其特征在于，上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)的旋叶叶片半径小于管道半径。

5.按照权利要求1所述的一种用于管道消能的装置，其特征在于，上游扭面旋叶部分(2)、下游扭面旋叶部分(3)采用三叶的旋叶叶片。

6.按照权利要求5所述的一种用于管道消能的装置，其特征在于，扭面旋叶叶片为斜扭的扇形面。

7.按照权利要求1所述的一种用于管道消能的装置，其特征在于，采用多个管道消能的装置进行串联安置，即在管道内的不同位置进行安装多个该消能装置，实现多级消能，增强有压管流的消能效果。