CN112127316A - 除涡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除涡装置，包括与管道口匹配的除涡本体、设置于所述除涡本体背面用于缓冲水流的缓冲机构以及用于调节所述除涡本体与管道口距离的调节机构。将该除涡装置安装在管道口，能够减缓甚至消除吸水管口涡旋，调节水位，减少吸水管口水流涡旋对水泵、排水水池甚至排水管坝体伤害，减少灾害。

Description

除涡装置

技术领域

本发明涉及一种除涡用设备，特别涉及一种除涡装置。

背景技术

强烈的旋涡有相当大的危害，会严重降低进流量，引起机组或结构振动，降低机组效率，卷吸漂浮物并堵塞或损坏拦污栅等，涡流主要有以下缺点：(1)降低泄流能力：由于气芯的存在，过流断面减小，从而过流能力降低，另外，由于存在切向运动水流，从而增加了水头损失，共同作用的结果则导致泄流能力减小；(2)形成气囊，影响洞内水流稳定：由于气囊的存在，气囊到洞口处破碎，导致有压流与无压流交替出现，因而洞内水流及出流呈现极不稳定的阵发状态；(3)增大洞身脉动压力：有资料显示，相同流量时的同一测点，在有旋涡时的脉动压力可增大2倍以上，有旋涡时水流对洞身衬砌材料的破坏不容忽视；(4)吸入水面漂浮物：水面漂浮物均可能被吸入洞口，造成洞口堵塞或损坏拦污栅，甚至对人员造成威胁；(5)造成水泵气蚀，损坏泵体：涡旋通过涡涡管吸入空气，造成水泵叶片与泵体气蚀。

旋涡产生吸气现象的原因是：旋涡中心部分(有涡流动部分)的半径为r₀，边上的流速为u₀，速度环量为R，接近旋涡中心部分，流速按双曲线规律增加而压强降低，旋涡中心部分的压强变化，是按抛物线规律分布的，压强随着向心面下降，说明旋涡吮吸物体的性质，以及水在旋涡处水面呈漏斗状降低的现象。旋涡较大，即u₀较大，旋涡中心点的压强

较小，当小到低于大气压时，旋涡将产生吸气现象。

进水口的旋涡有两种，即立轴旋涡和横轴旋涡，立轴旋涡更容易造成进气，而旋涡运动的影响因素主要有行近水流的速度环量、进水口的淹没水深、进水口的流量(或流速)和边界条件。

现有技术中除涡方法主要有浮体降涡法以及防涡梁法。浮体降涡法，在产生旋涡的水面上，安放漂浮的板、梁、栅格等浮体，防止旋涡的发生。漂浮物可视为刚体，相当于使水流表面张力增加到无穷大，阻碍旋涡的发生；同时当旋涡诱导流速的水流到达刚体时，刚体亦可破坏速度环量。浮体需设专门机构，且洪水时期流速快或有流木的地方以及冬季冰冻较严重时不能使用此方法。防涡梁法，目的是遮断旋涡的流心，以阻止其发展，分散流速分布，降低速度梯度，减小产生旋涡的条件。旋涡并不停留在一个地方，而在一定的范围内缓缓地旋转。若在旋涡流心通过的范围内设置适当间隙的格栅，流心自然而然被格栅所切断，旋涡便不能发展。这种利用涡流性质，在进水口上方设置几根栅梁以防止旋涡的方法，对于水深较大的进水口较为合适。防涡梁的位置一般设置在最低水位附近或进口顶端。梁间距要适当，若太窄，旋涡会转移至防涡梁的前方，栅梁不能切断流心，起不到防止涡流的作用。若栅梁间距太宽，流心将停留在栅梁中间，也切不断流心，同样起不到防止涡流的作用。

参考文献：《进口旋涡及防涡、减涡措施》，作者黄贤荣。

发明内容

发明目的：为了解决水流涡旋对水泵、排水水池甚至排水管坝体伤害，本发明提供了一种除涡装置。

技术方案：本发明所述的一种除涡装置，包括与管道口匹配的除涡本体、设置于所述除涡本体背面用于缓冲水流的缓冲机构以及用于调节所述除涡本体与管道口距离的调节机构。

本发明的一种优选结构为：所述缓冲机构为设置于所述除涡本体背面的若干缓冲板。

本发明的一种优选结构为：包括用于锁紧所述缓冲机构的锁紧机构。

本发明的一种优选结构为：包括用于控制所述调节机构以及锁紧机构的控制系统。

本发明的一种优选结构为：所述调节机构包括与除涡本体连接的第一调节杆、用于固定所述第一调节杆的第一固定机构、用于控制所述第一调节杆升降的与所述第一调节杆固定连接的第一传动齿轮以及带动所述第一传动齿轮转动的第一电机。

本发明的一种优选结构为：所述缓冲机构为固定于所述除涡本体背面的垂直于除涡本体设置的十字型缓冲板。

本发明的一种优选结构为：所述锁紧机构包括若干个与缓冲板侧边相抵的锁紧单元。

本发明的一种优选结构为：所述锁紧单元包括第一锁紧杆、固定于所述第一锁紧杆上的第二传动齿轮以及带动所述第二传动齿轮转动的第二电机。

本发明的一种优选结构为：所述锁紧机构包括用于固定所述锁紧单元的支撑板。

本发明的一种优选结构为：所述控制系统包括用于检测水流速度的流速检测机构以及用于控制所述第一电机以及第二电机的控制器。

有益效果：(1)本发明设置了一种除涡装置，该除涡装置通过除涡本体以及缓冲机构的共同作用，能够减缓甚至消除吸水管口涡旋(包括立轴旋涡和横轴旋涡)；(2)本发明的除涡装置还可以根据水流的速度，调节除涡本体与管道之间的距离，用于调节水位，减少管道管口水流涡旋；(3)本发明通过锁紧机构进一步固定了缓冲机构，避免因水流冲击，影响除涡装置的稳定性；(4)本发明减少了涡旋对水泵、排水水池甚至排水管坝体伤害，可减少社会财产损失，甚至减少灾害。

附图说明

图1为本发明实施例1的除涡装置结构示意图；

图2为本发明实施例1的除涡本体以及缓冲机构的结构示意图；

图3为本发明实施例1的第一固定机构的结构示意图；

图4为本发明实施例1的调节机构的结构示意图；

图5为本发明实施例1的锁紧机构的结构示意图；

图6为本发明实施例1的锁紧机构与缓冲结构的位置关系结构示意图；

图7为本发明实施例1的除涡装置的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构作出进一步说明。

实施例1：如图1所示，本发明所述的除涡装置，包括与管道口匹配的除涡本体1、设置于除涡本体1背面(靠近管道口一侧)的用于缓冲水流的缓冲机构2、用于调节除涡本体1与管道口距离的调节机构3、用于锁紧缓冲机构2的锁紧机构4以及用于控制调节机构3以及锁紧机构4的控制系统5。

如图2所示，缓冲机构2为设置于除涡本体1背面的若干缓冲板102，在本实施例中，缓冲机构2为固定于除涡本体1背面的垂直于除涡本体1设置的十字型缓冲板101，具体地，除涡本体1包括与管道口相匹配的除涡板101，除涡板101为大于管道口的圆形钢板，除涡板101除涡的原理为浮体降涡法，模拟一种大于涡旋的浮体，消除涡旋。缓冲板102为“十”字型结构钢板，相对于除涡板101竖直方向设置，除涡板101上设置有用于缓冲板102定位的凹槽，缓冲板102的中心轴位于除涡板101的中心位置，缓冲机构的除涡原理为防涡梁法，通过干扰水流方向，防止产生螺旋状涡旋。

如图3所示，本发明所述的调节结构3包括与除涡本体1连接的第一调节杆301、用于固定第一调节杆301的第一固定机构302、用于控制第一调节杆301升降的与第一调节杆301连接的第一传动齿轮303以及带动第一传动齿轮303转动的第一电机304,传动齿轮303内侧有与第一调节杆301连接的内螺纹。

在本实施例中，第一调节杆301为螺栓或丝杆，在本实施例中，选择第一调节杆301为螺栓，表面设置有外螺纹，第一调节杆301一端与除涡板101固定连接，并通过螺母固定，第一调节杆301通过第一固定机构302固定，第一固定机构302包括第一固定板3021以及固定于第一固定板3021上的固定架3022，第一固定板3021中间开设有大于除涡板101的孔径，固定架3022为下端开口(开口的直径大于除涡板101的直径)的框形结构，固定架3022的开口的底端分别设置有两个固定脚3023用于与第一固定板3021固定，固定架3022的两个侧板3024的垂直于第一固定板3021设置，延伸方向与第一调节杆301的延伸方向相同，两个侧板3024通过一个横板3025连接，在横板中间开设有固定第一调节杆301的通孔3026，通孔3026的内壁设置有与第一调节杆301外螺纹相匹配的内螺纹。

如图4所示，第一传动齿轮303套设于作为第一调节杆301的螺栓上，第一传动齿轮303与螺栓的连接的内壁设置有螺栓表面外螺纹相匹配的内螺纹，第一传动齿轮303与第一电机304传动连接，第一传动齿轮303底端通过轴承305固定于横板3025上方，同样地，轴承305限定了调节结构3的调节位移，第一传动齿轮303在轴承305以及第一调节杆301的顶端之间移动。

第一电机304为步进电机，该步进电机与第一丝杆306连接，步进电机通过正、反转动，带动与第一丝杆306传动连接的第一传动齿轮303传动，通过第一调节杆301带动除涡板101上下移动。

如图5和图6所示，除涡装置的锁紧机构4包括若干个与缓冲板侧边相抵的锁紧单元40，在本实施例中，由于缓冲机构为十字型板，共具有四个侧边，相应地设置了四个锁紧单元40，锁紧单元40固定于支撑板404上，同样地，支撑板404上开设有大于管道直径的开口。

锁紧单元40包括第一锁紧杆401、固定于第一锁紧杆401上的第二传动齿轮402以及带动第二传动齿轮402转动的第二电机403。

具体地，第二电机403为步进电机，步进电机的输出端与第二丝杠405带动第二传动齿轮402转动，通过第二齿轮402带动第一锁紧杆401转动，同样地，第一锁紧杆401为螺栓或者是丝杠，在本实施例中，第一锁紧杆401为螺栓，同样地，第一锁紧杆表面设置有外螺纹，第二传动齿轮402内壁设置有与第一锁紧杆401的外螺纹相匹配的内螺纹。

第二电机403安装于支撑板404上，在用于调节除涡板101的调节机构3动作前，锁紧机构4中的步进电机带动第二丝杆405反转，带动与第二丝杆405传动连接的第二传动齿轮402转动，在第二传动齿轮402的带动下，使得第一锁紧杆401与十字型缓冲板解锁，用于调节除涡板101的调节机构3调节除涡板101的位置，当调节机构3停止动作后，锁紧机构4步进电机正转，带动与第二丝杆405传动连接的第二传动齿轮402转动，进而使得第一锁紧杆401锁紧除涡板101的缓冲板。

本实施例中，除涡装置还包括控制系统5，控制系统5包括用于检测水流速度的流速检测机构(流速检测机构为现有技术中可以检测管道口流速的任一设备均可以，如流速检测仪等，如型号为DX-LSX-1的多普勒超声波流量计，设置的位置可以位于管道出口或者可以检测管道口流速的任一位置，故图中未示出)以及用于控制第一电机104以及第二电机403的控制器，具体为第一电机104设置有第一控制器501，第二电机403设置有第二控制器502，第一控制器501用于控制调节机构3的第一丝杠306上下运动，第二控制器502用于控制第二丝杠405水平运动。

具体地，第一控制器501和第二控制器502可以为型号为SR40PLC的步进电机控制器。，本实施例中的流速检测机构选择型号为DX-LSX-1的多普勒超声波流量计，该流量计适合于明渠、河道及难以建造标准断面的流速流量测量以及于各种满管和非满管明渠流速流量测量。

本发明通过两种除涡方法相结合，可以克服流速快，栅梁间距太宽等问题不能防止涡旋的的问题，本发明的工作方法为：

如图7所示，控制系统5根据检测的水管流速，调节机构3控制除涡本体1的升降高度，从而控制水流量和流速同时消除涡旋。

当流速检测机构检测到水流速小于除涡设定值，同时水流中没有涡心时，第二控制器502控制锁紧机构4解除锁紧，调节机构3通过第一丝杆306提升除涡板101到指定高度，第二控制器502控制锁紧机构4锁紧缓冲板。

当水流速超过指定值，第二控制器502控制锁紧机构4解除锁紧，调节机构3通过第一丝杆306下降除涡板101到指定高度，第二控制器502控制锁紧机构4锁紧缓冲板。

从以上结构可看出，本发明的除涡装置，结构简单，能够有效消除涡旋，可提高工程和设备的安全性，保护社会财产和生命安全，值得推广。

Claims (10)

1.一种除涡装置，其特征在于，包括与管道口匹配的除涡本体(1)、设置于所述除涡本体(1)背面用于缓冲水流的缓冲机构(2)以及用于调节所述除涡本体(1)与管道口距离的调节机构(3)。

2.根据权利要求1所述的除涡装置，其特征在于，所述缓冲机构(2)为设置于所述除涡本体(1)背面的若干缓冲板。

3.根据权利要求2所述的除涡装置，其特征在于，包括用于锁紧所述缓冲机构(2)的锁紧机构(4)。

4.根据权利要求3所述的除涡装置，其特征在于，包括用于控制所述调节机构(3)以及锁紧机构(4)的控制系统(5)。

5.根据权利要求4所述的除涡装置，其特征在于，所述调节机构(3)包括与除涡本体(1)连接的第一调节杆(301)、用于固定所述第一调节杆(301)的第一固定机构(302)、用于控制所述第一调节杆(301)升降的与所述第一调节杆(301)固定连接的第一传动齿轮(303)以及带动所述第一传动齿轮(303)转动的第一电机(304)。

6.根据权利要求5所述的除涡装置，其特征在于，所述缓冲机构(2)为固定于所述除涡本体(1)背面的垂直于除涡本体(1)设置的十字型缓冲板(201)。

7.根据权利要求6所述的除涡装置，其特征在于，所述锁紧机构(4)包括若干个与缓冲板侧边相抵的锁紧单元(40)。

8.根据权利要求7所述的除涡装置，其特征在于，所述锁紧单元(40)包括第一锁紧杆(401)、固定于所述第一锁紧杆(401)上的第二传动齿轮(402)以及带动所述第二传动齿轮(402)转动的第二电机(403)。

9.根据权利要求7所述的除涡装置，其特征在于，所述锁紧机构包括用于固定所述锁紧单元的支撑板(404)。

10.根据权利要求7所述的除涡装置，其特征在于，所述控制系统(5)包括用于检测水流速度的流速检测机构以及用于控制所述第一电机(104)以及第二电机(403)的控制器。

Images