側斜形攔汙柵的製作方法

2023-05-31 04:55:56 1

側斜形攔汙柵的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種側斜形攔汙柵，包括由柵條、立柱和邊框組成的柵體，所述柵條水平設置，所述柵體的柵面高度大於過流斷面的水深度，柵面寬度大於過流斷面寬度，將柵體側斜置於過流斷面，使柵面在水平面內與來流成<^15°~45°夾角，柵體兩側安裝於呈前後設置的攔汙柵槽中。本實用新型結構簡單合理，生產製作安裝容易，攔汙效果好，與傳統的垂直形攔汙柵相比，柵前水草在水流的作用下沿柵面滑移至並聚集在側斜柵面的下遊的一側，攔汙水阻力小，柵後流態好，水草聚集靠近河岸，便於岸邊人工及時清汙。
【專利說明】側斜形攔汙柵

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種攔汙柵，尤其是側斜形攔汙柵。

【背景技術】
[0002]泵站前設置攔汙柵能夠阻止汙物（主要是水草）進入水泵，保證水泵機組運行安全。攔汙柵一般採用垂直形（在水平面內，柵面垂直於水流方向），在縱向垂直面內，柵面與水面夾角β成75°或90°置於引水河道中或泵站進水池（進水流道）前，柵面橫梁垂直於來流。大型泵站來汙量大，需設置清汙工作橋，配備清汙機。中小型泵站一般不設清汙設備，需人工清汙，清汙困難、危險，清汙工作量大。對於面廣量大的農村中小型泵站，柵前汙物以水草為主，水草比重小於水體，浮於水面的水草首先堵塞上部柵面，上部柵面水草如果不及時清除，在流速較大的情況下，後續水草容易隨水流潛入水下堵塞中部和下部柵面，攔汙水頭損失急劇增大至O. 3?I. Om左右，造成人工清汙困難，泵裝置進水水位下降嚴重，揚程增大，流量減小，對軸流泵和高比轉速混流泵，水泵軸功率增加，泵站效率降低。攔汙柵柵後泵站吸入口水位下降過多時，還會造成水泵汽蝕，嚴重時造成柵體垮塌。泵站攔汙，柵前汙物如果不及時清除，會造成運行費用大幅增加，影響水泵機組安全、穩定運行。因此，中小型泵站需要一種攔汙阻力小、便於人工清汙的攔汙柵。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是為克服目前垂直形攔汙柵攔汙阻力大、清汙困難的缺點，設計出一種攔汙阻力小、便於清汙的側斜形攔汙柵。
[0004]為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：
[0005]提供一種側斜形攔汙柵，包括由柵條、立柱和邊框組成的柵體。所述柵條水平設置，所述柵體的柵面高度大於過流斷面的水深度，柵面寬度大於過流斷面寬度，將柵體側斜置於過流斷面，使柵面在水平面內與來流成α =15°?45°夾角，柵體兩側安裝於呈前後設置的攔汙柵槽中。
[0006]所述柵體採用不鏽鋼、或普通鋼管材或型材焊接後塗防腐漆製成。邊框、立柱和柵條的橫截面尺寸、立柱間距、柵條間距根據需要按常規設計選用。
[0007]根據攔汙試驗得到的側斜形攔汙柵柵前汙物的聚集形態，採用流動數值模擬的方法計算攔汙柵前後流場並進行分析。本發明側斜形攔汙柵柵面在水平面內與來流的夾角α的大小，考慮貼於柵面的來流水草在水流作用下能克服柵條阻力沿柵面滑向下遊邊側為宜，以減小阻力、便於清汙。α愈小，愈容易靠水流作用力將堵塞柵面的水草推向下遊邊側，但柵面面積大，製造成本大，安裝佔地空間大，一般取α =15°?45°。柵前流速較小時，應採用柵面夾角較小的側斜形攔汙柵；柵前流速較大時，可以採用夾角較大的側斜形攔汙柵，以減小柵面寬度，節省材料。
[0008]在水流的作用下，柵前水草聚集在側斜形攔汙柵的邊側，如果不及時清除，後續的水草首先沿來流方向向上遊水面鋪開，接下來的水草在水流的作用下可能下潛堵塞柵面。根據攔汙試驗，柵前水草體積相同時，側斜形柵面堵塞的過流面積小於垂直形柵面堵塞的過流面積，側斜形攔汙柵未堵塞的過流面積較大，攔汙水頭損失較小。同時，柵前汙物聚集在側斜形攔汙柵一側，靠近河岸，便於岸邊人工及時清汙，既可以省去清汙工作橋，減少投資成本，又可降低因攔汙水位差增加的泵站運行費用7%?8%左右，還可減少清汙費用，同時，側斜形攔汙柵柵體承載能力更大。
[0009]以水花生作為柵前汙物進行攔汙試驗。運用ANSYS CFX軟體，採用VOF方法，計算原型泵站攔汙柵攔汙水位差及其流場，並得到試驗驗證。
[0010]攔汙柵攔汙流動數值計算步驟：
[0011]A.根據攔汙試驗時側斜形和垂直形攔汙柵前汙物聚集的形態以及泵站前汙物聚集情況的實地觀測，考慮柵前汙物聚集形狀，建立流動數值計算的幾何模型，通過改變柵前汙物的量、側斜形攔汙柵與來流方向夾角α大小、柵前水深、柵前流速可以得到不同的計算模型。
[0012]B.對建立的幾何模型進行非結構網格劃分，在柵條和橫梁附近局部加密。
[0013]C.數值計算的控制方程包括連續性方程、雷諾平均方程，採用k_ ε湍流模型。
[0014]^+W(Pu) = O(I) di
[0015]5ipU· ) + ApuW = Pfi卷⑵
ciBx-cx^ cxj
[0016]式中：P為流體的密度；ρ表示流體微團的壓力WiJpXi分別為i方向的速度、單位質量力和坐標；τ 為流體微團表面粘性切應力τ Jj分量。



if
[0017]k 方程：女[/?~ ) — ]=/?{(3)
O XjC/Ji j
[0018]ε 方程：
T- {ργ；ε--(/-1 +- Py(C!：i Pk — Ce2 ε)(4)
?X. 'σ·. Cxl k

2μ Cl*.- ν%\
[0019]式中：μ t為渦團粘性係數，Pk是湍動能生成項，+

戸 CL* I- V , ζ. I . (., V .
εJ Ij
驗係數 C1e = I. 44，C2e = I. 92，Cij = O. 09, σ k = I. O, σ ε = I. 3
[0020]D.採用液體體積分數（VOF)模型跟蹤攔汙柵前後液面的分布。VOF模型定義了一個液體體積組分函數α (單元內液體體積與該單元體積之比），在每個單元中，水和空氣的體積分數之和為I。如果aw表示水的體積分數，則空氣的體積分數03可表示為Cia =I - aw在一個單元中，水的體積分數會有3種情況，S卩ciw = 0，I或介於O和I之間，分別與充滿氣、充滿水和包含水氣分界面3種情況相對應。只要流場中各處的水和空氣的體積分數都已知，所有其它水和空氣共有的未知量和特性參數都可以用體積分數的加權平均值來表示。
[0021]E.方程離散採用交錯網格的有限體積法。將變量P，k, ε, α置於控制體積中心，速度控制體和壓強控制體交錯布置，對流-擴散項的離散採用冪函數。在水氣交界面，由於物理性質的不連續，在計算中容易產生數值擴散，因此，在離散體積函數α控制方程時，採用迎風差分格式，計算中有效地控制時間步長。
[0022]F.給定計算區域邊界條件。該計算區域採用壓力進口、質量出口，進口斷面頂部(水面），給定一個大氣壓。近壁區域流動採用壁面函數，壁面採用無滑移、絕熱邊界條件。
[0023]G.數值計算側斜形和垂直形攔汙柵攔汙流動，並對計算結果進行研究、分析。
[0024]採用數值計算的方法能夠較為準確的計算出泵站攔汙水頭損失及其流場分布，泵站採用側斜形攔汙柵，相同體積的水草堵塞柵面時，其攔汙水位差明顯小於垂直形攔汙柵，與垂直形攔汙柵相比，側斜形攔汙柵過流面積較大，柵後流態較好。側斜形攔汙柵攔截的水草大部分聚集在攔汙柵下遊側尾部柵面，靠近河岸處，便於人工及時清汙，大大降低攔汙清汙成本。採用側斜形攔汙柵可以省去清汙工作橋，降低清汙的投資成本。
[0025]本實用新型結構簡單合理，生產製作安裝容易，攔汙效果好，與傳統的垂直形攔汙柵相比，柵前水草在水流的作用下沿柵面滑移至並聚集在側斜柵面的下遊的一側，攔汙水阻力小，水草聚集靠近河岸，便於岸邊人工及時清汙。由於是在一側岸邊清汙，本實用新型適用於寬度小於4m的過流斷面，採用側斜形攔汙柵，可以省去清汙工作橋，減少工程費用，提高泵站進水質量，清汙方便、可靠，既可降低泵站主機運行費用，又可減少清汙工作量和清汙費用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖I為本實用新型結構示意圖。
[0027]圖2為本實用新型柵前汙物聚集形態示意圖（平面圖）。
[0028]圖中：1-柵條、2-立柱、3-邊框、4-汙物。

【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：
[0030]根據攔汙試驗得到的柵前汙物4的聚集形態分析和流動數值模擬研究，分析、設計一種側斜形攔汙柵，由一塊平面攔汙柵側斜置於過流斷面上，即，在水平面內，柵面與水流方向夾角不垂直，攔汙柵兩側安裝在呈前後布置的攔汙柵槽內。如圖1，所述攔汙柵由柵條I、立柱2、邊框3組成，柵條I水平設置。所述側斜形攔汙柵的高度大於設置攔汙柵處的過流斷面的水流深度，側斜形攔汙柵的攔截物在水流的作用下，沿水平柵條平面向下遊邊側滑移聚集。側斜形攔汙柵採用不鏽鋼管材或型材、或普通鋼管材或型材塗防腐漆製成。柵條I、立柱2、邊框3的橫截面尺寸、立柱間距、柵條間距根據需要按常規設計選用。側斜形攔汙柵柵面與來流方向夾角α的大小，考慮貼於柵面的來流水草在水流作用下能克服柵條阻力沿柵面滑向邊側為宜，以減小阻力、便於清汙。α角愈小，愈容易依靠水流作用力將堵塞柵面的水草推向邊側，但柵面水平方向的長度大，製造成本大，安裝佔地空間大，一般取α =15°?45°。柵前流速較小時，應採用夾角較小的側斜形攔汙柵；柵前流速較大時，可以採用夾角較大的側斜形攔汙柵，以減小柵面長度，節省材料。
【權利要求】
1.一種側斜形攔汙柵，包括由柵條、立柱和邊框組成的柵體，其特徵在於：所述柵條水平設置，所述柵體的柵面高度大於過流斷面的水深度，柵面寬度大於過流斷面寬度，將柵體側斜置於過流斷面，使柵面在水平面內與來流成a =15° ^45°夾角，柵體兩側安裝於呈前後設置的攔汙柵槽中。
2.根據權利要求I所述的側斜形攔汙柵，其特徵在於：所述柵體採用不鏽鋼、或普通鋼管材或型材焊接後塗防腐漆製成。
【文檔編號】E02B5/08GK204023506SQ201420375833
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】仇寶雲, 馮曉莉, 賀淑全, 楚士冀 申請人:揚州大學