CN111499013B - 一种基于消能裙板的转能曝气装置 - Google Patents

一种基于消能裙板的转能曝气装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于消能裙板的转能曝气装置,包括消能单元、水能转化单元、曝气输送单元;消能单元包括消能裙板、消能涡轮;水能转化单元包括积泥旋转轮;曝气输送单元包括水流细化曝气喷头、输水管、水轮泵;消能裙板位于消能防冲护坦末端,消能裙板前部与护坦墙之间保留一定间隙,后部翘起呈倾斜布置,将下泄的水流挑起消能;消能涡轮设置在消能裙板上表面,用于使进入消能涡轮的水流随涡轮叶片旋转后降速;积泥旋转轮位于消能裙板下方,与对应的消能涡轮同轴连接;水轮泵设置在消能裙板上表面,水流细化曝气喷头位于消能裙板上方,水轮泵通过输水管与水流细化曝气喷头相连,用于对消能裙板上的水流进行曝气。

Description

一种基于消能裙板的转能曝气装置
技术领域
本发明属于水环境技术领域,具体涉及一种基于消能裙板的转能曝气装置。
背景技术
消能裙板通常位于河道防洪水闸或溢洪道等泄水建筑物下游的护坦墙,通常是为防止急速下泄水流冲刷河床危及泄水建筑物而建立的消能装置。
中国发明专利201610283586.6公开了一种“水利水体曝气输养装置及其供养方法”,提出了水体进行曝气供养的方法,增加水体溶解氧,同时利用太阳能和风能发电,颇具生态性;中国发明专利201610781631.0公开了一种“水力发电系统”,减少了现存的水力发电技术中建设时间长等问题,保护了生态环境;中国发明专利201810019836.4公开了“一种强化曝气生态修复装置”,结构较简便且无能耗,利用太阳能发电,并加强对水体的增氧曝气,改善了河流水体的生态环境。
现有技术存在以下缺陷:现有的水能转化和曝气的装置虽然满足水能转化或者水体曝气的功能,但是尚无利用消能裙板这一特殊的泄水消能装置来进行水能转化和水体曝气处理,没有对流经泄水建筑物下游的护坦部位的水流进行曝气增氧和水能利用,水流利用率不高。
发明内容
目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种基于消能裙板的转能曝气装置,旨在利用消能裙板这一特殊的泄水消能装置来对流经泄水建筑物下游的护坦部位的水流进行曝气增氧和水能利用,在改善水质的同时实现对水能的利用。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案为:
一种基于消能裙板的转能曝气装置,包括消能单元、水能转化单元、曝气输送单元;所述消能单元包括消能裙板、消能涡轮;所述水能转化单元包括积泥旋转轮;所述曝气输送单元包括水流细化曝气喷头、输水管、水轮泵;
所述消能裙板位于消能防冲护坦末端,消能裙板前部与护坦墙之间保留一定间隙,后部翘起呈倾斜布置,将下泄的水流挑起消能;所述消能涡轮设置在消能裙板上表面,用于使进入消能涡轮的水流随涡轮叶片旋转后降速,所述消能涡轮的出水方向与下泄水流方向垂直;同时,坦墙的高速水流会使消能裙板与护坦墙的间隙处形成低压环境,产生向上的吸力,使得消能裙板下方形成流向上游的漩涡流,并将河流底面冲刷产生的泥沙、碎石推移到护坦墙底部,不断淤积在墙下,对护坦墙起保护作用;
所述积泥旋转轮位于消能裙板下方,与对应的消能涡轮同轴连接;
所述水轮泵设置在消能裙板上表面,所述水流细化曝气喷头位于消能裙板上方且出口方向面对消能裙板,水轮泵通过输水管与水流细化曝气喷头相连,用于对消能裙板上的水流进行曝气。
水流进入消能涡轮随涡轮叶片旋转后速度降低,并沿着与水流方向垂直的方向流出,从而对其他部位的水流形成阻力,有效降低水流速度,达到消能目的。消能涡轮通过水能转化单元中转速变更齿轮与积泥旋转轮连接,借由消能涡轮的转动带动转速变更齿轮转动从而改变下部积泥旋转轮的旋转速度。
在一些实施例中,所述消能单元还包括支撑梁、裙板底座、裙板防倾梁;所述支撑梁竖直布置,所述裙板防倾梁向后倾斜布置;所述消能裙板前部通过支撑梁与裙板底座连接,所述消能裙板后部通过裙板防倾梁与裙板底座连接。裙板防倾梁连接于消能裙板末端成倾斜状,作为消能裙板的支撑构件,防止消能裙板因受到的水冲力过大而倾覆。
在一些实施例中,所述的基于消能裙板的转能曝气装置,还包括积泥保护单元,所述积泥保护单元采用积泥架;所述积泥架包括竖向贴合板、蜂窝积泥板;所述竖向贴合板与护坦墙贴合布置;蜂窝积泥板水平设置,多个蜂窝积泥板分层安装在竖向贴合板上,蜂窝积泥板从上到下横向宽度依次增加;用于将消能裙板底部漩流带来的泥沙、碎石淤积在护坦墙下,对护坦墙起保护作用。进一步的,所述竖向贴合板的底端与消能单元前部的裙板底座连接在一起。
蜂窝积泥板设置为蜂窝状,是为了将消能裙板下方的漩涡流带来的泥沙、碎石堆积到护坦墙底部,使之不断淤积且不易坍塌。积泥架与消能裙板连接为一体并位于消能裙板前方,淤积的泥沙、碎石对护坦墙起保护作用的同时会增加积泥架的重量,从而防止消能裙板向后方倾覆。
在一些实施例中,所述水能转化单元还包括转速变更齿轮,所述转速变更齿轮穿设在消能裙板安装孔中,所述积泥旋转轮通过转速变更齿轮与消能涡轮连接,用于将水流冲击消能涡轮产生的动能以合适的转速传递给积泥旋转轮。
在一些实施例中,所述曝气输送单元还包括曝气支撑架,所述水流细化曝气喷头和输水管安装在曝气支撑架上,并通过曝气支撑架固定在消能裙板上方。水轮泵的吸水量大小会改变水流细化曝气喷头喷射的水流粗细程度,由多个水流细化曝气喷头喷水产生的水帘会极大增加水与空气的接触面积,达到大面积曝气的目的,水轮泵能够直接利用水能,由内部水轮机将水能转化为机械能,再由水泵提水,实现无能耗抽水。
在一些实施例中,所述水能转化单元还包括防水保护盒,所述转速变更齿轮安装在防水保护盒中。
有益效果:本发明提供的一种基于消能裙板的转能曝气装置,基于消能裙板消能作用,增加若干水处理构件,使得消能裙板兼具水流消能、水能转化、水质处理功能。旨在利用消能裙板这一特殊的泄水消能装置来对流经泄水建筑物下游的护坦部位的水流进行曝气增氧和水能利用,在改善水质的同时实现对水能的利用。本发明集高速水流消能、护坦保护、水能转化、曝气增氧功能于一体,以此达到合理消能、泄水建筑保护、自然资源利用及生态修复的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的基于消能裙板的转能曝气装置的剖面图;
图2为本发明实施例的基于消能裙板的转能曝气装置的底面图;
图3为本发明实施例的基于消能裙板的转能曝气装置的正面图;
图中:消能单元1、积泥保护单元2、水能转化单元3、曝气输送单元4、消能裙板5、消能涡轮6、支撑梁7、裙板底座8、裙板防倾梁9、护坦墙10、竖向贴合板11、蜂窝积泥板12、转速变更齿轮13、积泥旋转轮14、防水保护盒15、水流细化曝气喷头16、输水管17、曝气支撑架18、水轮泵19。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至图3所示,一种基于消能裙板的转能曝气装置,包括消能单元1、积泥保护单元2、水能转化单元3、曝气输送单元4;所述消能单元1包括消能裙板5、消能涡轮6、支撑梁7、裙板底座8、裙板防倾梁9;所述积泥保护单元2包括积泥架(竖向贴合板11、蜂窝积泥板12);所述水能转化单元3包括转速变更齿轮13、积泥旋转轮14、防水保护盒15;所述曝气输送单元4包括水流细化曝气喷头16、输水管17、曝气支撑架18、水轮泵19。消能单元基于消能裙板5,将下泄水流挑起消能,并使护坦墙10远离冲刷坑以保证安全;积泥保护单元设置特殊的架式结构,将消能裙板底部漩流带来的泥沙、碎石不断淤积在护坦墙10下,在防止消能裙板倾覆的同时并对护坦墙10起保护作用;水能转化单元将水能转化为供装置运作的动能;曝气输送单元会对消能裙板上方的水流曝气。
在一些实施例中,如图1、图3所示,所述消能单元1由消能裙板5、消能涡轮6、支撑梁7、裙板底座8、裙板防倾梁9组成。所述消能单元1中消能裙板5的前部靠近护坦墙10,后部抬高使消能裙板5倾斜,以此将下泄的水流挑起消能,消能裙板5的前部与护坦墙10之间设置一定距离的间隙,使得高速水流流过间隙处会形成低压环境,使得消能裙板5下方形成流向上游的漩涡流,将沙、碎石推移到护坦墙10底部起保护作用。所述消能涡轮6设置在消能裙板5上表面,用于使进入消能涡轮6的水流随涡轮叶片旋转后降速,消能涡轮6的出水方向与水流方向垂直增加了水流阻力,有效降低水流速度,实现消能目的;所述消能裙板5下方依次设置支撑梁7、裙板底座8作为消能裙板5的支撑固定结构;所述的裙板防倾梁9连接于消能裙板5末端成倾斜支撑状,能够防止消能裙板5因受到的水冲力过大或结构重心不稳而倾覆。
在一些实施例中,如图1所示,所述积泥保护单元2采用积泥架,积泥架由竖向贴合板11和蜂窝积泥板12组成,通过裙板底座8与消能裙板5连为一体,设置积泥架的目的是为了将漩涡流推移来的沙石堆积到护坦墙10底部,形成泥沙堆并且不易坍塌,泥沙的堆积会增加积泥架的重量,从而避免消能裙板5向后方倾覆,增加了结构的稳定性;竖向贴合板11固定在护坦墙10前方,可以保护护坦墙10免受水流的冲击与腐蚀;蜂窝积泥板12水平设置,多个蜂窝积泥板12分层安装在竖向贴合板11上,蜂窝积泥板12从上到下横向宽度依次增加,蜂窝积泥板设计为蜂窝状是为了更好的截留泥沙、碎石,不致被水流冲刷掉。
在一些实施例中,如图1、图2所示,所述水能转化单元3由转速变更齿轮13、积泥旋转轮14、防水保护盒15组成。消能涡轮6下部连接设置转速变更齿轮13、积泥旋转轮14,用于将动能传递并降低水流速度;转速变更齿轮13上部连接消能涡轮6,下部连接积泥旋转轮14,主要功能是将水流冲击消能涡轮6产生的动能以合适的转速传递给积泥旋转轮14,令积泥旋转轮14缓慢的旋转;积泥旋转轮14接受消能涡轮6传递来的动能,在消能裙板5底部的水中以漩流的方向缓慢旋转,加强了漩流对泥沙的搬运作用,易于积泥架上的泥沙淤积。
在一些实施例中,如图1、图3所示,所述曝气输送单元4由水流细化曝气喷头16、输水管17、曝气支撑架18、水轮泵19组成。水流细化曝气喷头16按照需求数量安装在输水管17上,凭借曝气支撑架18悬空架于消能裙板5正上方,水流细化曝气喷头16喷水时会形成一道道水幕屏障,极大增加水与空气的接触面积;水轮泵19通过输水管17与水流细化曝气喷头16相连,所吸水量大小会改变水流细化曝气喷头16喷射的水流粗细和速度,从而调节曝气量和曝气速度,水轮泵19能够直接利用水能,由内部水轮机将水能转化为机械能,再由水泵提水,实现无能耗抽水。
以下结合图1、图2、图3、,进一步说明本发明的基于消能裙板的转能曝气装置的安装使用方法,包括:
步骤一:本发明所提出的一种基于消能裙板的转能曝气装置最上部主要安装曝气输送单元4中的水流细化曝气喷头16、输水管17、曝气支撑架18;所述的基于消能裙板的转能曝气装置中部安装消能单元1中的消能裙板5、消能涡轮6,水能转化单元3中的转速变更齿轮13、防水保护盒15,曝气输送单元4中的水轮泵19;所述的基于消能裙板的转能曝气装置下部安装消能单元1中的支撑梁7、裙板底座8,水能转化单元3中的积泥旋转轮14;所述的基于消能裙板的转能曝气装置前部安装积泥保护单元2中的积泥架、竖向贴合板11、蜂窝积泥板12;所述的基于消能裙板的转能曝气装置后部安装消能单元1中的支撑梁7、裙板底座8。
步骤二:消能单元1中消能裙板5前部与护坦墙10保持一定距离,后部抬高使消能裙板5倾斜,以此将下泄的水流挑起消能,消能涡轮6嵌入消能裙板5表面,水流进入消能涡轮6随涡轮叶片旋转降速消能;消能裙板5下方依次固接支撑梁7和裙板底座8作为支撑结构,后方末端处安装裙板防倾梁9,所述裙板防倾梁9成倾斜支撑状,防止消能裙板5出现倾覆现象。
步骤三:积泥保护单元2中积泥架由竖向贴合板11、蜂窝积泥板12构成。积泥架设置在消能单元1前方,竖向贴合板11通过裙板底座8与消能单元1连为一体,贴合护坦墙10建立,保护护坦墙10免受水流的冲击与腐蚀,蜂窝积泥板12分层安装在竖向贴合板11上,从上到下横向宽度依次增加,保证泥沙、碎石堆积而不会发生坍塌。
步骤四:水能转化单元3中转速变更齿轮13安装在防水保护盒15中,转速变更齿轮13上部连接消能单元1中消能涡轮6,下部连接积泥旋转轮14,令积泥旋转轮14缓慢的旋转;
步骤五:曝气输送单元4中输水管17上安装多个水流细化曝气喷头16,凭借曝气支撑架18悬空架于消能裙板5正上方,喷水时会形成一道道水幕屏障,水轮泵19能够直接利用水能,由内部水轮机将水能转化为机械能,再由水泵提水,实现无能耗抽水。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作,因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
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 (4)

1.一种基于消能裙板的转能曝气装置,其特征在于,包括消能单元(1)、水能转化单元(3)、曝气输送单元(4);
所述消能单元(1)包括消能裙板(5)、消能涡轮(6);所述水能转化单元(3)包括积泥旋转轮(14);所述曝气输送单元(4)包括水流细化曝气喷头(16)、输水管(17)、水轮泵(19);
所述消能裙板(5)位于消能防冲护坦末端,消能裙板(5)前部与护坦墙(10)之间保留一定间隙,后部翘起呈倾斜布置,将下泄的水流挑起消能;所述消能涡轮(6)设置在消能裙板(5)上表面,用于使进入消能涡轮(6)的水流随涡轮叶片旋转后降速,所述消能涡轮(6)的出水方向与下泄水流方向垂直;
所述积泥旋转轮(14)位于消能裙板(5)下方,与对应的消能涡轮(6)同轴连接;
所述水轮泵(19)设置在消能裙板(5)上表面,所述水流细化曝气喷头(16)位于消能裙板(5)上方且出口方向面对消能裙板(5),水轮泵(19)通过输水管(17)与水流细化曝气喷头(16)相连,用于对消能裙板上的水流进行曝气;
所述消能单元(1)还包括支撑梁(7)、裙板底座(8)、裙板防倾梁(9);所述支撑梁(7)竖直布置,所述裙板防倾梁(9)向后倾斜布置;所述消能裙板(5)前部通过支撑梁(7)与裙板底座(8)连接,所述消能裙板(5)后部通过裙板防倾梁(9)与裙板底座(8)连接;
还包括积泥保护单元(2),所述积泥保护单元(2)采用积泥架;所述积泥架包括竖向贴合板(11)、蜂窝积泥板(12);所述竖向贴合板(11)与护坦墙(10)贴合布置;蜂窝积泥板(12)水平设置,多个蜂窝积泥板(12)分层安装在竖向贴合板(11)上,蜂窝积泥板(12)从上到下横向宽度依次增加;用于将消能裙板底部漩流带来的泥沙、碎石淤积在护坦墙(10)下,对护坦墙(10)起保护作用;
所述水能转化单元(3)还包括转速变更齿轮(13),所述转速变更齿轮(13)穿设在消能裙板(5)安装孔中,所述积泥旋转轮(14)通过转速变更齿轮(13)与消能涡轮(6)连接,用于将水流冲击消能涡轮(6)产生的动能以合适的转速传递给积泥旋转轮(14)。
2.根据权利要求1所述的基于消能裙板的转能曝气装置,其特征在于,所述竖向贴合板(11)的底端与消能单元(1)前部的裙板底座(8)连接在一起。
3.根据权利要求1所述的基于消能裙板的转能曝气装置,其特征在于,所述曝气输送单元(4)还包括曝气支撑架(18),所述水流细化曝气喷头(16)和输水管(17)安装在曝气支撑架(18)上,并通过曝气支撑架(18)固定在消能裙板(5)上方。
4.根据权利要求1所述的基于消能裙板的转能曝气装置,其特征在于,所述水能转化单元(3)还包括防水保护盒(15),所述转速变更齿轮(13)安装在防水保护盒(15)中。
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