侧斜形拦污栅的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种侧斜形拦污栅，包括由栅条、立柱和边框组成的栅体，所述栅条水平设置，所述栅体的栅面高度大于过流断面的水深度，栅面宽度大于过流断面宽度，将栅体侧斜置于过流断面，使栅面在水平面内与来流成<^15°~45°夹角，栅体两侧安装于呈前后设置的拦污栅槽中。本实用新型结构简单合理，生产制作安装容易，拦污效果好，与传统的垂直形拦污栅相比，栅前水草在水流的作用下沿栅面滑移至并聚集在侧斜栅面的下游的一侧，拦污水阻力小，栅后流态好，水草聚集靠近河岸，便于岸边人工及时清污。
【专利说明】侧斜形拦污栅
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种拦污栅，尤其是侧斜形拦污栅。
【背景技术】
[0002]泵站前设置拦污栅能够阻止污物（主要是水草）进入水泵，保证水泵机组运行安全。拦污栅一般采用垂直形（在水平面内，栅面垂直于水流方向），在纵向垂直面内，栅面与水面夹角β成75°或90°置于引水河道中或泵站进水池（进水流道）前，栅面横梁垂直于来流。大型泵站来污量大，需设置清污工作桥，配备清污机。中小型泵站一般不设清污设备，需人工清污，清污困难、危险，清污工作量大。对于面广量大的农村中小型泵站，栅前污物以水草为主，水草比重小于水体，浮于水面的水草首先堵塞上部栅面，上部栅面水草如果不及时清除，在流速较大的情况下，后续水草容易随水流潜入水下堵塞中部和下部栅面，拦污水头损失急剧增大至O. 3?I. Om左右，造成人工清污困难，泵装置进水水位下降严重，扬程增大，流量减小，对轴流泵和高比转速混流泵，水泵轴功率增加，泵站效率降低。拦污栅栅后泵站吸入口水位下降过多时，还会造成水泵汽蚀，严重时造成栅体垮塌。泵站拦污，栅前污物如果不及时清除，会造成运行费用大幅增加，影响水泵机组安全、稳定运行。因此，中小型泵站需要一种拦污阻力小、便于人工清污的拦污栅。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是为克服目前垂直形拦污栅拦污阻力大、清污困难的缺点，设计出一种拦污阻力小、便于清污的侧斜形拦污栅。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
[0005]提供一种侧斜形拦污栅，包括由栅条、立柱和边框组成的栅体。所述栅条水平设置，所述栅体的栅面高度大于过流断面的水深度，栅面宽度大于过流断面宽度，将栅体侧斜置于过流断面，使栅面在水平面内与来流成α =15°?45°夹角，栅体两侧安装于呈前后设置的拦污栅槽中。
[0006]所述栅体采用不锈钢、或普通钢管材或型材焊接后涂防腐漆制成。边框、立柱和栅条的横截面尺寸、立柱间距、栅条间距根据需要按常规设计选用。
[0007]根据拦污试验得到的侧斜形拦污栅栅前污物的聚集形态，采用流动数值模拟的方法计算拦污栅前后流场并进行分析。本发明侧斜形拦污栅栅面在水平面内与来流的夹角α的大小，考虑贴于栅面的来流水草在水流作用下能克服栅条阻力沿栅面滑向下游边侧为宜，以减小阻力、便于清污。α愈小，愈容易靠水流作用力将堵塞栅面的水草推向下游边侧，但栅面面积大，制造成本大，安装占地空间大，一般取α =15°?45°。栅前流速较小时，应采用栅面夹角较小的侧斜形拦污栅；栅前流速较大时，可以采用夹角较大的侧斜形拦污栅，以减小栅面宽度，节省材料。
[0008]在水流的作用下，栅前水草聚集在侧斜形拦污栅的边侧，如果不及时清除，后续的水草首先沿来流方向向上游水面铺开，接下来的水草在水流的作用下可能下潜堵塞栅面。根据拦污试验，栅前水草体积相同时，侧斜形栅面堵塞的过流面积小于垂直形栅面堵塞的过流面积，侧斜形拦污栅未堵塞的过流面积较大，拦污水头损失较小。同时，栅前污物聚集在侧斜形拦污栅一侧，靠近河岸，便于岸边人工及时清污，既可以省去清污工作桥，减少投资成本，又可降低因拦污水位差增加的泵站运行费用7%?8%左右，还可减少清污费用，同时，侧斜形拦污栅栅体承载能力更大。
[0009]以水花生作为栅前污物进行拦污试验。运用ANSYS CFX软件，采用VOF方法，计算原型泵站拦污栅拦污水位差及其流场，并得到试验验证。
[0010]拦污栅拦污流动数值计算步骤：
[0011]A.根据拦污试验时侧斜形和垂直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，考虑栅前污物聚集形状，建立流动数值计算的几何模型，通过改变栅前污物的量、侧斜形拦污栅与来流方向夹角α大小、栅前水深、栅前流速可以得到不同的计算模型。
[0012]B.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。
[0013]C.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_ ε湍流模型。
[0014]^+W(Pu) = O(I) di
[0015]5ipU· ) + ApuW = Pfi卷⑵
ciBx-cx^ cxj
[0016]式中：P为流体的密度；ρ表示流体微团的压力WiJpXi分别为i方向的速度、单位质量力和坐标；τ 为流体微团表面粘性切应力τ Jj分量。
if
[0017]k 方程：女[/?~ ) — ]=/?{(3)
O XjC/Ji j
[0018]ε 方程：
T- {ργ；ε--(/-1 +- Py(C!：i Pk — Ce2 ε)(4)
?X. 'σ·. Cxl k
2μ Cl*.- ν%\
[0019]式中：μ t为涡团粘性系数，Pk是湍动能生成项，+
戸 CL* I- V , ζ. I . (., V .
εJ Ij
验系数 C1e = I. 44，C2e = I. 92，Cij = O. 09, σ k = I. O, σ ε = I. 3
[0020]D.采用液体体积分数（VOF)模型跟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α (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I。如果aw表示水的体积分数，则空气的体积分数03可表示为Cia =I - aw在一个单元中，水的体积分数会有3种情况，S卩ciw = 0，I或介于O和I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。
[0021]E.方程离散采用交错网格的有限体积法。将变量P，k, ε, α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，在计算中容易产生数值扩散，因此，在离散体积函数α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。
[0022]F.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。
[0023]G.数值计算侧斜形和垂直形拦污栅拦污流动，并对计算结果进行研究、分析。
[0024]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，泵站采用侧斜形拦污栅，相同体积的水草堵塞栅面时，其拦污水位差明显小于垂直形拦污栅，与垂直形拦污栅相比，侧斜形拦污栅过流面积较大，栅后流态较好。侧斜形拦污栅拦截的水草大部分聚集在拦污栅下游侧尾部栅面，靠近河岸处，便于人工及时清污，大大降低拦污清污成本。采用侧斜形拦污栅可以省去清污工作桥，降低清污的投资成本。
[0025]本实用新型结构简单合理，生产制作安装容易，拦污效果好，与传统的垂直形拦污栅相比，栅前水草在水流的作用下沿栅面滑移至并聚集在侧斜栅面的下游的一侧，拦污水阻力小，水草聚集靠近河岸，便于岸边人工及时清污。由于是在一侧岸边清污，本实用新型适用于宽度小于4m的过流断面，采用侧斜形拦污栅，可以省去清污工作桥，减少工程费用，提高泵站进水质量，清污方便、可靠，既可降低泵站主机运行费用，又可减少清污工作量和清污费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图I为本实用新型结构示意图。
[0027]图2为本实用新型栅前污物聚集形态示意图（平面图）。
[0028]图中：1-栅条、2-立柱、3-边框、4-污物。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
[0030]根据拦污试验得到的栅前污物4的聚集形态分析和流动数值模拟研究，分析、设计一种侧斜形拦污栅，由一块平面拦污栅侧斜置于过流断面上，即，在水平面内，栅面与水流方向夹角不垂直，拦污栅两侧安装在呈前后布置的拦污栅槽内。如图1，所述拦污栅由栅条I、立柱2、边框3组成，栅条I水平设置。所述侧斜形拦污栅的高度大于设置拦污栅处的过流断面的水流深度，侧斜形拦污栅的拦截物在水流的作用下，沿水平栅条平面向下游边侧滑移聚集。侧斜形拦污栅采用不锈钢管材或型材、或普通钢管材或型材涂防腐漆制成。栅条I、立柱2、边框3的横截面尺寸、立柱间距、栅条间距根据需要按常规设计选用。侧斜形拦污栅栅面与来流方向夹角α的大小，考虑贴于栅面的来流水草在水流作用下能克服栅条阻力沿栅面滑向边侧为宜，以减小阻力、便于清污。α角愈小，愈容易依靠水流作用力将堵塞栅面的水草推向边侧，但栅面水平方向的长度大，制造成本大，安装占地空间大，一般取α =15°?45°。栅前流速较小时，应采用夹角较小的侧斜形拦污栅；栅前流速较大时，可以采用夹角较大的侧斜形拦污栅，以减小栅面长度，节省材料。
【权利要求】
1.一种侧斜形拦污栅，包括由栅条、立柱和边框组成的栅体，其特征在于：所述栅条水平设置，所述栅体的栅面高度大于过流断面的水深度，栅面宽度大于过流断面宽度，将栅体侧斜置于过流断面，使栅面在水平面内与来流成a =15° ^45°夹角，栅体两侧安装于呈前后设置的拦污栅槽中。
2.根据权利要求I所述的侧斜形拦污栅，其特征在于：所述栅体采用不锈钢、或普通钢管材或型材焊接后涂防腐漆制成。
【文档编号】E02B5/08GK204023506SQ201420375833
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】仇宝云, 冯晓莉, 贺淑全, 楚士冀 申请人:扬州大学