本發(fā)明是一種動(dòng)靜結(jié)合式的雙螺旋水力裝置。
技術(shù)背景
我國(guó)華北、西北黃土和新疆一帶的眾多河流都具有高渾濁水的特點(diǎn)，含沙量高，泥沙質(zhì)地均勻，顆粒極細(xì)，水沙分離的難度極大。河水的泥沙濃度達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千克每立方米，并且泥沙粒徑極細(xì)，一般小于0.03mm粒徑的泥沙占含沙總量的40%以上，處理起來(lái)十分困難，給灌溉給水造成了巨大的能耗和負(fù)擔(dān)。而當(dāng)下，我國(guó)較為普遍的分沙裝置都僅僅利用沙在水中依靠自身重力沉降的原理實(shí)現(xiàn)分沙，造成了分沙效率慢、分離程度低的現(xiàn)狀，而本裝置則利用水的動(dòng)力條件和靜力條件結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了高效率地分沙。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
通過(guò)分析水沙混合流體中的兩相流體（即連續(xù)相-水，分散相-沙）的特性，結(jié)合科氏力理論、沙在水中的受力特征、水流連續(xù)性方程等基本力學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出了一種動(dòng)靜式雙螺旋水沙分離裝置。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案是：雙螺旋水沙分離裝置，其特征是：水流分成流速和流量都相等的兩股，分別從前方切向進(jìn)水口和后方切向進(jìn)水口進(jìn)入裝置的動(dòng)水分沙部分a，在其中形成較強(qiáng)的漩渦流，水流的流速能夠達(dá)到漩渦流產(chǎn)生的科氏力大于離心力，分散相-沙向中心匯聚，進(jìn)而含沙的棄水從下方的第一級(jí)棄沙口排出，調(diào)節(jié)手動(dòng)閘閥使能夠及時(shí)排沙同時(shí)控制上方的第一級(jí)清水出口的流量（因?yàn)樗暮沉?，即含沙的濃度是基本一定的，手?dòng)閘閥控制在某一個(gè)固定的閥門(mén)孔徑大小，就能夠及時(shí)排除泥沙，確保泥沙不會(huì)堆積），第一級(jí)清水從上方進(jìn)入到裝置的靜水分沙部分b，在靜水分沙部分b前段設(shè)置有緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)下方設(shè)置定緩沖區(qū)定時(shí)閘閥，定時(shí)開(kāi)啟緩沖區(qū)定時(shí)閘閥清除積沙；在靜水分沙部分b，夾雜著沙的水流繞著螺旋樓梯板緩慢上升，在靜水分沙部分b下部設(shè)倒錐并安裝二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥，定時(shí)開(kāi)啟二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥清除積沙，清水沿著螺旋樓梯板下表面慢慢向上移動(dòng)，從第二級(jí)清水出口溢出，而沙則從第二級(jí)棄沙口排出。
緩沖區(qū)定時(shí)閘閥和二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥都改進(jìn)為自動(dòng)控制的閘閥。因?yàn)閬?lái)水的含沙量是一定的，根據(jù)初期的運(yùn)行，能夠得到泥沙堆積與時(shí)間的關(guān)系，得到一個(gè)合理的排沙間隔時(shí)間也是可行的。自動(dòng)控制的閘閥實(shí)現(xiàn)的原理：在水中設(shè)置一對(duì)二極管，一個(gè)為發(fā)光二極管，一個(gè)為光敏二極管，光敏二極管采集到的光照變?nèi)醯揭欢ǖ某潭龋丛O(shè)定的閘閥開(kāi)啟的閾值）控制閘閥開(kāi)啟。光控器件是自動(dòng)控制中常用的一種技術(shù)，是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
本專(zhuān)利能起到的功能是：本裝置能通過(guò)動(dòng)水分沙部分利用兩股切向水流形成強(qiáng)大的漩渦流，并巧妙結(jié)合科氏力理論，完成高效的水力分沙，且不依靠外界能量。靜水沉沙部分采用螺旋樓梯結(jié)構(gòu)使得沙能在很短的垂直距離內(nèi)吸附到樓梯板上，并且極大增加沙從頂部到頂部的運(yùn)動(dòng)距離，有足夠的時(shí)間完成沉降。二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥打開(kāi)時(shí)，上部的水能夠?qū)⒙菪龢翘莅迳铣练e的泥沙的大部分的沖擊到二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥，然后排出。兩部分結(jié)合運(yùn)用能將渾水中的水沙進(jìn)行較高程度、較快速度的分離，且不依靠外界能量，無(wú)需添加任何化學(xué)用劑。該裝置能夠適用于大粒徑、小粒徑的水沙分離，可以很好地滿(mǎn)足農(nóng)田灌溉取水的需要。
附圖說(shuō)明
圖1是雙螺旋水沙分離裝置示意圖；
1：前方切向進(jìn)水口；2：后方切向進(jìn)水口；3：第一級(jí)棄沙口；4：第一級(jí)清水出口；5：手動(dòng)閘閥；6：緩沖區(qū)；7：第二級(jí)棄沙口；8：螺旋樓梯板；9：第二級(jí)清水出口；10：螺旋流；11：二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥；12：緩沖區(qū)定時(shí)閘閥。
具體實(shí)施方式
速度較高的含沙水流分成流速和流量相等（高度差相等和管徑相等來(lái)實(shí)現(xiàn)）的兩股分別從前方切向進(jìn)水口1和后方切向進(jìn)水口2進(jìn)入裝置的動(dòng)水分沙部分a，在其中形成較強(qiáng)的漩渦流10。當(dāng)漩渦流產(chǎn)生的科氏力大于離心力時(shí)（通過(guò)提高水流速度實(shí)現(xiàn)，即提高入水口的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)），分散相-沙會(huì)向中心匯聚，進(jìn)而含沙的棄水會(huì)從第一級(jí)棄沙口3排出。而當(dāng)入口流量大于棄水流量（第一級(jí)棄沙口3排沙所帶走的流量）時(shí)，會(huì)有多余的較清澈的第一級(jí)清水從第一級(jí)清水出口4溢出，并進(jìn)入到裝置的靜水分沙部分b。并且可以通過(guò)手動(dòng)閘閥5調(diào)節(jié)出清水的流量（手動(dòng)閘閥）。在靜水分沙部分b部分前段設(shè)置有緩沖區(qū)6，使水的行進(jìn)流速變小，并在下方設(shè)置小型定時(shí)自動(dòng)水閥排除緩沖區(qū)沉淀的積沙。在靜水分沙部分b中，水流和沙繞著螺旋樓梯板8緩慢上升。螺旋樓梯板能減小沙沉降的距離并加長(zhǎng)沙行進(jìn)的距離，使得沙更容易沉降在斜板（螺旋的梯板）上。在緩沖區(qū)圍觀設(shè)有緩沖區(qū)定時(shí)閘閥12，定時(shí)排除緩沖區(qū)淤積的沙。螺旋板上覆蓋的適量的沙能改變螺旋板的水力條件，進(jìn)一步使得沙更容易沉降。在靜水分沙部分b裝置下部設(shè)倒錐并安裝二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥11，定時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)清除積沙，實(shí)現(xiàn)零人工實(shí)時(shí)運(yùn)行。清水沿著螺旋樓梯板下表面慢慢向上移動(dòng)，最后從第二級(jí)清水出口9溢出，而沙則在最后從第二級(jí)棄沙口7排出，通過(guò)二級(jí)棄沙口定時(shí)閘閥11控制排沙。整個(gè)過(guò)程能夠使得水沙極高程度的分離，通過(guò)模型試驗(yàn)，該裝置分沙率可達(dá)95%以上，自動(dòng)閘閥的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)二十四小時(shí)零人工地分沙，能夠滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)灌溉、生活用水的要求。