CN111139800A - 可调式消涡、整流装置及消涡整流方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程技术领域，特别是涉及一种可调式消涡、整流装置及消涡整流方法，该装置包括闸墩、进水流道、流道出口、进水闸室、设置在进水闸室内的拦污栅和消涡整流机构；所述拦污栅的两侧固定在闸墩的壁面上，所述消涡整流机构位于所述拦污栅的前面，下端两侧可转动地安装在闸墩壁面上，上端与拦污栅固定连接，所述消涡整流机构与拦污栅的夹角可调。本发明通过调节消涡整流机构的布置高度和角度，能在不同运行工况下达到较为理想的消涡整流效果，并且与拦污栅共同形成拦污装置，从而为进水流道提供良好的水流流态。

Description

可调式消涡、整流装置及消涡整流方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，特别是涉及一种可调式消涡、整流装置及消涡整流方法。

背景技术

泵站作为水利工程建设过程中重要的组成成分，其主要任务是承担泵站所在地区的防洪防涝、调水灌溉以及生活供水等任务，泵站的运行积极推动了我们国家在水资源方面的合理配置工作，提高了该地区水资源的利用率。由于季节性降水、水利工程建设环境、泵站增容改造等原因影响，使的原有水工建筑物的引水条件不满足实际生产生活需要，水泵长期工作在高效范围以外的区域。此时水泵的运行条件发生变化，使得进水前池、进水闸室、进水流道等部位的水流流态发生变化。当水泵的运行水位较高时，水泵扬程增加，可能导致水泵效率降低，甚至被迫停机；当运行水位较低时，可能导致淹没深度不够，水流行进流速增大，水面存在较为剧烈的波动，水流流态发生恶化，会出现水中漩涡，导致机组产生振动和汽蚀，对机组的水力性能产生严重的影响。这些情况都严重影响了泵站的安全、稳定和高效运行。

水流的不良流态主要是由漩涡引起的，它是由急速自旋的流体旋转时形成的。从漩涡发生的位置来区分，可将漩涡分为水面漩涡、附壁漩涡和附底漩涡。目前，针对泵站产生的不良水流流态，国内外学者进行了大量的研究，并提出了多种消涡整流措施：如采用八字导流墩、川字导流墩等调整进水前池水流分布；采用水下盖板、压水板、导流墙等消除水面漩涡；采用W型导游墙、隔板等来消除附壁漩涡；采用导水锥、挑流坎、底坎、十字消涡板等来消除附底漩涡，实际应用已经证明了这些整流措施能够有效的改善泵站的水流流态。

针对漩涡而采用的整流装置，经过现场实际装设后，装置便固定不变，且能够在特定的运行范围和条件以内达到理想的整流效果。但泵站的运行条件是不断变化的，水位的起伏不定，水流行进流速的不断变化，使得这些固定式的整流措施在运行范围和条件以外整流效果不佳，水流的不良流态未能得到有效的减弱和消除，因此必须需求一种有效的可调式的消涡、整流装置和方法，使泵站在不同运行条件下，都能达到较为理想的整流效果，保证水流良好的流态，这是本领域研究人员亟待解决的问题。

发明内容

旨在克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种可调式消涡、整流装置及消涡整流方法，通过调节消涡整流机构的高度和角度，能够有效解决泵站不同运行工况下存在的水流流态失稳和旋涡产生的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供的一种可调式消涡、整流装置，包括闸墩、进水流道、流道出口、进水闸室、设置在进水闸室内的拦污栅和消涡整流机构；所述拦污栅的两侧固定在闸墩的壁面上，所述消涡整流机构位于所述拦污栅的前面，下端两侧可转动地安装在闸墩壁面上，上端与拦污栅固定连接，所述消涡整流机构与拦污栅的夹角可调。

进一步地，所述进水闸室还包括设置在拦污栅后面的胸墙和工作闸门。

进一步地，所述消涡整流机构包括两个对称布置的U型导槽，两个U型导槽的下端置于泵站实际运行最低水位以下，在每个U型导槽的底端设置有旋转轴，U型导槽通过旋转轴固定在闸墩的壁面上，U型导槽的上部通过螺杆固定在拦污栅的横梁上。

进一步地，所述消涡整流机构还包括消涡板，消涡板装设于U型导槽内，装设高度可调。

进一步地，在所述U型导槽的上部间隔开设有多个导槽锁定孔，在所述消涡板的上部间隔开设有与导槽锁定孔相对应的升降锁定孔，通过在导槽锁定孔和升降锁定孔中插入锁定销，将消涡板固定在U型导槽上。

进一步地，所述螺杆的长度可调，消涡板和U型导槽以旋转轴为中心沿逆时针方向在0～90°内任意旋转。

进一步地，在所述工作闸门的顶部设置有工作闸门吊物孔，在所述拦污栅的顶部设置有拦污栅吊物孔，在所述消涡板的顶部设置有消涡板吊物孔。

进一步地，所述消涡整流机构还包括阶梯型消涡梁，阶梯型消涡梁装设于U型导槽内，装设高度可调。

进一步地，所述螺杆的长度可调，阶梯型消涡梁和U型导槽以旋转轴为中心沿逆时针方向在0～90°内任意旋转。

本发明还提供了一种基于上述的可调式消涡、整流装置的消涡整流方法，包括：

行进水流受速度梯度和边壁的影响，会形成不同程度的旋涡，当水流流经消涡整流机构，水流流态能够重新分布，并消除了部分能量；

行进水流中的表面旋涡和产生预旋的旋涡流经消涡整流机构后，其旋涡形成的连续性遭到破坏，上部水流经过涡整流机构后形成板后旋涡，消除水流中的残余能量，下部水流稳定均匀的进入进水流道中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的可调式消涡、整流装置包括消涡整流机构，消涡整流机构布置于进水闸室拦污栅的前面，其上端与拦污栅固定连接，下端两侧可转动地固定在闸墩壁面上，优化了传统固定布置的消涡整流机构，针对泵站运行复杂的进水水流特性，通过调节消涡整流机构的布置高度和角度，能在不同运行工况下达到较为理想的消涡整流效果，并且与拦污栅共同形成拦污装置，从而为进水流道提供良好的水流流态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一可调式消涡、整流装置的正视示意图；

图2是本发明实施例一可调式消涡、整流装置的俯视示意图；

图3是本发明实施例一可调式消涡、整流装置的侧视示意图；

图4是本发明实施例一消涡板（90°）的侧视示意图；

图5是本发明实施例一消涡板（90°）的正视示意图；

图6是本发明实施例二可调式消涡、整流装置的正视示意图；

图7是本发明实施例二可调式消涡、整流装置的俯视示意图；

图8是本发明实施例二消涡板（45°）的侧视示意图；

图9是本发明实施例二消涡板（45°）的正视示意图；

图10是本发明实施例三阶梯型消涡梁（90°）的侧视示意图；

图11是本发明实施例三阶梯型消涡梁（90°）的正视示意图；

图12是本发明实施例四阶梯型消涡梁（45°）的侧视示意图；

图13是本发明实施例四阶梯型消涡梁（45°）的正视示意图。

图中序号所代表的含义为：1.闸墩，2.拦污栅，3.胸墙，4.工作闸门，5.进水流道，6.流道出口，7.工作闸门吊物孔，8.拦污栅吊物孔，9.消涡板吊物孔，10.升降锁定孔，11.消涡整流机构，12.U型导槽，13.旋转轴，14.螺杆，15.消涡板，16.阶梯型消涡梁，17.进水闸室，18.矩形钢板，19.钢板拉杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1、图2和图3所示，本实施例的可调式消涡、整流装置，包括闸墩1、进水流道5、流道出口6和进水闸室17，在进水闸室17内设置有胸墙3、工作闸门4、拦污栅2和消涡整流机构11，拦污栅2的两侧固定在闸墩1的壁面上，消涡整流机构11位于拦污栅2的前面，下端两侧可转动地安装在闸墩1壁面上，上端与拦污栅2固定连接，消涡整流机构11的高度和与拦污栅2的夹角是可调的，通过调整消涡整流机构11的不同高度和角度，可以对不同运行工况下的不良水流流态进行调整，保证进水流道5内良好的水流流动特性；优选地，在工作闸门4的顶部设置有工作闸门吊物孔7，在拦污栅2的顶部设置有拦污栅吊物孔8。

消涡整流机构11包括两个对称布置的U型导槽12，两个U型导槽12的下端置于泵站实际运行最低水位以下，在每个U型导槽12的底端设置有旋转轴13，U型导槽12通过旋转轴13固定在闸墩1的壁面上，每个U型导槽12的上部通过螺杆14固定在拦污栅2的横梁上，使U型导槽12保持垂直状态。

如图4和图5所示，消涡整流机构11还包括消涡板15，在消涡板15的顶部设置有两个消涡板吊物孔9，通过消涡板吊物孔9沿着U型导槽12吊入，消涡板15由钢板制作而成，可随时更换，并可沿着U型导槽12上下滑动，其中消涡板15包括一块矩形钢板18和设置于矩形钢板18两侧的钢板拉杆19，消涡板15的长度根据单元进水间隔的宽度来确定，高度根据实际消涡整流效果来确定。在U型导槽12的上部间隔开设有多个导槽锁定孔，在钢板拉杆19上开设有与导槽锁定孔相对应的升降锁定孔10，吊机通过消涡板吊物孔9来控制消涡板15的升降高度，在钢板拉杆19上应该有刻度标识，用于指示升降高度，当装设高度确定之后，将锁定销插入导槽锁定孔和升降锁定孔10中，即可将消涡板15固定在U型导槽12上，并通过U型导槽12和拦污栅2之间的螺杆14将整个消涡整流机构11固定在拦污栅2上。

螺杆14的长度是可调的，当消涡板15固定在U型导槽12后，通过调节连接在U型导槽12和拦污栅2之间的螺杆14长度，可使消涡板15和U型导槽12以旋转轴13为中心沿逆时针方向在0～90°内任意旋转，使消涡板15能自由地绕旋转轴13转动。

安装过程如下：

首先应在拦污栅2的前面安装U型导槽12，U型导槽12的下端应该置于水泵站实际运行最低水位以下，通过旋转轴13固定在闸墩1壁面处，U型导槽12转动到与拦污栅2平行处，上端通过螺杆14固定在拦污栅2的横梁上，使U型导槽12保持垂直状态。然后，吊机通过消涡板吊物孔9将消涡板15沿U型导槽12吊入，按照钢板拉杆19上的刻度标识，来控制消涡板15装设高度。当装设高度确定之后，将锁定销插入导槽锁定孔和升降锁定孔10，将消涡板15固定在U型导槽12上。

本实施例还提供了一种消涡整流方法，包含以下步骤：

1、行进水流受速度梯度和边壁的影响，会形成不同程度的旋涡，当水流流经消涡整流机构11，水流流态能够重新分布，并消除了部分能量；

2、行进水流中的表面旋涡和产生预旋的旋涡流经消涡整流机构11后，其旋涡形成的连续性遭到破坏，上部水流经过涡整流机构后形成板后旋涡，消除水流中的残余能量，下部水流稳定均匀的进入进水流道5中。

实施例二

如图6至9所示，本实施例与实施例一的方案基本相同，相同之处不再重复赘述，不同之处在于，本实施例的消涡板15和U型导槽12以旋转轴13为中心沿逆时针方向转动45°，达到消涡整流的目的。

实施例三

如图10和11所示，本实施例与实施例一的方案基本相同，相同之处不再重复赘述，不同之处在于，本实施例使用阶梯型消涡梁16替代实施例一中的消涡板15，阶梯型消涡梁16根据水流流态的调整情况，可以设置为单层、双层或者多层消涡梁，阶梯型消涡梁16保持垂直状态。

实施例四

如图12和图13所示，本实施例与实施二的方案基本相同，相同之处不再重复赘述，不同之处在于，本实施例的阶梯型消涡梁16和U型导槽12以旋转轴13为中心沿逆时针方向转动45°，达到消涡整流的目的。

本发明通过调节消涡板15（或者阶梯型消涡梁16）的高度，可以随时调节消涡板15（或者阶梯型消涡梁16）没入水下的深度，从而将消涡板15（或者阶梯型消涡梁16）分为水上消涡板15和水下消涡板15（水上阶梯型消涡梁16和水下阶梯型消涡梁16）；通过旋转，使消涡板15（或者阶梯型消涡梁16）转动到合适的装设角度。具体消涡板15（或者阶梯型消涡梁16）装设高度和装设角度（0～90°）可由泵站水流实际流态来确定，以达到较为理想的消涡整流效果。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来讲是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种可调式消涡、整流装置，包括闸墩、进水流道、流道出口和进水闸室；其特征在于，还包括设置在进水闸室内的拦污栅和消涡整流机构；所述拦污栅的两侧固定在闸墩的壁面上，所述消涡整流机构位于所述拦污栅的前面，下端两侧可转动地安装在闸墩壁面上，上端与拦污栅固定连接，所述消涡整流机构与拦污栅的夹角可调。

2.根据权利要求1所述的可调式消涡、整流装置，其特征在于，所述进水闸室还包括设置在拦污栅后面的胸墙和工作闸门。

3.根据权利要求2所述的可调式消涡、整流装置，其特征在于，所述消涡整流机构包括两个对称布置的U型导槽，两个U型导槽的下端置于泵站实际运行最低水位以下，在每个U型导槽的底端设置有旋转轴，U型导槽通过旋转轴固定在闸墩的壁面上，U型导槽的上部通过螺杆固定在拦污栅的横梁上。

4.根据权利要求3所述的可调式消涡、整流装置，其特征在于，所述消涡整流机构还包括消涡板，消涡板装设于U型导槽内，装设高度可调。

5.根据权利要求4所述的可调式消涡、整流装置，其特征在于，在所述U型导槽的上部间隔开设有多个导槽锁定孔，在所述消涡板的上部间隔开设有与导槽锁定孔相对应的升降锁定孔，通过在导槽锁定孔和升降锁定孔中插入锁定销，将消涡板固定在U型导槽上。

6.根据权利要求4可调式消涡、整流装置，其特征在于，所述螺杆的长度可调，消涡板和U型导槽以旋转轴为中心沿逆时针方向在0～90°内任意旋转。

7.根据权利要求4所述的可调式消涡、整流装置，其特征在于，在所述工作闸门的顶部设置有工作闸门吊物孔，在所述拦污栅的顶部设置有拦污栅吊物孔，在所述消涡板的顶部设置有消涡板吊物孔。

8.根据权利要求3所述的可调式消涡、整流装置，其特征在于，所述消涡整流机构还包括阶梯型消涡梁，阶梯型消涡梁装设于U型导槽内，装设高度可调。

9.根据权利要求8所述的可调式消涡、整流装置，其特征在于，所述螺杆的长度可调，阶梯型消涡梁和U型导槽以旋转轴为中心沿逆时针方向在0～90°内任意旋转。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的可调式消涡、整流装置的消涡整流方法，其特征在于，包括：

行进水流受速度梯度和边壁的影响，会形成不同程度的旋涡，当水流流经消涡整流机构，水流流态能够重新分布，并消除了部分能量；

行进水流中的表面旋涡和产生预旋的旋涡流经消涡整流机构后，其旋涡形成的连续性遭到破坏，上部水流经过涡整流机构后形成板后旋涡，消除水流中的残余能量，下部水流稳定均匀的进入进水流道中。

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