一种泵站浮式对旋消涡装置及泵站

本发明涉及流体机械，特别涉及一种泵站浮式对旋消涡装置及泵站。

背景技术：

1、泵站前池或泵站进水池是为大型水泵提供均匀来流的过流部件，是供水泵或吸水管直接吸水的水工建筑物，搭配大流量轴(混)流泵常用于防洪抗旱，工农业用水以及大型电厂或核电站的冷却系统。在泵站进水池内部不同工况的流动中存在多种旋涡，根据诱发位置可分为自由表面涡和液下涡，这些高度不稳定的旋涡会影响水泵吸入口的流态，造成叶轮载荷的不均匀分布，影响运行效率，甚至引起水泵汽蚀，产生噪声及震动，严重时导致水泵不能正常运行。研究表明，合理的消旋消涡装置可使进水池内的流态稳定，为大型水泵提供均匀来流，有助于水泵的高效、稳定运行。

2、目前国内关于泵站前池消涡装置的专利主要集中在设计消涡水工建筑，现有技术公开了浮动式消除漩涡装置，在进水池壁面开槽并安装浮筒，通过浮筒与水面的接触阻碍旋涡形成，但该方案的建造和维护成本高，使用不灵活，对于大型泵站前池实用性较低。现有技术公开了浮网消涡方法，在进水池水面安装消涡浮网，针对性的消除旋涡，但该方案一方面受浮网网格尺寸的影响，网格太小会造成水力损失严重，网格太大会产生小于网格尺寸的旋涡；另一方面，当进水池内部水位变化时，需要根据水位重新安装浮网，耗时耗力，维护成本也大幅上升。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种泵站浮式对旋消涡装置及泵站，当水面产生旋涡时，浮式装置在水流牵引作用下运动至旋涡处，驱动盘与旋涡旋向相同并带动反转叶片反向旋转，产生反作用力抵消旋涡，削弱或消除自由液面旋涡，为大型水泵提供更加均匀的来流。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种泵站浮式对旋消涡装置，包括浮式驱动盘、对旋齿轮箱、反转盘、平面轴承、弹性元件和配重；所述浮式驱动盘漂浮在泵站吸水端附近的液面，通过旋涡产生的动力带动浮式驱动盘转动；所述浮式驱动盘通过对旋齿轮箱与反转盘连接，用于使反转盘与浮式驱动盘的转动方向相异；所述反转盘底部安装平面轴承，所述平面轴承上通过弹性元件与配重连接，用于防止倾斜。

4、进一步，所述浮式驱动盘包括驱动叶片、浮力盘、驱动盘轮毂、驱动轴和驱动锥齿轮；在浮力盘与驱动盘轮毂之间均布若干驱动叶片，所述驱动轴上端与驱动盘轮毂连接，所述驱动轴下端与驱动锥齿轮连接，通过旋涡产生的动力施加在驱动叶片上，用于使浮式驱动盘与旋涡的转动方向相同。

5、进一步，所述驱动叶片的截面形状为四分之一的圆环型，所述驱动叶片沿径向分布且厚度相同，所述驱动叶片的进口处和出口处分别倒圆过渡处理，所述驱动叶片的叶片数为3-6个。

6、进一步，所述浮力盘外轮廓为圆环拉伸体，所述浮力盘内径为r1，所述浮力盘外径为r2，所述浮力盘高度为h，其内部为空腔，浮力盘的体积满足下面条件：

7、

8、式中，ρ为水的密度；m为泵站浮式对旋消涡装置的总质量；k为浮力系数。

9、进一步，所述反转盘包括反转叶片、反转盘轮毂、反转轴和反转锥齿轮；所述反转叶片的内缘与反转盘轮毂连接；所述反转轴上端与对旋齿轮箱连接，反转轴下端与反转盘轮毂连接，所述反转盘与旋涡的转动方向相反。

10、进一步，所述反转叶片外径r1与驱动叶片外径r1比值一般为0.6～0.8；所述反转叶片的横截面形状为矩形，所述反转叶片的高度为h，所述反转叶片的宽度为w，满足下面条件：h≥h且h≥2w。

11、进一步，所述对旋齿轮箱内部水平方向分别同轴安装两个传动锥齿轮，所述对旋齿轮箱内部垂直方向分别同轴安装驱动锥齿轮和反转锥齿轮；两个所述传动锥齿轮分别与驱动锥齿轮啮合；两个所述传动锥齿轮分别与反转锥齿轮啮合；所述驱动锥齿轮通过两个传动锥齿轮驱动反转锥齿轮反向转动。

12、进一步，所述配重的质量m满足下面条件：m≥0.3m，m为泵站浮式对旋消涡装置的总质量。

13、进一步，所述泵站吸水端与配重之间连接牵引索；所述牵引索与泵站吸水端的连接点位于液面与吸水端进口处之间的中间位置；所述牵引索的长度l满足下面条件：(t-t)≥l≥0.8(t-t)；

14、式中，t-t为液面与吸水端进口处之间的垂直距离。

15、一种泵站，至少包括2个所述的泵站浮式对旋消涡装置，第一泵站浮式对旋消涡装置位于泵站吸水端附近的液面一侧；第二泵站浮式对旋消涡装置位于泵站吸水端附近的液面另一侧；所述第一泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片与第二泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片的驱动方向相异；所述第一泵站浮式对旋消涡装置用于消除液面顺时针方向的漩涡；所述第二泵站浮式对旋消涡装置用于消除液面逆时针方向的漩涡。

16、本发明的有益效果在于：

17、1.本发明所述的泵站浮式对旋消涡装置，其浮力盘产生的浮力大于消涡装置总质量，保证消涡装置浮于水面，且当液面产生旋涡时，在液流作用力下，消涡装置可悬浮运动至旋涡处进行针对性的消涡和抑涡。驱动叶片在旋涡作用下与旋涡转向一致，通过对旋齿轮箱使反转叶片产生反向转速，从而在反转叶片局部产生反转流动，抵消液面旋涡，抑制其向下发展。

18、2.本发明所述的泵站浮式对旋消涡装置，由于大型泵站水面的波浪起伏较大，弹簧与配重锤提供稳定浮式装置的作用，此外，配重锤重量一般超过浮式装置整体重量的30％，即使浮式装置发生倾斜或翻转，配重锤也可以靠自身重力使浮式装置恢复竖直姿态。

19、3.本发明所述的泵站浮式对旋消涡装置，当泵站水面没有旋涡或旋涡较弱时，牵引索可以防止浮式装置漂离吸水管周边。牵引索的长度设计了最大值和最小值，最大长度是防止浮式装置在极端工况下进入吸水管后与泵叶片发生碰撞，最小长度是为了保证浮式装置可浮于水面。

20、4.本发明所述的泵站，至少安装2个所述的泵站浮式对旋消涡装置，所述第一泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片与第二泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片的驱动方向相异；所述第一泵站浮式对旋消涡装置用于消除液面顺时针方向的漩涡；所述第二泵站浮式对旋消涡装置用于消除液面逆时针方向的漩涡；而第一泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片为i型叶片，i型叶片安装在泵站吸水端左侧(此时若采用右手螺旋定则，液面旋涡顺时针旋转)；第二泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片为ii型叶片，ii型叶片安装在泵站吸水端右侧(此时若采用右手螺旋定则，液面旋涡逆时针旋转)；其目的是使液面旋涡顺着驱动叶片运动并向正上方导向，阻碍旋涡下沉运动产生空气夹带。反转叶片截面为长方形且叶片沿径向分布，可最大程度上起到搅拌造涡的效果，抵消液面旋涡。

技术特征：

1.一种泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，包括浮式驱动盘(1)、对旋齿轮箱(2)、反转盘(3)、平面轴承(4)、弹性元件和配重(6)；所述浮式驱动盘(1)漂浮在泵站吸水端附近的液面，通过旋涡产生的动力带动浮式驱动盘(1)转动；所述浮式驱动盘(1)通过对旋齿轮箱(2)与反转盘(3)连接，用于使反转盘(3)与浮式驱动盘(1)的转动方向相异；所述反转盘(3)底部安装平面轴承(4)，所述平面轴承(4)上通过弹性元件与配重(6)连接，用于防止倾斜。

2.根据权利要求1所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述浮式驱动盘(1)包括驱动叶片(11)、浮力盘(12)、驱动盘轮毂(13)、驱动轴(14)和驱动锥齿轮(15)；在浮力盘(12)与驱动盘轮毂(13)之间均布若干驱动叶片(11)，所述驱动轴(14)上端与驱动盘轮毂(13)连接，所述驱动轴(14)下端与驱动锥齿轮(15)连接，通过旋涡产生的动力施加在驱动叶片(11)上，用于使浮式驱动盘(1)与旋涡的转动方向相同。

3.根据权利要求2所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述驱动叶片(11)的截面形状为四分之一的圆环型，所述驱动叶片(11)沿径向分布且厚度相同，所述驱动叶片(11)的进口处和出口处分别倒圆过渡处理，所述驱动叶片(11)的叶片数为3-6个。

4.根据权利要求2所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述浮力盘(12)外轮廓为圆环拉伸体，所述浮力盘(12)内径为r1，所述浮力盘(12)外径为r2，所述浮力盘(12)高度为h，其内部为空腔，浮力盘(12)的体积满足下面条件：

5.根据权利要求2所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述反转盘(3)包括反转叶片(31)、反转盘轮毂(32)、反转轴(33)和反转锥齿轮(34)；所述反转叶片(31)的内缘与反转盘轮毂(32)连接；所述反转轴(33)上端与对旋齿轮箱(2)连接，反转轴(33)下端与反转盘轮毂(32)连接，所述反转盘(3)与旋涡的转动方向相反。

6.根据权利要求5所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述反转叶片(31)外径r1与驱动叶片(11)外径r1比值一般为0.6～0.8；所述反转叶片(31)的横截面形状为矩形，所述反转叶片(31)的高度为h，所述反转叶片(31)的宽度为w，满足下面条件：h≥h且h≥2w。

7.根据权利要求1所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述对旋齿轮箱(2)内部水平方向分别同轴安装两个传动锥齿轮(22)，所述对旋齿轮箱(2)内部垂直方向分别同轴安装驱动锥齿轮(15)和反转锥齿轮(34)；两个所述传动锥齿轮(22)分别与驱动锥齿轮(15)啮合；两个所述传动锥齿轮(22)分别与反转锥齿轮(34)啮合；所述驱动锥齿轮(15)通过两个传动锥齿轮(22)驱动反转锥齿轮(34)反向转动。

8.根据权利要求1所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述配重(6)的质量m满足下面条件：m≥0.3m，m为泵站浮式对旋消涡装置的总质量。

9.根据权利要求1所述的泵站浮式对旋消涡装置，其特征在于，所述泵站吸水端与配重(6)之间连接牵引索(7)；所述牵引索(7)与泵站吸水端的连接点位于液面(9)与吸水端进口处之间的中间位置；所述牵引索(7)的长度l满足下面条件：(t-t)≥l≥0.8(t-t)；

10.一种泵站，其特征在于，至少包括2个权利要求1-9任一项所述的泵站浮式对旋消涡装置，第一泵站浮式对旋消涡装置位于泵站吸水端附近的液面一侧；第二泵站浮式对旋消涡装置位于泵站吸水端附近的液面另一侧；所述第一泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片(11)与第二泵站浮式对旋消涡装置的驱动叶片(11)的驱动方向相异；所述第一泵站浮式对旋消涡装置用于消除液面顺时针方向的漩涡；所述第二泵站浮式对旋消涡装置用于消除液面逆时针方向的漩涡。

技术总结
本发明提供了一种泵站浮式对旋消涡装置及泵站，包括浮式驱动盘、对旋齿轮箱、反转盘、平面轴承、弹性元件和配重；所述浮式驱动盘漂浮在泵站吸水端附近的液面，通过旋涡产生的动力带动浮式驱动盘转动；所述浮式驱动盘通过对旋齿轮箱与反转盘连接，用于使反转盘与浮式驱动盘的转动方向相异；所述反转盘底部安装平面轴承，所述平面轴承上通过弹性元件与配重连接，用于防止倾斜。本发明可产生反作用力抵消旋涡，削弱或消除自由液面旋涡，为大型水泵提供更加均匀的来流。

技术研发人员：潘强,张德胜,施卫东
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14