输水渠道浮游藻类用机械除藻装置的制作方法

本发明属于水利施工或维护技术领域，特别涉及一种输水渠道浮游藻类用机械除藻装置。

背景技术：

南水北调中线主干渠通水后，由于水体富含营养化的缘故，春夏之交渠道中会滋生大量浮游藻类，从而对水体的质量造成严重的影响，且会增加自来水厂的后期处理成本。为了避免此类问题的产生，在输水的过程中，需要对水中浮游藻类进行清除。目前，国内外除藻方法有物理和化学两种，但由于南水北调输送的水源为饮用水，化学方法除藻的化学残留会使水源的后期处理成本增加，并且残留可能会对人体造成严重危害。

本申请人承接了机械式除藻装置的研制工作，并于2016年底研制成功。在试运行的过程中，发现拦藻网栅机构的刚度不足等问题，易造成链条脱落，网栅扭曲等现象。同时发现在高压喷淋设施中，喷嘴产生的液柱流冲击力底，藻污清除不彻底，有些区域液柱流辐射不到或冲击力过底而产生留白，严重影响机械除藻装置的正常使用和除藻除污效果。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术的不足之处，提供一种刚度强、可靠性强、藻污清除彻底、清藻污无死角的输水渠道浮游藻类用机械除藻装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：输水渠道浮游藻类用机械除藻装置，包括整体呈矩形的框架，假定水流方向为由左向右的方向，框架所在的平面迎向水流方向且框架呈左低右高倾斜设置，框架前侧和后侧分别垂直设置的一根立柱和水平设置有一根支撑梁，支撑梁位于立柱上方，框架上部左右两侧分别连接有设置在支撑梁上的支座，框架中下部通过连接件连接在立柱上，框架顶部向右折弯后固定连接有安装架，安装架右侧设置有张紧调节座，张紧调节座上左侧固定设置有电机减速机，张紧调节座上右侧转动连接有驱动轴，驱动轴上同轴安装的一个传动链轮和至少两个主动链轮，安装架上设置有位于电机减速机左侧上方的第一从动链轮和位于电机减速机下方的第二从动链轮，框架下端设置有第三从动链轮，主动链轮、第一从动链轮、第二从动链轮和第三从动链轮的数量均相等且在一一对应设置，电机减速机的动力输出端与传动链轮通过主动链条传动连接，主动链轮、第一从动链轮、第二从动链轮和第三从动链轮上通过至少两根牵引链条传动连接，相邻两根牵拉链条之间均设置有一幅拦藻网栅；

支撑梁上设置有位于框架右侧的支架，支架上设置有开口朝向左上的水槽，安装架上在牵引链条内部设置有朝向水槽的喷淋系统，拦藻网栅在电机减速机下方的部分位于喷淋系统与水槽之间。

立柱上沿垂直方向开设有导槽，前侧的立柱上的导槽的后侧敞口，后侧的立柱上的导槽的前侧敞口，连接件包括设置在框架1右侧的上连接耳和下连接耳，上连接耳铰接有上滑块，下连接耳铰接有下滑块，上滑块和下滑块均滑动支撑在立柱的导槽内。

张紧调节座包括立板、滑座，上滑轨、下滑轨和定位螺杆，立板垂直设置且立板左侧面与安装架右侧固定连接，定位螺杆、上滑轨和下滑轨均沿左右方向水平设置，上滑轨和下滑轨的左端均固定连接在立板右侧面上，上滑轨和下滑轨的右端之间设置有连接板，滑座滑动设置在上滑轨和下滑轨之间，主动链轮和传动链轮的驱动轴通过轴承转动连接在滑座上，定位螺杆位于上滑轨和下滑轨之间，定位螺杆右端与滑座通过球铰链连接，定位螺杆左端穿过立板伸入到安装架内，定位螺栓上螺纹连接有左紧固螺母和右紧固螺母，左紧固螺母右侧顶压安装架，右紧固螺母左侧顶压立板右侧面。

喷淋系统包括均沿前后水平方向设置的左喷管和右喷管，左喷管和右喷管所在的平面平行于第二从动链轮到主动链轮之间的一段拦藻网栅，左喷管和右喷管分别通过管箍及连接螺栓设置在安装架上，左喷管和右喷管上均匀设置有若干个扇形喷嘴，所有的扇形喷嘴的喷射方向均向下朝向拦藻网栅，左喷管上的扇形喷嘴和右喷管上的扇形喷嘴均间隔交错设置，左喷管和右喷管的后端均设置有堵头，左喷管和右喷管的前端均连接有一个弯管，两个弯管之间连接有一个三通管，三通管的两个接口分别与两个弯管连接，三通管的第三个接口为高压水进口。

拦藻网栅上设置有若干排钩齿，每排钩齿均沿前后方向水平设置。

框架与渠道内水面的夹角为75-80°，框架顶部设置有吊耳。

框架内沿高度方向均匀设置有三根纵梁，三根纵梁将框架内部分隔为四个矩形空间，相邻的两根纵梁之间以及纵梁与框架之间均沿水平方向设置有横梁，在每个矩形空间内的横梁均匀并间隔设置至少三根，每个矩形空间内相邻两根横梁之间均沿高度方向设置有两根支撑角钢，每根支撑角钢的左侧表面沿长度方向设置有横截面呈凹槽形状的安装槽板，安装槽板内设置有导向尼龙条，导向尼龙条、安装槽板和支撑角钢之间通过若干个均匀并间隔设置的紧固螺钉连接，导向尼龙条的横截面呈左侧轮廓为圆弧形结构，导向尼龙条左侧表面向左凸出于框架、横梁和纵梁的左侧面，导向尼龙条左侧表面与拦藻网栅前半幅的右侧面接触。

第三从动链轮设置有八个，每个矩形空间下方的框架底部的前侧和后侧分别设置有一个第三从动链轮，每个矩形空间前侧和后侧之间均设置有一根环形的牵引链条，牵引链条分别与主动链轮、第一从动链轮、第二从动链轮和第三从动链轮啮合；

拦藻网栅包括四幅不锈钢网，每幅不锈钢网均覆盖一个矩形空间，每个矩形空间上的两根牵引链条之间均匀设置有若干根水平的串轴，串轴的两端作为部分链节传动连接的销轴，不锈钢网固定在串轴上，串轴与导向尼龙条滚动连接。

主动链轮和传动链轮的驱动轴在每个矩形空间的上方设置有上导向胶轮，框架的底部在每个矩形空间的下方设置有下导向胶轮，上导向胶轮和下导向胶轮分与串轴接触并支撑连接。

采用上述技术方案，立柱下端浇筑在渠道底部，在安装本发明时，起重机的吊钩挂上框架顶部的吊耳，下滑块先伸入到立柱上的导槽内，框架沿导槽向下移动，然后上滑块也进入导槽内向下滑动，直到上滑块和下滑块不能滑动固定到立柱停止，这样就将框架固定在两根立柱之间，框架上部左右两侧通过支座安装到支撑梁上。通过支撑梁和立柱的设置，达到很好的支撑定位效果。

在进行除藻作业时，电机减速机驱动传动链轮，与传动链轮同轴的主动链轮带动牵引链条转动，设置在牵引链条上的横杆上铺设的拦藻格栅的左侧幅面由下向上运动，拦藻格栅的右侧幅面由上向下运动，拦藻网栅采用不锈钢菱形网格制成。拦藻网栅网格的各项参数的选择至关重要，它不但影响机械除藻装置拦藻的效果，还能影响南水北调中线输水河道的水流速度和水头损失。

经过对三种密实度不同网格在不同冲角下，做了大量模拟实验，得出蓝藻网栅密实度、冲角与水流速度之间的关系。其结论如下：在网栅密实度不变的情况下，随着网栅冲角的增大，流速衰减幅度减小。在相同冲角下，密实度越大，流速的衰减幅度越大。密实度越小，流速的衰减幅度越小。

根据上述模拟实验得出的结论，并结合查阅的相关资料和南水北调中线输水渠道水流特点，最终将机械除藻装置拦藻网栅的网格网眼各项参数确定为：采用菱形网眼，丝径为1mm，螺距6mm，节距6mm。其拦藻网栅的网眼密实度为0.21，安装倾角为80°。

经过试运行证明：拦藻网栅网眼的各项参数的选择非常精准、合理，韧性好、耐腐蚀、清洗方便、拦藻效果好等优点。而且拦藻网栅的安装后对南水北调中线输水的水头损失仅为0.075，即7.5%。

藻类附着在拦藻格栅的左侧幅面上被向上提起，经过主动链轮后向下到水槽上方，扇形喷头喷出的高压水将拦藻格栅上附着的藻类冲刷到水槽内，再使用水泵将水槽内的水抽到地面进行处理。

高压喷淋系统中喷头选型和布局也是机械除藻装置的一大难点和亮点。由于拦截的主要是浮游藻类，这些藻类黏接在网栅上，具有一定的附着力。这就要求高压喷淋系统中喷嘴喷射的雾状颗粒有中高的冲击力，而且整个喷雾区域冲击力大小均匀一致，使藻污彻底清除干净，而且不留死角。

针对上述要求，查阅大量相关资料，仔细甄选。由于扇形喷嘴具有圆形喷孔，有大而畅通的流量，可将阻塞现象减小到最小点，能产生中高冲击力的液柱流，喷出的雾滴大小均匀一致。最终选定使用hu型系列的扇形喷嘴。但由于扇形喷嘴的一字型雾状，中间段的冲击力最大，两端冲击力稍弱。根据扇形喷嘴的这个特点，经过反复计算，反复模拟实验。最终确定扇形喷嘴的布局方案是，将扇形喷嘴分两排布置，相邻两排扇形喷嘴错位排列，任意相邻两扇形喷嘴喷射到拦藻网栅的喷雾半径互相重叠25%-30%的面积。这样的排列很好的实现了整个喷雾区域冲击力大小均匀一致的效果，而且藻污清除彻底、不存在清除死角。

在运行一段时间后，牵引链条需要进行张紧度调节。可以拧松定位螺杆上的左紧固螺母和右紧固螺母，用千斤顶驱动滑座在上滑轨和下滑轨之间左右移动，牵引链条张紧度达到合适后，拧紧左紧固螺母和右紧固螺母即可。

拦藻网栅上设置有若干排钩齿，可以提高拦藻网栅上附着藻类的量，提高除藻效率。

本发明主要安装于南水北调主干渠的检修闸门门洞前，而一般南水北调主干渠的检修闸门门洞宽度均在10米左右。为了将本发明的拦藻效果发挥到极致，性价比达到最佳。本发明在拦藻网栅的结构设计、网幅设置和高压喷淋机构的喷嘴选型，布局等问题上绞尽脑汁，费尽心力，克服不足，大胆创新。

采用四幅不锈钢网覆盖，网幅宽度的设置直接影响机械除藻装置的结构复杂度、制造成本和性价比。若单幅不锈钢网的宽度较小，传动机构数量就会相应的增加，本发明的整体结构就要复杂的多，从而导致制造成本明显提高，性价比明显减低。若单幅不锈钢网跨度（宽度）较大，拦藻网栅的刚度就会明显降低，使用过程在水流的冲击下，不锈钢网变形过大。从而引起牵引链条的卡阻，不锈钢网的扭曲等现象，故而影响机械除藻装置正常使用。

“量身定制”链条：将标准型号为c2062的链条，在其他参数不变的前提下，将链条滚子直径由22.23mm增加28mm。这样既不改变c2062链条传动性，同时又满足了串轴直径设计要求，构思十分巧妙，将串轴两端作为牵引链条部分链节的销轴，串轴起到支撑不锈钢网强度的作用，并且可沿着导向尼龙条滚动，安装槽板起到定位导向尼龙条的作用，导向尼龙条的左侧面的截面呈圆弧形，与串轴的接触面更小，从而大大减少了拦藻网栅在运行过程中的摩擦阻力。

提高拦藻网栅的整体刚度：根据南水北调主干渠水流冲击的特点，在拦藻网栅的右侧面（背水面）一侧，等距离地镶嵌具有一定刚度的串轴作支撑，并将该支撑与不锈钢网与“量身定制”特制链条巧妙地集结于一体。这样的设计，可使每幅拦藻网栅前后两侧的牵引链条能同步转动，而且拦藻网格的整体刚度也有了很大的提高，很好地解决了因两侧牵引链条转动不同步而引起的卡阻，不锈钢网的刚度不足而引起扭曲等问题。同时本发明的结构又非常紧凑、轻巧，易于安装。

综上所述，经过改进的新型机械除藻装置，具有结构轻巧、刚度强、稳定性好、安装拆卸方便、性价比高、除藻效果良好，不会给水源带来二次污染的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中a处的放大图；

图3是图2中喷淋系统的平面布置图；

图4是图1中b向视图；

图5是本发明中一幅拦藻网栅的平面示意图；

图6是图4中导向尼龙条的横断面安装示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明的输水渠道浮游藻类用机械除藻装置，包括整体呈矩形的框架1，假定水流方向为由左向右的方向，框架1所在的平面迎向水流方向且框架1呈左低右高倾斜设置，框架1前侧和后侧分别垂直设置的一根立柱2和水平设置有一根支撑梁3，支撑梁3位于立柱2上方，框架1上部左右两侧分别连接有设置在支撑梁3上的支座4，框架1中下部通过连接件连接在立柱2上，框架1顶部向右折弯后固定连接有安装架5，安装架5右侧设置有张紧调节座，张紧调节座上左侧固定设置有电机减速机6，张紧调节座上右侧转动连接有驱动轴，驱动轴上同轴安装的一个传动链轮和至少两个主动链轮7，安装架5上设置有位于电机减速机6左侧上方的第一从动链轮8和位于电机减速机6下方的第二从动链轮9，框架1下端设置有第三从动链轮10，主动链轮7、第一从动链轮8、第二从动链轮9和第三从动链轮10的数量均相等且在一一对应设置，电机减速机6的动力输出端与传动链轮通过主动链条11传动连接，主动链轮7、第一从动链轮8、第二从动链轮9和第三从动链轮10上通过至少两根牵引链条12传动连接，相邻两根牵拉链条12之间均设置有一幅拦藻网栅13；

支撑梁3上设置有位于框架1右侧的支架14，支架14上设置有开口朝向左上的水槽15，安装架5上在牵引链条12内部设置有朝向水槽15的喷淋系统，拦藻网栅13在电机减速机6下方的部分位于喷淋系统与水槽15之间。

立柱2上沿垂直方向开设有导槽，前侧的立柱2上的导槽的后侧敞口，后侧的立柱2上的导槽的前侧敞口；连接件包括设置在框架1右侧的上连接耳16和下连接耳17，上连接耳16铰接有上滑块18，下连接耳17铰接有下滑块19，上滑块18和下滑块19均滑动支撑在立柱2的导槽内。

张紧调节座包括立板20、滑座21，上滑轨22、下滑轨23和定位螺杆24，立板20垂直设置且立板20左侧面与安装架5右侧固定连接，定位螺杆24、上滑轨22和下滑轨23均沿左右方向水平设置，上滑轨22和下滑轨23的左端均固定连接在立板20右侧面上，上滑轨22和下滑轨23的右端之间设置有连接板25，滑座21滑动设置在上滑轨22和下滑轨23之间，主动链轮7和传动链轮的驱动轴通过轴承转动连接在滑座21上，定位螺杆24位于上滑轨22和下滑轨23之间，定位螺杆24右端与滑座21通过球铰链连接，定位螺杆24左端穿过立板20伸入到安装架5内，定位螺栓上螺纹连接有左紧固螺母26和右紧固螺母27，左紧固螺母26右侧顶压安装架5，右紧固螺母27左侧顶压立板20右侧面。

喷淋系统包括均沿前后水平方向设置的左喷管28和右喷管29，左喷管28和右喷管29所在的平面平行于第二从动链轮9到主动链轮7之间的一段拦藻网栅13，左喷管28和右喷管29分别通过管箍30及连接螺栓设置在安装架5上，左喷管28和右喷管29上均匀设置有若干个扇形喷嘴31，所有的扇形喷嘴31的喷射方向均向下朝向拦藻网栅13，左喷管28上的扇形喷嘴31和右喷管29上的扇形喷嘴31均间隔交错设置，左喷管28和右喷管29的后端均设置有堵头32，左喷管28和右喷管29的前端均连接有一个弯管33，两个弯管33之间连接有一个三通管34，三通管34的两个接口分别与两个弯管33连接，三通管34的第三个接口为高压水进口。

拦藻网栅13上设置有若干排钩齿35，每排钩齿35均沿前后方向水平设置。

框架1与渠道内水面的夹角为75-80°，框架1顶部设置有吊耳36。

框架1内沿高度方向均匀设置有三根纵梁37，三根纵梁37将框架1内部分隔为四个矩形空间，相邻的两根纵梁37之间以及纵梁37与框架1之间均沿水平方向设置有横梁38，在每个矩形空间内的横梁38均匀并间隔设置至少三根，每个矩形空间内相邻两根横梁38之间均沿高度方向设置有两根支撑角钢39，每根支撑角钢39的左侧表面沿长度方向设置有横截面呈凹槽形状的安装槽板40，安装槽板40内设置有导向尼龙条41，导向尼龙条41、安装槽板40和支撑角钢39之间通过若干个均匀并间隔设置的紧固螺钉42连接，导向尼龙条41的横截面呈左侧轮廓为圆弧形结构，导向尼龙条41左侧表面向左凸出于框架1、横梁38和纵梁37的左侧面，导向尼龙条41左侧表面与拦藻网栅13前半幅的右侧面接触。

第三从动链轮10设置有八个，每个矩形空间下方的框架1底部的前侧和后侧分别设置有一个第三从动链轮10，每个矩形空间前侧和后侧之间均设置有一根环形的牵引链条12，牵引链条12分别与主动链轮7、第一从动链轮8、第二从动链轮9和第三从动链轮10啮合；

拦藻网栅13包括四幅不锈钢网43，每幅不锈钢网43均覆盖一个矩形空间，每个矩形空间上的两根牵引链条12之间均匀设置有若干根水平的串轴44，串轴44的两端作为部分链节传动连接的销轴，不锈钢网43固定在串轴44上，串轴44与导向尼龙条41滚动连接。

主动链轮7和传动链轮的驱动轴在每个矩形空间的上方设置有上导向胶轮，框架1的底部在每个矩形空间的下方设置有下导向胶轮45，上导向胶轮和下导向胶轮45分与串轴44接触并支撑连接。

立柱2下端浇筑在渠道底部，在安装本发明时，起重机的吊钩挂上框架1顶部的吊耳36，下滑块19先伸入到立柱2上的导槽内，框架1沿导槽向下移动，然后上滑块18也进入导槽内向下滑动，直到上滑块18和下滑块19不能滑动固定到立柱2停止，这样就将框架1固定在两根立柱2之间，框架1上部左右两侧通过支座4安装到支撑梁3上。

在进行除藻作业时，电机减速机6驱动传动链轮，与传动链轮同轴的主动链轮7带动牵引链条12转动，设置在牵引链条12上的横杆上铺设的拦藻格栅的左侧幅面由下向上运动，拦藻格栅的右侧幅面由上向下运动，拦藻网栅13采用不锈钢菱形网格制成。拦藻网栅13网格的各项参数的选择至关重要，它不但影响机械除藻装置拦藻的效果，还能影响南水北调中线输水河道的水流速度和水头损失。

经过对三种密实度不同网格在不同冲角下，做了大量模拟实验，得出蓝藻网栅密实度、冲角与水流速度之间的关系。其结论如下：在网栅密实度不变的情况下，随着网栅冲角的增大，流速衰减幅度减小。在相同冲角下，密实度越大，流速的衰减幅度越大。密实度越小，流速的衰减幅度越小。

根据上述模拟实验得出的结论，并结合查阅的相关资料和南水北调中线输水渠道水流特点，最终将机械除藻装置拦藻网栅13的网格网眼各项参数确定为：采用菱形网眼，丝径为1mm，螺距6mm，节距6mm。其拦藻网栅13的网眼密实度为0.21，安装倾角为80°。

经过试运行证明：拦藻网栅13网眼的各项参数的选择非常精准、合理，韧性好、耐腐蚀、清洗方便、拦藻效果好等优点。而且拦藻网栅13的安装后对南水北调中线输水的水头损失仅为0.075，即7.5%。

藻类附着在拦藻格栅的左侧幅面上被向上提起，经过主动链轮7后向下到水槽15上方，扇形喷头喷出的高压水将拦藻格栅上附着的藻类冲刷到水槽15内，再使用水泵将水槽15内的水抽到地面进行处理。

高压喷淋系统中喷头选型和布局也是机械除藻装置的一大难点和亮点。由于拦截的主要是浮游藻类，这些藻类黏接在网栅上，具有一定的附着力。这就要求高压喷淋系统中喷嘴喷射的雾状颗粒有中高的冲击力，而且整个喷雾区域冲击力大小均匀一致，使藻污彻底清除干净，而且不留死角。

针对上述要求，查阅大量相关资料，仔细甄选。由于扇形喷嘴31具有圆形喷孔，有大而畅通的流量，可将阻塞现象减小到最小点，能产生中高冲击力的液柱流，喷出的雾滴大小均匀一致。最终选定使用hu型系列的扇形喷嘴31。但由于扇形喷嘴31的一字型雾状，中间段的冲击力最大，两端冲击力稍弱。根据扇形喷嘴31的这个特点，经过反复计算，反复模拟实验。最终确定扇形喷嘴31的布局方案是，将扇形喷嘴31分两排布置，相邻两排扇形喷嘴31错位排列，任意相邻两扇形喷嘴31喷射到拦藻网栅13的喷雾半径互相重叠25%-30%的面积。这样的排列很好的实现了整个喷雾区域冲击力大小均匀一致的效果，而且藻污清除彻底、不存在清除死角。

在运行一段时间后，牵引链条12需要进行张紧度调节。可以拧松定位螺杆24上的左紧固螺母26和右紧固螺母27，用千斤顶驱动滑座21在上滑轨22和下滑轨23之间左右移动，牵引链条12张紧度达到合适后，拧紧左紧固螺母26和右紧固螺母27即可。

拦藻网栅13上设置有若干排钩齿35，可以提高拦藻网栅13上附着藻类的量，提高除藻效率。

本发明主要安装于南水北调主干渠的检修闸门门洞前，而一般南水北调主干渠的检修闸门门洞宽度均在10米左右。为了将本发明的拦藻效果发挥到极致，性价比达到最佳。本发明在拦藻网栅13的结构设计、网幅设置和高压喷淋机构的喷嘴选型，布局等问题上绞尽脑汁，费尽心力，克服不足，大胆创新。

采用四幅不锈钢网43覆盖，网幅宽度的设置直接影响机械除藻装置的结构复杂度、制造成本和性价比。若单幅不锈钢网43的宽度较小，传动机构数量就会相应的增加，本发明的整体结构就要复杂的多，从而导致制造成本明显提高，性价比明显减低。若单幅不锈钢网43跨度（宽度）较大，拦藻网栅13的刚度就会明显降低，使用过程在水流的冲击下，不锈钢网43变形过大。从而引起牵引链条12的卡阻，不锈钢网43的扭曲等现象，故而影响机械除藻装置正常使用。

“量身定制”链条：将标准型号为c2062的链条，在其他参数不变的前提下，将链条滚子直径由22.23mm增加28mm。这样既不改变c2062链条传动性，同时又满足了串轴44直径设计要求，构思十分巧妙，将串轴44两端作为牵引链条12部分链节的销轴，串轴44起到支撑不锈钢网43强度的作用，并且可沿着导向尼龙条41滚动，安装槽板40起到定位导向尼龙条41的作用，导向尼龙条41的左侧面的截面呈圆弧形，与串轴44的接触面更小，从而大大减少了拦藻网栅13在运行过程中的摩擦阻力。

提高拦藻网栅13的整体刚度：根据南水北调主干渠水流冲击的特点，在拦藻网栅13的右侧面（背水面）一侧，等距离地镶嵌具有一定刚度的串轴44作支撑，并将该支撑与不锈钢网43与“量身定制”特制链条巧妙地集结于一体。这样的设计，可使每幅拦藻网栅13前后两侧的牵引链条12能同步转动，而且拦藻网格的整体刚度也有了很大的提高，很好地解决了因两侧牵引链条12转动不同步而引起的卡阻，不锈钢网43的刚度不足而引起扭曲等问题。同时本发明的结构又非常紧凑、轻巧，易于安装。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。