涡环流排沙装置 【技术领域】
本实用新型属于人工渠道上安装的排沙装置，特别是涡环流排沙装置。
背景技术
在我国水资源缺乏的北方地区，河流含沙量大，大量的泥沙随引水进入渠道，现有的泥沙处理装置，排沙效率比较高的装置，有一种“全沙排沙漏斗设施”，其结构为底面具有锥度的漏斗，在底面中心设置着漏斗底孔，在漏斗壁上设置着连接有进水道的进水口，进水道的走向与漏斗壁的内壁相切。当水流以切线方向进入排沙漏斗中时，就会发生垂直中心对称的圆周运动，靠进漏斗壁区域地水流为强迫涡，靠进中心区域的水流为自由涡。靠进漏斗底部的水流存在一定方向的指向漏斗中心底孔的径向流速，当比重比水重的泥沙从进水口进入漏斗时，就会沿螺旋轨迹向底孔运动，再经底孔排出。由于进入漏斗的流量远大于底孔的出流量，使漏斗内水深加大，并在漏斗中出现空气漏斗。空气漏斗的存在使冲沙水量减小，底孔排沙能力增强。因此，设置排沙漏斗有利于泥沙的沉降和排除。但是，由于排沙漏斗的基本原理是当水流以切线方向进入排沙漏斗中时，就会产生垂直中心对称的圆周运动。排沙漏斗的结构形态是对称的，但进流是单向的，所以漏斗内的流态是不对称的，随之带来的问题是空气漏斗将偏离排沙漏斗的中心轴。随着进流的大小变化，空气漏斗将发生变形或摆动，时常会出现空气涡的不稳定。不稳定的空气涡会影响自由涡的流态，增加排沙的耗水量。
【发明内容】
本实用新型的目的在于提供一种涡环流排沙装置，可以使排沙漏斗内水流自由涡中的空气涡稳定，不管进水流量大小如何变化，都不影响空气涡的稳定，使得空气涡垂线与排沙漏斗的中心线重合。使得三相流(气流、水流、沙流)在自由涡中很稳定，能比较顺利地将泥沙送入排沙孔，减少排沙的耗水量。
本实用新型的目的是这样实现的：一种涡环流排沙装置，包括底面具有锥度的排沙漏斗，在其底面的中心设置着排沙底孔，在漏斗壁上设置着连接有进水道的进水口，进水道的走向与漏斗壁的内壁相切，封闭的漏斗壁从进水道进水口切线切点起沿水流的方向呈渐开线曲线简壁，进水口切线切点至水流方向圆心角100°-120°的漏斗壁顶部下凹构成溢流堰，在漏斗底面中心位置的上方固定安装着稳流圆简，稳流圆简的简底距漏斗底面之间设置着50-100mm高的环状间隙。
本实用新型在漏斗底面中心位置的上方固定安装着稳流圆简，使排沙漏斗内的水流分为中心自由涡流部分和外环环流部分。排沙底孔位于自由涡流底部的中心位置。在稳流圆简的简底设有50-100mm高的环状间隙，外环环流产生的强制涡的挟沙水流可以对称的从稳定圆简底部的环状间隙进入自由涡，使得自由涡中的空气涡十分稳定，不管进水流量大小如何变化，都不影响空气涡的稳定，使得空气涡的中心线与排沙底孔的中心线完全重合。使得三相流(气流、水流、沙流)在自由涡中十分稳定，产生的三维流，能较顺利地将泥沙送入排沙底孔，由排沙暗渠排走，达到用最小的耗水量获得最大排沙量的目的，减少排沙的耗水量。由于漏斗壁曲线呈渐开线形，产生的外环环流其主要作用是迅速降低切向流速，使泥沙向下沉降，在底部径向流和重力径向分力的作用下，克服离心力的作用，使泥沙向稳定圆简底部移动。
另外，由于进入自由涡的挟沙水通过稳流圆简底部的环状间隙，增大了底部径向流速。因此，稳流圆简的另一作用是对沙子向排沙底孔运移非常有利。根据实验观察，水流挟带砂子进入排沙装置后，受几个力的作用，在环流的作用下，有一个切向力F1，在重力作用，有一个重力G，由于砂子和水在涡内作圆周运动，有一个离心力F2，由于排沙漏斗底面具有锥度，运动的砂子沉到底部后在重力G的作用下，有一个重力G的径向分力F3，这个力与离心力方向相反。由于排沙底孔出流有一个指向中心孔的径向流速，在这个流速的作用下，沙子还应有一个径向力F4。在这几个力的共同作用下，沙子在排沙漏斗具有锥度的底面沉淀并运移至排沙底孔排出，由排沙暗渠排走。
【附图说明】
下面将结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的主视结构示意图；
图2为图1的A-A剖面结构示意图；
图3为可调节方向调流板的主视结构示意图；
图4为图3的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
一种涡环流排沙装置，如图1、图2所示，包括底面具有锥度的排沙漏斗，排沙漏斗的底面3的锥度为1∶10，在其底面3的中心设置着排沙底孔6，排沙底孔6连接着排沙暗渠，在漏斗壁2上设置着连接有进水道1的进水口，进水道的走向与漏斗壁2的内壁相切，封闭的漏斗壁2为从进水道1进水口切线切点起沿水流的方向呈渐开线简壁，进水口切线切点至水流方向圆心角100°-120°的漏斗壁2顶部下凹构成溢流堰7，从溢流堰7溢出的无沙水进入排水道8，在漏斗底面3中心位置的上方固定安装着稳流圆简4，稳流圆简4的简底距漏斗底面3之间设置着50-100mm高的环状间隙。在进水口处上部的漏斗壁2上水平安装着俯视图为曲线形的平面导流板5，导流板5的长度为从进水口上部起沿漏斗壁2顺时针走向圆心角为120°-200°的弧长，导流板5的内曲线边为渐开线曲线。曲线形导流板5主要作用是分割挟沙水和无沙水，导流板5的上部为无沙水，其下部为挟沙水，同时还有稳流作用。在漏斗壁2的内侧，导流板5的下方安装着可调节方向的调流板。如图3、图4所示，可调节方向的调流板为通过固定在漏斗壁内侧的上轴座15和下轴座16安装着转动轴11，在转动轴11的下部安装着调流板10，调流板10为两个立面呈流线形相交的立板，在转动轴11的上部安装着定位齿轮14和手柄13，在手柄13上铰接着弹簧控制的杠杆定位爪12，杠杆定位爪12的爪尖与定位齿轮14的齿谷相配合。当需要调节调流板10的方位时，扳动杆杆定位爪12，使定位爪的爪尖与定位齿轮14的齿谷脱离，操纵手柄13使转动轴11带动调流板10转动到所需的方位，松开杠杆定位爪12，使其回位，使定位爪卡入定位齿轮14的齿谷，将调流板10定位。通过调节调流板10的方位，来控制外环环流产生的强制涡的流速和方向，以促使泥沙的沉降和排沙。如图2所示，在排沙底孔6上安装着活动盖板9，通过控制排沙底孔6上的活动盖板9能够做到控制排沙和间歇排沙。
本实用新型可建成可移动式的，排沙漏斗为混凝土预制件，稳流圆简为钢构件或者排沙漏斗和稳流圆简都为钢构件。本实用新型可以进行现场安装。