CN111270657A - 一种排沙漏斗 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种排沙漏斗，包括进水涵洞、边墙、漏斗室、调流悬板、溢流堰和侧槽，进水涵洞连接在漏斗室的上部，且与漏斗室的外圆周相切，漏斗室的底部开有排沙底孔，排沙底孔连接有排沙廊道。边墙连接在漏斗室上部形成第一圆弧段包围结构。溢流堰连接在漏斗室上部形成第二圆弧段包围结构。调流悬板有近心端和远心端，远心端连接在溢流堰的上端，近心端靠近漏斗室的中心，近心端高于远心端。侧槽连接在溢流堰一侧与边墙形成第三圆弧段包围结构，侧槽上开有引水渠道口。本发明通过对结构的改进，解决了漏斗室底部和悬板上泥沙淤积严重以及排沙耗水率高的问题，提高了排沙漏斗的排沙效率。

Description

一种排沙漏斗

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及泥沙二次处理设施，具体涉及一种排沙漏斗。

背景技术

河流中往往含有较多泥沙，尤其是在北方河流中，不仅含沙量高，泥沙的颗粒也很细，悬移质泥沙含量高。随着生产的迅速发展，对引水的数量和质量的要求也愈来愈高。排沙漏斗(即漏斗式全沙排沙技术)属于含悬移质细颗粒泥沙的水流离心式分离和重力分离水沙技术，因其高截沙率和低排沙耗水率而被广泛应用于水力发电、排螺治湖、泥沙淘金、河道清淤疏浚等领域，成功地解决了河渠泥沙的难题。

现有的排沙漏斗结构主要包括漏斗进水涵洞、在漏斗室的柱壁上设有调流悬板、调流墩、漏斗室、溢流堰、侧槽、排沙底孔和排沙廊道。含沙水流由进水涵洞进入漏斗室，在漏斗圆形边壁的约束与调流装置的综合作用下产生一稳定的螺旋流，通过螺旋流的水沙分离作用，泥沙从排沙底孔进入排沙廊道排走，清水从溢流堰进入原引水渠道。

中国专利文献CN1157358A中公开了一种排沙漏斗，包括进水涵洞、漏斗室、溢流堰、回水道、排沙底孔，在漏斗室的壁上设置调流悬板，调流悬板为水平放置的90度至180度圆心角的扇形形状。但是，在工程实践中表明，排沙漏斗调流悬板为水平放置的90°至180°圆心角的扇形形状，呈水平布置，径向宽度与漏斗直径成正比，悬板面积较大，运行过程中发现调流悬板上泥沙落淤量远远超出设计荷载，导致结构承载力不满足，斜拉钢丝断裂，结构失稳。同时，观测发现扇形悬板上泥沙淤积不均匀(设计假定泥沙为悬板上的均匀分布荷载)，致使悬板结构受力不均匀，进而引起整个结构失稳。同时，在实际工程中也出现了一些用于处理悬移质泥沙的排沙漏斗截沙率很低，漏斗室锥底淤积严重，远远达不到设计要求而致使工程失效的现象。

中国期刊文献《排沙漏斗悬板径向坡度对流场影响的试验研究》中提出将悬板近心端向下倾斜，远心端仍然与溢流堰堰顶连接的方法优化悬板体型。公开了通过物理模型试验方法，利用粒子图像流场测速技术对悬板径向坡度(该坡度是指悬板近心端低于远心端，远心端与溢流堰堰顶连接，悬板面与水平面有一定夹角，该夹角的正弦函数即为径向坡度)分别为0、0.087、0.173、0.259时的排沙漏斗模型三维速度场进行了量测，并结合排沙漏斗工作原理对各工况下的切向速度、径向速度、垂向速度及流线进行了对比分析。

综上所述，优化排沙漏斗的结构形式，有效解决漏斗室锥底和悬板上泥沙淤积超载及淤积不均的问题，提高排沙效率成为了进一步推广排沙漏斗技术应用亟待解决的问题。

发明内容

技术问题：现有排沙漏斗处理高浓度以细颗粒为主的含沙水流时，会出现漏斗室底部泥沙淤积严重、悬板泥沙淤积严重以及排沙耗水率高的问题。

技术方案：一种排沙漏斗，包括进水涵洞、边墙、漏斗室、调流悬板、溢流堰和侧槽，进水管道连接在漏斗室的上部，且与漏斗室的外圆周相切，漏斗室的底部开有排沙底孔，排沙底孔连接有排沙廊道，边墙连接在漏斗室上部形成第一圆弧段包围结构，溢流堰连接在漏斗室上部形成第二圆弧段包围结构，溢流堰的高度低于边墙的高度，调流悬板有近心端和远心端，远心端连接在溢流堰的上端，近心端靠近漏斗室的中心，近心端高于远心端，调流悬板的形状为圆台曲面，侧槽连接在溢流堰一侧与边墙形成第三圆弧段包围结构，侧槽由底板、侧板和侧圆弧板构成，圆弧板上开有引水渠道口。

具体地，漏斗室的锥底坡度为1:4-1:10之间。

具体地，第二圆弧段包围结构的圆心角在90-180°之间。

具体地，调流悬板近心端或远心端处的弧所对应的圆心角在90-180°之间。

具体地，调流悬板的近心端和远心端连线(即圆台母线)与水平面形成的夹角为大于0°且小于等于45°，优选最为15°。

发明原理:本发明将原排沙漏斗中水平布置的悬板改为向上倾斜，即悬板沿径向有一定坡度，即靠近漏斗中心一端高，沿径向向漏斗柱壁面逐渐降低，又称为逆坡倾斜。悬板形状由原排沙漏斗中的扇形平面改为锥状曲面，是以过漏斗锥底中心的铅垂线为旋转轴，一定坡度的悬板宽边旋转180°形成的面。引导溢出水流沿着两侧沟槽(调流悬板与两侧翼面)流出，而不通过整个调流悬板。

有益效果：本发明通过对排沙漏斗的结构改进，具有以下突出的实质性特点和显著的进步：

1.相比于现有技术排沙漏斗中水平放置的调流悬板，经漏斗室处理后的溢出水流沿着改进后的调流悬板，经溢流堰流入侧槽。改进后的调流悬板的近心端和远心端连线(即锥面母线)与水平面形成的夹角为大于0°且小于等于45°，整个调流悬板中间高且两端低。溢出水流仅仅从调流悬板较低的两端流经改进后的调流悬板表面，调流悬板表面中间区域不过水，改进后的调流悬板实际过水宽度小于调流悬板宽度，湿周远小于现有技术的排沙漏斗。改进后的调流悬板湿周小，流速大，不易发生淤积。

2.现有排沙漏斗技术中，常用的溢流堰为90°圆心角的曲线堰，清水经曲线堰溢出，受溢出水流影响，漏斗室表层水体沿水平径向向外的运动，使空气涡在旋转的同时还受径向运动水流的作用，使其有向溢流口方向偏移的趋势，在受到微小干扰时，空气涡便会偏离底孔，一旦偏离底孔空气涡开始不稳定摆动或消失，使排沙耗水率增加，泥沙截除率随之降低。改进后的排沙漏斗技术中，清水出流位置发生改变，溢出水流仅仅从调流悬板较低的两端流经改进后的调流悬板表面，调流悬板表面中间区域不过水，使漏斗室近柱壁区的水流沿切线方向经溢流口溢出，切线方向运动的溢出水流对空气涡的运动影响小，使空气涡能在排沙底孔中心稳定旋转，旋流强度大，漏斗室底部不易淤积泥沙，且能有效降低排沙耗水率。

附图说明

图1是本发明实施例中排沙漏斗的结构示意图；

图2图1的俯视图；

图3是图2的A-A向剖视图；

附图标记：进水涵洞1、边墙2、排沙廊道3、排沙底孔4、调流悬板5、溢流堰6、侧槽7、漏斗室8、引水渠道口9、第一圆弧段包围结构10、第二圆弧段包围结构11、第三圆弧段包围结构12。

具体实施方式

实施例

本实施例的排沙漏斗如图1、图2和图3所示，包括进水涵洞1、边墙2、漏斗室8、调流悬板5、溢流堰6和侧槽7，进水涵洞1连接在漏斗室8的上部，且与漏斗室8的外圆周相切，漏斗室8的底部开有排沙底孔4，排沙底孔4连接有排沙廊道3，边墙2连接在漏斗室8上部形成第一圆弧段包围结构10，溢流堰6连接在漏斗室8上部形成第二圆弧段包围结构11，溢流堰6的高度低于边墙2的高度，调流悬板5有近心端和远心端，远心端连接在溢流堰6的上端，近心端靠近漏斗室8的中心，近心端高于远心端，调流悬板5的形状为圆台状曲面，侧槽7连接在溢流堰6一侧与边墙2形成第三圆弧段包围结构12，侧槽7由底板、侧板和侧圆弧板构成，圆弧板上开有引水渠道口9，引水渠道口9的渠底与侧槽7的槽底在同一高程上。

漏斗室8的锥底坡度为1:5。第二圆弧段包围结构11的圆心角在90-180°之间。调流悬板5的近心端和远心端的弧的圆心角为90-180°。调流悬板5的近心端和远心端连线(即圆台曲面的母线)与水平面形成的夹角为大于0°且小于等于45°。

排沙漏斗工作时，含沙水流自进水管道1进入漏斗室8内，在漏斗室8内进行螺旋流运动，实现水沙分离，分离后的高浓度水沙混合物经排沙底孔4排入排沙廊道3排出。溢出水流沿着调流悬板5，经溢流堰6流入侧槽7，最后通过引水渠道口9进入引水渠道。

经过实际实验分析，排沙漏斗调流悬板的近心端和远心端连线与水平面形成的夹角分别为5°、10°和15°时，对比水平放置调流悬板的排沙漏斗，在不同流量及不同输沙率的条件下，排沙漏斗的泥沙截除率变化率G₁、漏斗室内的淤积量百分数的变化率G₂、悬板上的泥沙淤积量的变化率G₃和排沙耗水率变化率G₄如下表1-4所示：

表1-对比水平放置调流悬板的排沙漏斗，不同夹角的调流悬板在不同流量及不同输沙率的条件下排沙漏斗泥沙截除率变化率G₁

表2-对比水平放置调流悬板的排沙漏斗，不同夹角的调流悬板在不同流量及不同输沙率的条件下排沙漏斗漏斗室内的淤积量百分数的变化率G₂

表3-对比水平放置调流悬板的排沙漏斗，不同夹角的调流悬板在不同流量及不同输沙率的条件下排沙漏斗悬板上的泥沙淤积量的变化率G₃

表4-对比水平放置调流悬板的排沙漏斗，不同夹角的调流悬板在不同流量及不同输沙率的条件下排沙漏斗排沙耗水率变化率G₄

其中，

η_i为不同夹角调流悬板下排沙漏斗的泥沙截除率；η₁为水平放置调流悬板的排沙漏斗的泥沙截除率。

φ_i为不同夹角调流悬板下排沙漏斗的漏斗室内的淤积量百分数；φ₁为水平放置调流悬板的排沙漏斗的漏斗室内的淤积量百分数。

m_i为不同夹角调流悬板下排沙漏斗的悬板上的泥沙淤积量；m₁为水平放置调流悬板的排沙漏斗的悬板上的泥沙淤积量。

λ_i为不同夹角调流悬板下排沙漏斗的排沙耗水率；λ₀为水平放置调流悬板的排沙漏斗的排沙耗水率。

从表1看出，各种情况下G₁值在±5％以内波动，表明调流悬板倾斜一定角度时，改进后的排沙漏斗的泥沙截除率与水平放置调流悬板的排沙漏斗相比变化不大。

从表2看出，各种情况下G₂值均小于0，其值在-6％到-30％之间变化，表明改进后的排沙漏斗中漏斗室内的泥沙淤积量百分数相较于水平放置调流悬板的排沙漏斗中漏斗室内的泥沙淤积量百分数减少。

从表3看出，各种情况下G₃值均小于0，其值在-50％到-100％之间变化，表明改进后的排沙漏斗中悬板上的泥沙淤积量相较于水平放置调流悬板的排沙漏斗中悬板上的泥沙淤积量显著减少。

从表4看出，除了1种情况外。其它各种情况下G₄值均小于0，其值在-5％到-30％之间变化，表明改进后的排沙漏斗中排沙耗水率相较于水平放置调流悬板的排沙漏斗中的排沙耗水率明显减少。

综合表1-4看出，调流悬板的近心端和远心端连线与水平面形成的夹角最佳度数为15°。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种排沙漏斗，其特征在于，包括进水涵洞、边墙、漏斗室、调流悬板、溢流堰和侧槽，所述进水涵洞连接在所述漏斗室的上部，且与所述漏斗室的外圆周相切，所述漏斗室的底部开有排沙底孔，所述排沙底孔连接有排沙廊道，所述边墙连接在所述漏斗室上部形成第一圆弧段包围结构，所述溢流堰连接在所述漏斗室上部形成第二圆弧段包围结构，所述溢流堰的高度低于所述边墙的高度，所述调流悬板有近心端和远心端，所述远心端连接在所述溢流堰的上端，所述近心端靠近所述漏斗室的中心，所述近心端高于所述远心端，所述调流悬板的形状为圆台曲面，所述侧槽连接在所述溢流堰一侧与所述边墙形成第三圆弧段包围结构，所述侧槽由底板、侧板和侧圆弧板构成，所述圆弧板上开有引水渠道口。

2.根据权利要求1所述的一种排沙漏斗，其特征在于，所述漏斗室的锥底坡度在1:4-1:10之间。

3.根据权利要求1所述的一种排沙漏斗，其特征在于，所述第二圆弧段包围结构的圆心角在90-180°之间。

4.根据权利要求1所述的一种排沙漏斗，其特征在于，所述调流悬板近心端或远心端处的弧所对应的圆心角在90-180°之间。

5.根据权利要求1所述的一种排沙漏斗，其特征在于，所述调流悬板的近心端和远心端连线与水平面形成的夹角为大于0°且小于等于45°。

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