CN216395378U - 基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器 - Google Patents

Abstract

基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，包括泥沙与水流分离室、切向变截面入流组件和泥沙收集装置；泥沙与水流分离室包括空心柱体和倒圆锥状腔体，空心柱体内腔经横隔板分隔成上、下腔体，并在横隔板中穿设溢流管，溢流管底部入流端口位于下腔体内，顶端溢流口位于上腔体内；倒圆锥状腔体顶部与下腔体相连通，底部设置排沙口；下腔体侧壁上部设有切向变截面入流组件，切向变截面入流组件入流口沿下腔体的切向布置；上腔体的侧壁底部设有出流管组件；泥沙收集装置设置于泥沙与水流分离室的底部。本实用新型的有益效果：含沙水流在泥沙与水流分离室内形成向下的强迫涡与向上的自由涡，泥沙经强迫涡下沉于底部，清水经自由涡向上流出。

Description

基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器

技术领域

本实用新型属于水力学领域，具体涉及一种基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器。

背景技术

挟沙水流对泄洪建筑物和水力机械的空化空蚀和磨损关系到水利水电工程的安全运行和经济效益。我国河流中含沙量较高,如辽河郑家屯站多年平均含沙量为18.3kg/m³，长江支流嘉陵江北碚站多年平均含沙量为2.38kg/m³、汉江碾盘山站为2.39kg/m³，黄河三门峡站多年平均含沙量高达33.3kg/m³，堪称世界之最【涂启华，杨赉斐(2006)：泥沙设计手册，中国水利水电出版社】。目前,我国水电站装机容量已经达到1.3亿kW，由于空蚀和泥沙磨损而导致的停机检修，若按照每年10％来计算，将造成每年高达300多亿元的经济损失【汪家道，陈皓生，秦力等(2007)：水力机械空蚀中微颗粒的关键作用，科学通报，52(22)：2683-2687】。人们在日常生活和工农业生产中大量使用离心泵，这些泵大多以清水为介质设计的。抽送含沙水流必然会引起水泵过流部件,尤其是水泵叶轮的损伤,导致水泵效率降低,使用寿命缩短等问题。另外，水厂一级泵站从河流或湖泊抽取的原水含沙量均较高，给水处理中首先需要进行泥水分离。污水处理厂来水中含沙量(或悬浮固体)较高，也需先进行泥水分离。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，其特征在于：包括泥沙与水流分离室、切向变截面入流组件和泥沙收集装置；

所述泥沙与水流分离室由空心柱体和倒圆锥状腔体组成，所述空心柱体的内腔经横隔板分隔成上、下两个腔体，分别为上腔体和下腔体，并在横隔板中穿设溢流管，所述溢流管的底部入流端口位于所述下腔体内，所述溢流管的顶端溢流口位于所述上腔体内，用于将下腔体中分离泥沙后的清水溢流入所述上腔体中；所述倒圆锥状腔体的顶部与所述下腔体相连通，所述倒圆锥状腔体的底部设置排沙口，并在排沙口配装单向阀；

所述下腔体的侧壁上部设有切向变截面入流组件，并保持所述切向变截面入流组件的入流口沿下腔体的切向布置，使得经切向变截面入流组件流入的含沙水流沿空心柱体下腔体切向进入泥沙颗粒与水流分离室内以形成强迫涡与自由涡；

所述上腔体的侧壁底部设有用于排放清水的出流管组件；

所述泥沙收集装置设置于所述泥沙与水流分离室的底部，所述泥沙收集装置的顶部设有进沙口，并且所述进沙口位于所述排沙口的正下方，用于收集从排沙口排出的泥沙。

进一步，所述切向变截面入流组件包括入流管、入流管法兰、方圆接头以及变截面矩形喷咀，所述入流管与所述泥沙颗粒与水流分离室之间设有方圆接头以及变截面矩形喷咀，所述变截面矩形喷咀的喷口沿所述泥沙颗粒与水流分离室的切向布置，并与所述下腔体的入流口相连通，所述变截面矩形喷咀的入流口通过方圆接头与所述入流管的入流端相连通；所述入流管的入流端配装入流管法兰；所述入流管上配装入流阀。

进一步，所述出流管组件包括出流管、出流阀和出流法兰，所述出流管的出流端口与所述上腔体的出流口相连通，所述出流管的出流口处配装出流管法兰；所述出流阀安装于所述出流管上。

进一步，所述泥沙收集装置为一上端敞口的箱体，所述泥沙收集装置的上端敞口作为进沙口位于所述排沙口的正下方。

进一步，所述泥沙收集装置的底部设有与内腔连通的排空管，并在所述排空管上设置配装排空阀。

进一步，所述基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器还包括移动装置，所述移动装置包括支架和移动车，所述支架安装于所述移动车上，并且所述泥沙与水流分离室通过所述支架安装于所述移动车上；所述泥沙收集装置置于所述移动车上，并且所述进沙口位于所述排沙口的正下方。

本实用新型所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器工作原理如下：

含沙水流沿切向进入空心柱体后形成强迫涡，并在空心柱体和锥体内向下作螺旋运动，到达倒圆锥状腔体的底部形成自由涡自下而上作螺旋运动。在强迫涡作用下，泥沙颗粒沿倒圆锥状腔体的壁面下沉于底部，从泥沙出流口流入泥沙收集箱。为了避免空气进入锥体内，在锥体底部出口处装有单向阀。在自由涡作用下，清水通过溢流管上升至柱体上层，通过出水管流出。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的含沙水流通过变截面矩形喷咀沿切向进入泥沙与水流分离室，并在泥沙与水流分离室内形成向下的强迫涡与向上的自由涡；

2、本实用新型通过横隔板和溢流管起到良好的泥沙与水流分离效果；

3、本实用新型泥沙与水流分离室内的强迫涡在离心力的作用下使泥沙颗粒从水流中分离、沿锥体侧壁下沉于底部，并流入泥沙收集装置，而清水则由锥体底部形成的自下而上的自由涡通过溢流管上升至上腔体，并通过出流管流出。

4、本实用新型的单向阀仅用于排放下沉的泥沙，以免空气进入锥体内形成空气柱。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图(a处箭头为含沙水流入流方向；b处箭头为清水出流方向；d处箭头为溢流方向)；

图2是图1的A-A剖面；

图3是图1的B-B剖面；

图4是图2的C-C剖面；

图5是图2的D-D剖面；

图6是本实用新型的内部泥沙与水流流动示意图(e为清水溢流口；f为变截面矩形喷咀的入流口；g处螺旋线为强迫涡示意线；h处螺旋线为自由涡示意线)；

附图标记列表：1、入流管法兰；2、入流阀；3、入流管；4、方圆接头；5、变截面矩形喷咀；6、出流管法兰；7、出流阀；8、出流管；9、出流管组件；10、切向变截面入流组件；11、溢流管；12、空心柱体；121、上腔体；122、下腔体；123、横隔板；13、倒圆锥状腔体；131、排沙口；14、支架；15、单向阀；16、泥沙收集装置；17、排空管；18、排空阀；19、移动车；20、泥沙与水流分离室；21、移动装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型专利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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照附图，本实用新型所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，包括泥沙与水流分离室20、切向变截面入流组件10和泥沙收集装置16；

所述泥沙与水流分离室20由空心柱体12和倒圆锥状腔体13组成，所述空心柱体12的内腔经横隔板123分隔成上、下两个腔体，分别为上腔体121和下腔体122，并在横隔板123中穿设溢流管11，所述溢流管11的底部入流端口位于所述下腔体122内，所述溢流管11的顶端溢流口位于所述上腔体121内，用于将下腔体中分离泥沙后的清水溢流入所述上腔体中；所述倒圆锥状腔体13的顶部与所述下腔体122相连通，所述倒圆锥状腔体13的底部设置排沙口131，并在排沙口131配装单向阀15；

所述下腔体122的侧壁上部设有切向变截面入流组件10，并保持所述切向变截面入流组件10的入流口沿下腔体的切向布置，使得经切向变截面入流组件10流入的含沙水流沿空心柱体12的下腔体122切向进入泥沙与水流分离室20内以形成强迫涡与自由涡；

所述上腔体121的侧壁底部设有排放清水的出流管组件9；

所述泥沙收集装置16设置于所述泥沙与水流分离室20的底部，所述泥沙收集装置16的顶部设有进沙口，并且所述进沙口位于所述排沙口131的正下方，用于收集从排沙口排出的泥沙。

所述切向变截面入流组件10包括入流管3、入流管法兰、方圆接头4以及变截面矩形喷咀5，所述入流管3与所述泥沙与水流分离室20之间设有方圆接头4以及变截面矩形喷咀5，所述变截面矩形喷咀5的喷口沿所述泥沙与水流分离室20的切向布置，并与所述下腔体122的入流口相连通，所述变截面矩形喷咀5的入流口通过方圆接头4与所述入流管3的入流端相连通；所述入流管3的入流端配装入流管法兰1；所述入流管3上配装入流阀2。

所述出流管组件9包括出流管8、出流阀7和出流管法兰6，所述出流管8的出流端口与所述上腔体121的出流口相连通，所述出流管8的出流口处配装出流管法兰6；所述出流阀7安装于所述出流管8上。

所述泥沙收集装置16为一上端敞口的箱体，所述泥沙收集装置16的上端敞口作为进沙口位于所述排沙口131的正下方。

所述泥沙收集装置16的底部设有与内腔连通的排空管17，并在所述排空管17上设置配装排空阀18。

所述基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器还包括移动装置21，所述移动装置21包括支架14和移动车19，所述支架安装于所述移动车上，并且所述沉沙装置通过所述支架安装于所述移动车上；所述泥沙收集装置设置于所述移动车上，并且所述进沙口位于所述排沙口的正下方。

所述空心柱体12和所述倒圆锥状腔体13同轴，并通过支架14垂直设置于移动车上，切向变截面入流组件10和出流管组件9均沿水平方向布置。

本实用新型所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器工作原理如下：含沙废水由右端的入流管3进入，可通过入流阀2调节流量大小及开关，入流管法兰1用于连接两端管道，方圆接头4连通右端的圆形的入流管3及左端变截面矩形喷咀5，含沙水流通过变截面矩形喷咀5沿切向进入空心柱体12的下腔体122后形成强迫涡，并在空心柱体和锥体内向下作螺旋运动，到达倒圆锥状腔体13的底部形成自由涡自下而上作螺旋运动。在强迫涡作用下，泥沙颗粒沿倒圆锥状腔体13的壁面下沉于底部，从泥沙出流口流入泥沙收集箱，实现泥沙与水流分离，为了避免空气进入倒锥型腔体13内，在倒锥型腔体的底部出口处装有单向阀；在自由涡作用下，清水则通过溢流管11上升至空心柱体上层的上腔体中，通过出流管流出；整台装置位于移动车19上，可以根据需要调整整个装置的位置。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，其特征在于：包括泥沙与水流分离室、切向变截面入流组件和泥沙收集装置；

所述泥沙与水流分离室由空心柱体和倒圆锥状腔体组成，所述空心柱体的内腔经横隔板分隔成上、下两个腔体，分别为上腔体和下腔体，并在横隔板中穿设溢流管，所述溢流管的底部入流端口位于所述下腔体内，所述溢流管的顶端溢流口位于所述上腔体内，用于将下腔体中分离泥沙后的清水溢流入所述上腔体中；所述倒圆锥状腔体的顶部与所述下腔体相连通，所述倒圆锥状腔体的底部设置排沙口，并在排沙口配装单向阀；

所述下腔体的侧壁上部设有切向变截面入流组件，并保持所述切向变截面入流组件的入流口沿下腔体的切向布置，使得经切向变截面入流组件流入的含沙水流沿空心柱体下腔体切向进入泥沙与水流分离室内以形成强迫涡与自由涡；

所述上腔体的侧壁底部设有用于排放清水的出流管组件；

所述泥沙收集装置设置于所述泥沙与水流分离室的底部，所述泥沙收集装置的顶部设有进沙口，并且所述进沙口位于所述排沙口的正下方，用于收集从排沙口排出的泥沙。

2.如权利要求1所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，其特征在于：所述切向变截面入流组件包括入流管、入流管法兰、方圆接头以及变截面矩形喷咀，所述入流管与所述泥沙与水流分离室之间设有方圆接头以及变截面矩形喷咀，所述变截面矩形喷咀的喷口沿所述泥沙与水流分离室的切向布置，并与所述下腔体的入流口相连通，所述变截面矩形喷咀的入流口通过方圆接头与所述入流管的入流端相连通；所述入流管的入流端配装入流管法兰；所述入流管上配装入流阀。

3.如权利要求2所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，其特征在于：所述出流管组件包括出流管、出流阀和出流法兰，所述出流管的出流端口与所述上腔体的出流口相连通，所述出流管的出流口处配装出流管法兰；所述出流阀安装于所述出流管上。

4.如权利要求1所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，其特征在于：所述泥沙收集装置为一上端敞口的箱体，所述泥沙收集装置的上端敞口作为进沙口位于所述排沙口的正下方。

5.如权利要求4所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，其特征在于：所述泥沙收集装置的底部设有与内腔连通的排空管，并在所述排空管上设置配装排空阀。

6.如权利要求5所述的基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器，其特征在于：所述基于强迫涡与自由涡组合作用的含沙水流沉沙器还包括移动装置，所述移动装置包括支架和移动车，所述支架安装于所述移动车上，并且所述泥沙与水流分离室通过所述支架安装于所述移动车上；所述泥沙收集装置置于所述移动车上，并且所述进沙口位于所述排沙口的正下方。

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