CN110629728B - 一种管道冲击射流均匀掺气发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道冲击射流均匀掺气发生装置，包括依次连接的进口段、掺气发生段、过渡段、稳流段、收缩段和测量段，所述测量段包含第一外套筒、中间套筒、第一内套筒、收缩式圆管、钢珠、第一弹簧、β射线掺气浓度仪，第一外套筒、中间套筒、第一内套筒的中轴线重合，第一内套筒与收缩段螺纹连接，收缩式圆管的两端分别焊接于外套筒内壁和中间套筒外壁，内置伸缩弹簧，中间套筒和第一内套筒中间空间紧密内置两圈钢珠，第一外套筒、中间套筒相应位置开孔，使其端口伸至中间套筒、第一内套筒之间，第一外套筒、中间套筒间可绕中轴线旋转。本发明结构巧妙，结构简单，操作方便，能够在有压管道中形成均匀分布的掺气水流。

Description

一种管道冲击射流均匀掺气发生装置

技术领域

本发明涉及一种管道冲击射流均匀掺气发生装置，属于水利领域。

背景技术

冲击射流在水利工程中广泛运用，如水利水电泄水工程中的挑、跌流水舌冲击水垫塘等，其下游的冲刷等关键参数需要估算，对此均需通过水工模型试验研究来论证。然而，无论是采用哪种模拟方法，由于来流条件和天然岩基构造十分复杂，给模拟结果的准确性带来诸多的干扰。模型和实际原型中的水流掺气、扩散机理的不相似性等等，使挑射流模型试验成果中存在强烈的“比尺效应”。

目前一些研究发现掺气将明显增大挑射流冲坑未形成前河床底部射流冲击区的脉动压强；用物理模型观察并解释掺气浓度影响下，淹没射流下游冲刷过程和冲坑断面的相似性。但现有技术中还没有一种装置能使得挑射流掺气试验装置满足在不同几何比尺、不同流速等来流条件下，产生不同均匀掺气水流的功能，基于以上缺陷，本发明提出了一种良好的管道冲击射流均匀掺气水流发生装置。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种管道冲击射流均匀掺气发生装置，结构巧妙，结构简单，操作方便，能够在有压管道中形成均匀分布的掺气水流。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的管道冲击射流均匀掺气发生装置，包括依次连接的进口段、掺气发生段、过渡段、稳流段、收缩段和测量段，所述进口段连接掺气发生段和来水管道，掺气发生段与过渡段焊接，过渡段、稳流段、收缩段和测量段均通过螺纹连接；所述测量段包含第一外套筒、中间套筒、第一内套筒、收缩式圆管、钢珠、第一弹簧、β射线掺气浓度仪，第一外套筒、中间套筒、第一内套筒的中轴线重合，直径依次减小，第一内套筒与收缩段螺纹连接，收缩式圆管的两端分别焊接于外套筒内壁和中间套筒外壁，内置伸缩弹簧，中间套筒和第一内套筒中间空间紧密内置两圈钢珠，β射线掺气浓度仪的射线发生端口与接收端口对称置于测量段，第一外套筒、中间套筒相应位置开孔，使其端口伸至中间套筒、第一内套筒之间，第一外套筒、中间套筒间可绕中轴线旋转。

作为优选，所述测量段与收缩段之间设有调节段，所述调节段包含第二内套筒、第二外套筒，第二外套筒内设有内部结构，第一内套筒外设外部结构，内部结构与外部结构为楔形配合，第二内套筒由四个空心的圆套和四个薄钢片组成，薄钢片沿轴线方向的两个侧面伸入相邻的空心的圆套中，与置于圆套局部区域中的挡板相连，同一个空心套筒的两个挡板之间设置第二弹簧，薄钢片与圆套之间设有防水装置；所述圆套通过螺钉固定在测量段与收缩段上；旋转第一外套筒，记录不同角度下β射线掺气浓度仪测得的β射线路径上的掺气浓度平均值，若最大浓度与最小浓度的差值大于5％，转动第二外套筒，第二外套筒通过楔形配合挤压第二内套筒，从而缩小第二内套筒的内径，产生过水断面逐渐减小和逐渐增大的区域。

作为优选，所述防水装置包含第一止水垫和第二防水垫，所述圆套外侧设置限位板，限位板中间设有孔，限位板孔洞处设置第一止水垫，每个空心的圆套和四个薄钢片两端，沿环向等距离开三个径向长孔，通过径向长孔的限位螺栓固定于收缩段末端，相邻空心的圆套和薄钢片末端设置第二止水垫。

作为优选，所述收缩段末端设置收缩套筒，收缩套筒一端固定在收缩段末端，一端固定于空心的圆套外侧壁，收缩套筒中安装第三弹簧，所述收缩段与圆套之间设有第三止水垫。

作为优选，所述掺气发生段包含中空圆环、软管、空气泵，软管连接中空圆环和空气泵，所述中空圆环内侧开孔。

作为优选，所述进口段末端内壁设置环状挑坎。

作为优选，所述稳流段内设有格栅。

有益效果：本发明的管道冲击射流均匀掺气发生装置，进口段末端内壁设置环状挑坎，在掺气发生段位置形成空腔，有利于提高掺气效果；掺气发生段中中空圆环内侧开孔，使空气分散进入环状挑坎后侧形成的空腔，有利于形成均匀掺气；稳流段所设置的格栅，一方面，过滤大直径气泡；另一方面，使气泡均匀分布；收缩段过水断面面积逐渐减小，增加水流的径向紊动，使气泡均匀分布。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的掺气发生段整体图。

图3为调节段示意图。

图4为调节段剖面图。

图5为外部结构示意图。

图6为内部结构示意图。

图7为0-0断面内套筒结构示意图。

图8为限位板结构示意图。

图9为调节段与收缩段连接处剖面图。

图10为调节段与收缩段连接段平面图。

图11为测量段侧视图。

图12为测量段剖面图。

图13为进水段侧视图。

图14为稳流段整体图。

图15为过渡段侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图15所示，本发明的管道冲击射流均匀掺气发生装置，包括依次连接的进口段1、掺气发生段2、过渡段3、稳流段4、收缩段5和测量段6，所述进口段1连接掺气发生段2和来水管道，掺气发生段2与过渡段3焊接，过渡段3、稳流段4、收缩段5和测量段6均通过螺纹连接；所述测量段6包含第一外套筒11、中间套筒12、第一内套筒13、收缩式圆管16、钢珠14、第一弹簧、β射线掺气浓度仪7，第一外套筒11、中间套筒12、第一内套筒13的中轴线重合，直径依次减小，第一内套筒13与收缩段5螺纹连接，收缩式圆管16的两端分别焊接于外套筒内壁和中间套筒12外壁，内置伸缩弹簧，中间套筒12和第一内套筒13中间空间紧密内置两圈钢珠14，β射线掺气浓度仪7的射线发生端口与接收端口对称置于测量段6，第一外套筒11、中间套筒12相应位置开孔，使其端口伸至中间套筒12、第一内套筒13之间，第一外套筒11、中间套筒12间可绕中轴线旋转。

在本发明中，所述测量段6与收缩段5之间设有调节段17，所述调节段17包含第二内套筒19、第二外套筒20，在测量段与收缩段上设有限位块18，第二外套筒在两个限位块之间，绕第二内套筒转动，第二外套筒20内设有内部结构29，第一内套筒13外设外部结构30，内部结构29与外部结构30为楔形配合，内部结构29设有斜面，外部结构30设有斜面，通过两个斜面挤压第二内套筒。第二内套筒19由四个空心的圆套21和四个薄钢片22组成，薄钢片22沿轴线方向的两个侧面伸入相邻的空心的圆套21中，与置于圆套21局部区域24中的挡板23相连，同一个空心套筒的两个挡板23之间设置第二弹簧25，薄钢片22与圆套21之间设有防水装置；所述圆套21通过螺钉固定在测量段6与收缩段5上；旋转第一外套筒11，记录不同角度下β射线掺气浓度仪7测得的β射线路径上的掺气浓度平均值，若最大浓度与最小浓度的差值大于5％，转动第二外套筒20，第二外套筒20通过楔形配合挤压第二内套筒19，从而缩小第二内套筒19的内径，产生过水断面逐渐减小和逐渐增大的区域。

在本发明中，所述防水装置包含第一止水垫28和第二防水垫，所述圆套21外侧设置限位板26，限位板26固定在薄钢板22的侧面上，限位板26中间设有孔27，限位板26孔洞处设置第一止水垫28，每个空心的圆套21和四个薄钢片22两端，沿环向等距离开三个径向长孔35，通过径向长孔35的限位螺栓31固定于收缩段5末端，相邻空心的圆套21和薄钢片22末端设置第二止水垫，通过内外的第一止水垫和第二止水垫，更更好的防止漏水。

在本发明中，所述收缩段5末端设置收缩套筒34，收缩套筒34一端固定在收缩段5末端，一端固定于空心的圆套21外侧壁，收缩套筒34中安装第三弹簧33，所述收缩段5与圆套21之间设有第三止水垫。

在本发明中，所述掺气发生段2包含中空圆环10、软管8、空气泵9，软管8连接中空圆环10和空气泵9，所述中空圆环10内侧开孔，所述进口段1末端内壁设置环状挑坎，所述稳流段4内设有格栅。

在本发明中，进口段1、掺气发生段2、过渡段3、稳流段4和测量段6均为圆柱形，收缩段5为圆锥台状。β射线掺气浓度仪7通过第一外套筒11沿轴线转动，检测各个角度的浓度。第一外套筒11通过钢珠14沿第一内套筒13转动。

道冲击射流掺气发生装置的工作原理：将有压管道掺气装置接入来水管道和出水管道间。来水进入进水段，经过进水段末端环状挑坎(图13)时，在掺气发生段2形成一定长度的空腔，空气泵9传送的空气经过中空圆环10内侧孔均匀进入空腔，与水流充分掺混，形成掺气水流，掺气水流在经过过渡段3、稳流段4(如图14)，将直径较大的气泡过滤，形成气泡分布较均匀的掺气水流。随后，掺气水流进入收缩段5(图15)，收缩段5过水断面面积逐渐减小，水流与过渡段3内壁之间冲击波的影响下，掺气水流的紊动强度增强，在此作用下，气泡分布进一步均匀化。在测量段6，旋转外套筒，记录不同角度下β射线掺气浓度仪7测得的β射线路径上的掺气浓度平均值，若最大浓度与最小浓度的差值小于5％，则认为掺气水流中气泡均匀分布，否则，旋转调节段17第二外套筒20，在调节段17外、内部结构29的作用下，产生过水断面逐渐减小和逐渐增大的区域，调节段17内第二内套筒19过水断面面积减小时，流入的水流在收缩侧壁的影响，在径向上发生收缩，使气泡在最小的收缩断面上分布均匀，同时水流径向产生较强的紊动，后经过第二内套筒19扩张段时，在水流径向紊动的作用下，使气泡分布逐步均匀，否则继续旋转第二外套筒20，直至最大浓度与最小浓度的差值小于5％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种管道冲击射流均匀掺气发生装置，其特征在于：包括依次连接的进口段、掺气发生段、过渡段、稳流段、收缩段和测量段，所述进口段连接掺气发生段和来水管道，掺气发生段与过渡段焊接，过渡段、稳流段、收缩段和测量段均通过螺纹连接；所述测量段包含第一外套筒、中间套筒、第一内套筒、钢珠、第一弹簧、β射线掺气浓度仪，第一外套筒、中间套筒、第一内套筒的中轴线重合，直径依次减小，第一内套筒与收缩段螺纹连接，中间套筒和第一内套筒中间空间紧密内置两圈钢珠，β射线掺气浓度仪的射线发生端口与接收端口对称置于测量段，第一外套筒、中间套筒相应位置开孔，使其端口伸至中间套筒、第一内套筒之间，第一外套筒、中间套筒间可绕中轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的管道冲击射流均匀掺气发生装置，其特征在于：所述测量段与收缩段之间设有调节段，所述调节段包含第二内套筒、第二外套筒，第二外套筒内设有内部结构，第一内套筒外设外部结构，内部结构与外部结构为楔形配合，第二内套筒由四个空心的圆套和四个薄钢片组成，薄钢片沿轴线方向的两个侧面伸入相邻的空心的圆套中，与置于圆套局部区域中的挡板相连，同一个空心套筒的两个挡板之间设置第二弹簧，薄钢片与圆套之间设有防水装置；所述圆套通过螺钉固定在测量段与收缩段上；旋转第一外套筒，记录不同角度下β射线掺气浓度仪测得的β射线路径上的掺气浓度平均值，若最大浓度与最小浓度的差值大于5%，转动第二外套筒，第二外套筒通过楔形配合挤压第二内套筒，从而缩小第二内套筒的内径，产生过水断面逐渐减小和逐渐增大的区域。

3.根据权利要求2所述的管道冲击射流均匀掺气发生装置，其特征在于：所述防水装置包含第一止水垫和第二防水垫，所述圆套外侧设置限位板，限位板中间设有孔，限位板孔洞处设置第一止水垫，每个空心的圆套和四个薄钢片两端，沿环向等距离开三个径向长孔，通过径向长孔的限位螺栓固定于收缩段末端，相邻空心的圆套和薄钢片末端设置第二止水垫。

4.根据权利要求1所述的管道冲击射流均匀掺气发生装置，其特征在于：所述收缩段末端设置收缩套筒，收缩套筒一端固定在收缩段末端，一端固定于空心的圆套外侧壁，收缩套筒中安装第三弹簧，所述收缩段与圆套之间设有第三止水垫。

5.根据权利要求1所述的管道冲击射流均匀掺气发生装置，其特征在于：所述掺气发生段包含中空圆环、软管、空气泵，软管连接中空圆环和空气泵，所述中空圆环内侧开孔。

6.根据权利要求1所述的管道冲击射流均匀掺气发生装置，其特征在于：所述进口段末端内壁设置环状挑坎。

7.根据权利要求1所述的管道冲击射流均匀掺气发生装置，其特征在于：所述稳流段内设有格栅。

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