[發明專利]管道流體多層梳理防摻氣裝備

有效

• 申請號: 201410294857.9
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN105113469B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 翁怡萌;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 翁怡萌
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06;F16L55/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種在輸水管道工程局部露出水面的管道處在真空狀態下、與本發明裝備連接的其余比水面低的管道處在水下常規壓力，利用大氣壓獨有的10.336米的真空壓水高度，針對其進水口的渦旋紊流摻氣流體進行多層次有序梳理并迅速將水壓送到處在真空狀態下管道的流體梳理整流防摻氣裝備。尤其是能應用在具備凈水頭的引水、排水和配水管道工程。通過改變原有摻氣的渦旋紊流流體流態為不摻氣的層流流態，完全杜絕隨渦旋進入管道的氣體，使管道內的流水平順無渦運行、水充滿度提高，降低進入管內的空氣在管道內產生的阻力，從而增大整個輸水工程流速和流量。

背景技術

目前，在水工隧洞進口和抽水蓄能電站進水口、水電站引水管道等入流進口,時常出現吸氣漏斗旋渦，漩渦的產生將源源不斷吸入氣體，氣體進入管內形成氣阻，會大幅度降低管道流速和過流量。若在旋渦流心通過的范圍內設置適當間隙的格柵，流心被格柵所切斷，旋渦便不能發展。這種利用渦流性質，在進水口上方設置幾根柵梁以防止旋渦的方法，對于水深防渦梁的位置一般設置在最低水位附近或進口頂端。常規重力自流或動力加壓輸送流體，由于流體在進入管道（含隧洞或隧道）的同時，不管其進水口淹沒深度多深，因地球自轉的原因，必然形成渦流。這漩渦直徑與管口相當，向著水面的方向逐漸變小，直通向水面即成為一點，四處漂移。這遁跡潛形、似尖錐形狀的渦流即成為源源不斷往管道摻氣的通道，管道出流流體即呈白色泡沫狀的摻氣不滿管紊流。摻氣不滿管紊流阻力大，既減小過流截面，又降低流速和流量。

發明內容

本發明的目的是提供一種管道流體多層梳理整流防摻氣裝備。能匹配任意大截面的管道或隧洞、任意長的輸水管道、輸送含酸堿或高溫的任意流體。在具備水頭的輸水工程，當局部高于水面的連接出水口管道處于真空狀態下，梳理整流防摻氣裝備吸水口淹沒于水下，屆時大氣壓均勻作用于水源液面，利用大氣壓天然具備的10.336米真空壓水高度，流體被迅速壓入裝置并經由排列有序的四層梳理與整流元件，流體經過梳理，以無渦無摻氣的層流流體形態迅速上升吸入管道的真空部位。在水頭勢能的拉動下，流體以接近層流的流態向下游滿管快速運行，管道所出流流體則呈現無色透明的不摻氣滿管層流。本發明的目的是這樣實現的：由防污防渦過流板、流體梳理防渦導流孔板、水頭限位導流元件裝配板、流體整流梳理元件裝配板一共四層隔板水平、相隔一定距離焊接在流體梳理整流防摻氣裝備的殼體內腔，各隔板上勻布口徑相同的孔洞，不同層次的孔洞中插入功能與結構不同的整流元件。當該裝備上部的出水口和管道連接后，將裝備沉入水源中，管道的局部必須露出水面至少一米的高度，然后再向比水面更低的輸水目的地延伸。通過向包括露出水面至少一米的下游管道充滿水、或在管道的最高處連接真空泵抽吸管內的氣體，致使整條管道充滿水后，開啟管道下游的出口閥門，在下游水頭勢能的牽引下，同時水源水面在大氣壓強及局部管道真空的相互作用下，屆時將水壓入整流防摻氣裝備的最底部的防污防渦過流板，再先后上升通過流體梳理防渦導流孔板、流體整流梳理元件裝配板、水頭限位導流元件裝配板這四層的整流梳理元件，以無摻氣、無渦、接近層流流態的流束高速進入管道頂部真空區，并在下游水頭勢能的牽引下，經過沿程管道后從管道末端出流，周而復始完成流體的輸送。由于采取上述方案，流體由紊流摻氣形態通過多層元件的梳理整流，再配合始終保持永恒壓力的大氣壓與露出水面一直處于真空狀態的管道之間存在的壓力差，并在下游凈水頭產生的勢能拉動下，以更高的流速輸送流體。經過梳理整流后呈無色透明滿管的層流形成與常規輸水截然不同的流態，徹底消除氣體在管內產生的阻力，大幅度降低管道的沿程水頭損失，其輸水流量將得到大幅度提高。

附圖說明

圖1是管道流體多層梳理整流防摻氣裝備的正剖視圖。圖2是水頭限位導流元件剖視圖。圖3是水頭限位導流元件俯視圖。圖4是流體整流梳理元件剖視圖。圖5是流體梳理防渦導流孔板剖視圖。圖6是流體多層梳理整流防摻氣裝備連接管道放置于水源中的示意圖。圖中：1.管道、2.法蘭、3.螺栓、4.裝備殼體、5.水頭限位導流元件、6.流體整流梳理元件、7.流體梳理防渦導流孔、8.防污防渦過流板、9.支撐腳架、10.導流元件裝配板、11.整流梳理元件裝配板、12.防渦導流孔板、13.水頭限位元件、14.出流孔、15.水頭限位導流元件殼體、16.球體、17.進流口、18.流體梳理導向桿、19.定位環、20.整流梳理元件殼體、21.吊環、22.流體進口、23、.導向桿上頂軸、24.灌水閥門、25.水源、26.閥門。

具體實施方式

在圖1中，鋼板卷成一個外形燈籠狀的裝備殼體4，裝備殼體4由上下兩半罐體組成。先將導流元件裝配板10圓周焊接于上半罐體內腔。圖2是水頭限位導流元件5的剖面圖，水頭限位導流元件5插入勻布相同孔徑的導流元件裝配板10，并予以粘合固定。模具壓鑄成型的水頭限位導流元件殼體15內腔放入球體16，球體16外圓和元件殼體進流口17內壁座面勻配合。當水流靜止時，球體16落入進流口17漏斗型曲座面面端，完全堵住水往下流，起到止回閥的作用。水頭限位元件13碗狀外圓和水頭限位導流元件殼體15內壁同軸線粘結。在圖3中，水頭限位元件13碗狀外圓有四個出流孔14。本裝備所有的出流孔14的過流截面總和大于管道1的過流截面積。當流體由下而上運行時，水即由進流口17進入水頭限位導流元件5腔內，首先將球體16頂起，隨著下游水頭勢能增大，水的高流速將把球頂到水頭限位導流元件5凹頂上。四個出流孔14的過流截面積總和等于或大于進流口17的過流截面積。工程輸水水頭大小決定水頭限位導流元件5的長短，也就是水頭限位元件13與進流口17之間的垂直距離，輸水工程水頭若大即它們的距離就相應成比例增大，水頭小則短。在圖1中，將外圓和裝置殼體4內壁必須粘合的防渦導流孔板12水平壓進下半罐體內腔底部，圓周予以粘固。在圖5中，防渦導流孔板12上勻布內徑相同的流體梳理防渦導流孔7，孔的直徑大小（截面積）根據匹配管道1的直徑（截面積）與流量大小分別計算并確定孔的數量。防渦導流孔板12厚度根據匹配管道1的總長度計算確定，也就是說，流體梳理防渦導流孔7的深淺由工程的輸水距離長短確定。在圖4中，先將定位環19套上整流梳理元件殼體20外圓，予以粘固。再將整流梳理元件殼體20由下而上穿過梳理元件裝配板11后，將上定位環19套上整流梳理元件殼體20外圓，予以粘固。梳理元件裝配板11勻布相切的流體整流梳理元件6，然后把流體梳理導向桿18插入整流梳理元件殼體20內孔。在圖1中，將防污防渦過流板8和裝置殼體4的下半罐體圓周銜接焊接，防污防渦過流板8上勻布孔徑相同的透孔，所有透孔的過流截面總和大于該梳理整流防摻氣裝備匹配的管道1的過流截面。防污防渦過流板8既防污物進入裝置內腔，又是第一道對流體渦旋切割的防線。在防污防渦過流板8底部外圓每隔120角度焊接三支支撐腳架9.平穩支撐整個裝置的重量。在圖1中，將已經裝配好水頭限位導流元件5的上半罐體和下半罐體銜接之前，經過計算與設計的流體整流梳理元件6中的流體梳理導向桿18上的導向桿上頂軸23的軸心，正對上半罐體每三個相切的水頭限位導流元件5中心點凹處。當水流從流體進口22進入并上升時，推動流體梳理導向桿18向上移動一定距離，導向桿上頂軸23頂點正對水頭限位導流元件5中心點凹處，也就是圖2中的每三個進流口17之間的間隙。水流沿流體梳理導向桿18中心軸周邊平順被梳理，再進入圖2中的進流口17。焊接上半罐體和下半罐體銜接處，在上半罐體外殼適當對稱位置焊接兩個吊環25，以便整個裝備在運輸、安裝時吊裝使用。在圖1中，裝備殼體4頂部開口和下法蘭2焊接，上法蘭2與下法蘭2端面相貼后螺栓3擰緊。裝備匹配的管道1豎立于上法蘭2過流孔并予以焊接。在圖1中，防污防渦過流板8、防渦導流孔板12、裝配流體整流梳理元件6的整流梳理元件裝配板11和裝配水頭限位導流元件5的導流元件裝配板10四塊板水平放置、相互平行、板周邊均與裝備殼體4內腔無縫焊接。四塊板的過流截面積自下而上地大于上層板的過流截面積，最上層的裝配水頭限位導流元件5的導流元件裝配板10的過流截面積大于匹配管道1的過流截面積。在圖6中，將已經安裝好各種整流梳理元件的整個裝備及已連接管道1吊裝入水庫或水池的水源25中，局部管道高于水面后跨越壩堤向下游延伸，并在低于水面的管道1上安裝好閥門26。關閉閥門26，從灌水閥門24往管道1內灌水，水頭限位導流元件5中的球體16在水的重力作用下落入進流口17漏斗型曲面端，堵住水往下流，起到止回閥的作用；緊接著，在圖4中的流體梳理導向桿18下落進整流梳理元件殼體20內，堵住水往下流，也起到止回閥的作用。繼續往管道1內灌水至滿，關閉灌水閥門24，此時，高于水面的管道水壓呈現真空負壓狀態，開啟閥門26。水源25即受到高于水面的管道的真空負壓影響，在大氣壓的作用下，必然進入防污防渦過流板8，穿過流體梳理防渦導流孔7，再進入流體整流梳理元件6，將流體梳理導向桿18頂起出流，又進入水頭限位導流元件5，將球體16托起，流體沿球體16周邊分別從出流孔14上升到真空負壓段，又受下游水頭勢能的拉動，流體經過四道梳理后呈不摻氣無色透明滿管的亞層流到達輸水工程的末端出流口。