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1、10申请公布号CN103541335A43申请公布日20140129CN103541335A21申请号201310493850522申请日20131019E02B8/0220060171申请人扬州大学地址225009江苏省扬州市大学南路88号72发明人仇宝云贺淑全冯晓莉申剑杨兴丽74专利代理机构扬州苏中专利事务所普通合伙32222代理人许必元54发明名称一种用于泵站拦污的折形拦污栅57摘要一种用于泵站拦污的折形拦污栅，属于泵站拦污清污技术领域。包括平面栅体，其特征在于，所述折形拦污栅由上、下平面栅体通过铰接连接组合而成，下块栅体垂直或接近垂直安装放置；上块栅体以较大的顺水流方向的倾斜角安装放置。
2、，保证漂浮物能借助水流力沿栅面向上滑移。上平面栅体与水平面成B角，B1545，水流流速小，B取小值；流速大，B取大值，以保证来流漂浮物能够在水流的作用下沿上块栅面向上滑移，减小对栅面的堵塞。与传统平面拦污栅相比，泵站采用本发明拦污，栅前相同体积的污物堵塞的深度小，拦污水位差小，栅后流速分布得到改善，泵站运行费用节省6以上，而且清污方便，清污费用少。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图5页10申请公布号CN103541335ACN103541335A1/1页21一种用于泵站拦污的折形拦污栅，包括平面栅体，其特征。
3、在于，所述折形拦污栅由上、下平面栅体连接组合而成，下块栅体垂直或接近垂直安装放置；上块栅体以较大顺水流方向倾斜角安装放置，保证漂浮物能借助水流力沿栅面向上滑移。2根据权利要求1所述的一种用于泵站拦污的折形拦污栅，其特征在于，所述上、下平面栅体分别由栅条（1）、横梁（2）、边梁（3）组成，栅条沿平面栅体的倾斜方向设置。3根据权利要求1所述的一种用于泵站拦污的折形拦污栅，其特征在于，所述上、下平面栅体连接为铰接连接，上、下平面栅体夹角可以改变。4根据权利要求1所述的一种用于泵站拦污的折形拦污栅，其特征在于，所述下平面栅体与水平面的夹角为7590，下块平面栅体顶部高度低于水面漂浮物的底部高度，以使水。
4、面漂浮物能够漂过下块平面栅体顶部进入上块平面栅体的倾斜栅面。5根据权利要求1所述的一种用于泵站拦污的折形拦污栅，其特征在于，所述上平面栅体与水平面的夹角为1545，流速大时取大值，流速小时取小值，以使来流漂浮物能够在水流的作用下沿上块栅面向上滑移，减小漂浮物对栅面的堵塞。权利要求书CN103541335A1/4页3一种用于泵站拦污的折形拦污栅技术领域0001本发明涉及一种拦污栅，尤其是大、中型泵站及水电站在引水河道内或进水流道前设置拦污栅的结构。属于泵站拦污清污技术领域。背景技术0002目前，我国机电排灌动力保有量达8000多万KW，其中大中型泵站5500多座。为确保水泵机组安全运行，防止河道。
5、中的污物堵塞水泵或打断叶片，泵站一般在引水河道内或进水流道前设置拦污栅，拦截随水流而来的来流漂浮物。传统的拦污栅一般采用平面拦污栅，垂直安装，或栅面与垂直面成15。泵站污物以水草为主，比重小于水体。栅前水草首先堵塞上部栅面，由于拦污栅栅面处于垂直或基本垂直位置，后续水草很容易随水流下潜堵塞下部栅面，栅面堵塞严重时会形成较大的拦污水头损失，如某泵站拦污水位差超过15M，另一座泵站最大拦污水位差达到285M，泵站效率下降2035，而且栅后流速十分紊乱，底部流速大，上部流速小并且有回流出现，同时，一定程度上也降低泵装置效率，泵站运行费用增加。此外，平面形拦污栅栅前污物堵塞深度大，清污提升高度大，清污。
6、较为困难，清污费用高。发明内容0003本发明的目的就是为克服上述背景技术存在的问题，通过理论分析、流动数值模拟和试验研究，设计出一种用于泵站拦污的折形拦污栅，采用折形拦污栅替换目前使用的平面拦污栅，可以减小拦污栅的拦污水头损失，改善栅后的流态，提高泵站效率，并使清污更为简便，减少清污费用。0004本发明的目的是这样实现的，一种用于泵站拦污的折形拦污栅，包括平面栅体，其特征在于，所述折形拦污栅由上、下平面栅体连接组合而成，下平面栅体按常规垂直或稍向顺水流方向倾斜设置，上平面栅体向顺水流方向倾斜较大，漂浮物可以随水流沿上平面栅体倾斜栅面向上滑移。0005所述上、下平面栅体分别由栅条（1）、横梁（2。
7、）、边梁（3）组成，栅条沿平面栅体的倾斜方向设置。0006所述下平面栅体垂直或稍向顺水流方向倾斜设置，与水平面的夹角为7590。0007所述下平面栅体底部与过流断面底部接触，两侧插入槽内定位。0008所述上、下平面栅体连接为铰接连接，两平面栅体夹角可以改变。0009所述上、下平面栅体连接处高度低于水面漂浮物的底部高度，以保证漂浮物从上部漂过下平面栅体，能在水流作用下沿上平面栅体栅面向上滑移。0010所述上平面栅体与水平面的夹角为1545，以使来流漂浮物能够在水流的作用下沿上块栅面向上滑移，防止漂浮物下潜堵塞中下部栅面，减小漂浮物对过流断面的堵塞面积，从而减小拦污阻力，同时便于清污。0011本发。
8、明结构简单合理，生产制作安装容易，拦污效果好。与传统的平面形、垂直安装的拦污栅相比，相同体积的漂浮物（水草）对其堵塞的深度小，拦污水位差小，拦污阻力说明书CN103541335A2/4页4小，栅后流速分布得到改善，主机运行费用少；由于污物积聚在水面，清污方便，清污污物提升高度小，清污费用少。本发明可应用于泵站引水河道内或进水流道及进水池前，预计泵站运行费用可节省6以上。按我国泵站装机4000万KW类似泵站、年运行1000H、电价08元/KWH计算，每年可节省320亿元，具有重大的社会经济效益。0012本发明由上下两块栅面通过一横梁铰接组合而成，栅体由栅条、横梁、边梁组成。其中，下块栅面与水平面。
9、夹角7589，其高度要保证来流漂浮物处于上块栅面的高度范围。上块栅面倾斜角较大，上块栅面与水平面夹角取值，以能使来流中的污物能在水流推动下沿上块栅面向上滑移为宜，后续水草沿上部栅面向上游铺开，1545，流速大时取大值，流速小时取小值；上块栅面的长度要能存放一定体积的水草污物，保证在清污之前没有多余水草下潜堵塞下块栅面。0013根据拦污试验得到的栅前污物的聚集形态分析，相同体积水草在折形拦污栅和平面形拦污栅栅前的聚集情况，折形拦污栅栅前污物在水平方向的长度大于平面形拦污栅，但折形拦污栅的栅面堵塞深度小。0014与单扇平面形拦污栅相比，同样体积的水草，本发明折形拦污栅减小了栅面的堵塞深度，拦污水头。
10、损失减小，栅后流态改善，泵站主机运行费用降低6以上，更易清污，清污费用减少。0015根据实验和数值模拟研究，当栅前水草污物聚集到一定厚度时，污物内部仅有很少水流通过，其造成的拦污水头损失与栅前相同形状的不透水的实体堵塞造成的水头损失基本相等，前后流场相近。所以，可将栅前污物看作不透水实体对拦污模型进行简化，运用ANSYSCFX软件，采用VOF方法数值计算某原型泵站采用折形和平面形拦污栅拦污引起的水头损失及其拦污栅前后流速分布，并进行研究分析。0016拦污栅拦污流动数值计算方法包括以下几个步骤0017A根据拦污试验时折形和平面形拦污栅前污物聚集的形态以及泵站前污物聚集情况的实地观测，按栅前污物聚。
11、集形状建立数值计算的几何模型，通过改变栅前水深、栅前流速、栅前污物体积可以得到不同的计算模型。0018B对建立的几何模型进行非结构网格划分，在栅条和横梁附近局部加密。0019C数值计算的控制方程包括连续性方程、雷诺平均方程，采用K湍流模型。002000210022式中为流体的密度；P表示流体微团的压力；UI、FI、XI分别为I方向的速度、单位质量力和坐标；IJ为流体微团表面粘性切应力IJ分量。0023K方程0024方程式说明书CN103541335A3/4页5中T为涡团粘性系数，PK是湍动能生成项，经验系数C1144，C2192，C009，K10，130025D采用液体体积分数（VOF）模型跟。
12、踪拦污栅前后液面的分布。VOF模型定义了一个液体体积组分函数（单元内液体体积与该单元体积之比），在每个单元中，水和空气的体积分数之和为1。如果W表示水的体积分数，则空气的体积分数A可表示为A1W在一个单元中，水的体积分数会有3种情况，即W0,1或介于0和1之间，分别与充满气、充满水和包含水气分界面3种情况相对应。只要流场中各处的水和空气的体积分数都已知，所有其它水和空气共有的未知量和特性参数都可以用体积分数的加权平均值来表示。0026E方程离散采用交错网格的有限体积法。将变量P,K,置于控制体积中心，速度控制体和压强控制体交错布置，对流扩散项的离散采用幂函数。在水气交界面，由于物理性质的不连续。
13、，在计算中容易产生数值扩散，因此，在离散体积函数控制方程时，采用迎风差分格式，计算中有效地控制时间步长。0027F给定计算区域边界条件。该计算区域采用压力进口、质量出口，进口断面顶部（水面），给定一个大气压。近壁区域流动采用壁面函数，壁面采用无滑移、绝热边界条件。0028G数值计算V形和平面形拦污栅拦污流动，并对计算结果进行研究、分析。0029采用数值计算的方法能够较为准确的计算出泵站拦污水头损失及其流场分布。数值计算结果表明当栅前水深、栅前流速一定，相同体积的水草堵塞栅前时，与平面形拦污栅相比，折形拦污栅污物堵塞深度小，栅面过流面积大，拦污水位差小，栅后流态好，不但减少了泵站主机能耗，还使清。
14、污更方便，减少清污费用。附图说明0030图1为本发明折形拦污栅结构示意图。0031图2为本发明折形拦污栅栅前水草聚集形态（保留栅体水面以上一小部分，去除最上部分）。0032图3为传统的平面形拦污栅栅前水草聚集形态。0033图4为传统的平面形拦污栅拦污流动计算模型。0034图5为本发明折形拦污栅拦污流动计算模型。0035图6为本发明折形拦污栅拦污流动计算网格。0036图7为本发明折形拦污栅拦污时前、后水位。0037图8为传统的平面形拦污栅拦污时前、后水位。0038图9本发明折形拦污栅拦污时前、后流速分布。0039图10为传统的平面形拦污栅拦污时前、后流速分布。0040图中栅条1、横梁2、3边梁、。
15、4上平面栅体、5下平面栅体、6栅前污物。具体实施方式0041根据拦污试验得到的栅前污物的聚集形态分析和数值模拟研究，采用数值计算的方法，并对计算结果进行研究、分析，一种用于泵站拦污的折形拦污栅，如图1、图2所示，采说明书CN103541335A4/4页6用上平面栅体4、下平面栅体5连接组合而成，下块栅体垂直或接近垂直安装放置，上块栅体倾斜安装放置，漂浮物能借助水流力，随水流沿上块栅体倾斜栅面向上滑移。上、下平面栅体分别由栅条1、横梁2、边梁3安装连接组成，栅条竖向放置。0042上、下两块平面栅体连接为铰接连接。0043下块栅体垂直或接近垂直安装放置，下块栅体的栅面与水平面成7590的夹角，下块。
16、栅体顶部高度低于水面漂浮物的底部高度，以使漂浮物能够进入上块下块栅体栅面的高度范围。0044上块栅体倾斜安装放置，上块栅体的栅面与水平面成1545的夹角，以使来流漂浮物能够在水流的作用下沿上块栅面向上滑移，减小漂浮物对栅面的堵塞。0045采用CFD（计算流体动力学）方法计算拦污流动，结合附图410某泵站分别选用折形拦污栅和平面形拦污栅拦污，对拦污流动作进一步说明。0046图3、图4分别为栅前水深为33M、栅前流速为10M/S、栅前聚集污物团（水草）长35M、栅面堵塞深度为175M、拦污栅倾角为75时传统的平面形拦污栅拦污时栅前污物聚集形态和数值计算模型；图5为与图4相同水深、流速时，相同体积的。
17、污物聚集在折形拦污栅前计算模型，此时栅面的堵塞深度仅为125M，栅前污物团的长度为475M。通过改变栅前聚集污物团的大小、栅前水深以及栅前流速得到多种计算模型。0047图6为折形拦污栅计算模型网格划分，采用适应性较强的非结构网格进行剖分，在栅条和横梁附近局部加密，其网格总数1073782，其他计算模型网格划分方法相同。0048图7和图8分别为上述情况折形拦污栅和平面形拦污栅前、栅后水位。平面形拦污栅栅面堵塞深度为175M时，拦污水位差约052M；相同体积的污物聚集在折形拦污栅栅前时，栅面堵塞深度为125M，对应的拦污水位差仅为022M。水草在水流的作用下能够沿折形拦污栅上部倾角较大的栅面向上运。
18、动，减少栅面的堵塞深度，从而使得相同体积的水草堵塞上述两种拦污栅时，折形拦污栅拦污水位差要小得多。设泵站装置扬程为5M，采用折形拦污栅，泵站可节省主机运行费用6以上，并可节省清污费用。0049图9和图10分别为上述情况折形拦污栅和平面形拦污栅拦污计算模型中纵截面流速分布情况。水流绕过栅前堵塞物，从栅面未堵塞断面流过，栅前底部行近流速随着过流面积的减小逐渐增大，而栅后底部流速大，上部流速减小且有较大范围的回流，平面形拦污栅栅后流态更为紊乱。说明书CN103541335A1/5页7图1图2说明书附图CN103541335A2/5页8图3图4说明书附图CN103541335A3/5页9图5图6说明书附图CN103541335A4/5页10图7图8说明书附图CN103541335A105/5页11图9图10说明书附图CN103541335A11。