旋转球形拦污栅的制作方法

本发明涉及浮动船式抽水站在河道取水过程中清除河流漂浮物的装置。

背景技术：

浮动船式抽水站在河道取水过程中，河道柴草、杂物、废弃物、漂浮的杂物、柴草经常在浮动船头和吸水管道、拦草篦子及泵腔堆积，影响船体安全及取水流量和取水效率，影响了正常取水，特别是在汛期、上游降雨、沿黄水库排水等引起河水上涨的情况下，带来大量柴草，影响更甚。

黄河漂浮物具有如下特点：

一是种类多。如生活垃圾、柴草、树木、植物根茎、冰块等。

二是形状各异、大小不一、强度不同。

三是立体式悬浮。由于漂浮物比重不一，在河流中推进时呈现漂浮、悬浮两种姿态，一般在水面下5米范围内立体悬浮。

四是相互纠缠，形成柴草团。滩地生长的芦苇，其根系在倒岸后被水流冲刷而出，0.5-2.0cm直径的芦苇根，因为抗拉强度大，长度可达数米甚至十数米，在水流的翻腾作用下，与其他杂物相互缠绕，形成直径可达数米的不规则柴草团，柴草团外伸出长短不一的芦苇根，随意摆动，往往水面看只是一小团，但水下部分很大。

漂浮物对于泵站的影响大致有以下几个方面：

一是漂浮物在船头、船体连接部件的堆积，对于浮动船的安全造成危害。漂浮物的堆积造成船体阻力加大，船体与岸边的支撑件、岸边地锚和钢缆因为受力加大而损坏、过载而脱出断裂的风险加大。

二是对于吸水管道的影响。较大重物撞击和漂浮物过度堆积使吸水管受力增大，可使吸水管以及连接部位变形、漏气，形不成真空，无法抽水。

三是因管道吸力而使漂浮物堆积于吸水管喇叭口拦草篦子，减小了喇叭口过水面积，使水泵出流逐渐衰减，严重情况下甚至堵死喇叭口，导致断流，影响正常取水。

四是对水泵的影响。杂物进入水泵，软体的堵塞叶轮；坚硬的造成叶轮和泵体损害，加大气蚀，影响水泵效率和使用寿命。

因此对吸水管道及栏草篦子上的堆积物及时彻底地清理，是保障水泵安全运行的前提，也是充分发挥水泵工况效能的手段之一。

对于柴草堆积问题，一般现有技术是利用高压水枪和耙、镰、钩、叉等自制工具，采用人工除草的办法进行清除，因为工具笨重、场地局限，所以效率低、效果差、危险性大，在喇叭口7拦草篦子4堵死的情况下，柴草被紧紧吸附在拦草篦子4上，人工根本无法清除，只能停机，利用管道水倒流冲走积草。遇有河流漂浮物严重，只有频繁开停机，才可勉强维持整个系统运行，给终端计量和收费带来很大问题。

本发明只讨论柴草在吸水管道和喇叭口拦草篦子堆积影响取水的情形和对策。

1.在吸水管道堆积

柴草在接触吸水管时，左右平衡，在水流压力作用下附着于管道迎水面及两侧，由于附着于管道，摩擦力加大，水流冲击力大小不足于抵消摩擦力，而在吸水管迎水面及两侧堆积，如图1。

因为受力均衡所以堆积，因为摩擦力大所以越积越多。只要打破积草在吸水管道迎水面的受力均衡，积草即可被水流冲走。所以吸水管道的除草关键在于打破受力平衡。

2.喇叭口拦草篦子堆积

柴草在河中漂流过程中，在喇叭口吸力作用下，逐渐被吸入喇叭口，特别是柴草团伸出来的芦苇根在被吸入的同时，牵拉整个柴草团到吸水管喇叭口，被拦草篦子拦在喇叭口，随着柴草越积越多，拦草篦子过水面积越来越小，经过拦草篦子的水流速度越来越大，喇叭口吸力随之加大，更多的柴草被吸附到拦草篦子上，直至堵死，如图2。

此处积草，因为在水下2米多的深处，吸附力大，不容易直接去除。所以还是采取疏导的办法，在柴草到达喇叭口之前经过疏导离开喇叭口，比较可行。

对吸水管道喇叭口进行改造，安装旋转球形拦污栅是个简单经济有效可行的办法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种旋转球形拦污栅，解决了浮动船式抽水站因柴草堆积影响船体安全和进水管堵塞的烦恼，构思巧妙，制作简单，易于安装，操作简便。

本发明的技术方案是：一种旋转球形拦污栅，包括吸水钢管，其特征是还包括滚筒和球形拦污栅，滚筒和球形拦污栅用螺栓连接形成一个整体，在吸水钢管上固定有防水电机和减速器，滚筒用密封轴承固定在吸水钢管上，并与防水电机通过传动齿轮相连，防水电机经过减速器驱动球形拦污栅转动，在滚筒上镶嵌锥形导草锥，滚筒直径大于吸水管道直径，球形拦污栅直径最小等于吸水管道喇叭口直径，密封轴承通过轴承支架固定。

一种旋转球形拦污栅，其特征是滚筒和球形拦污栅均采用抗腐蚀、高强度、轻质材料。

一种旋转球形拦污栅，其特征是滚筒与吸水管相连的密封轴承和传动齿轮的轴承采用橡胶密封轴承，传动齿轮的齿轮选用耐磨非润滑齿轮。

一种旋转球形拦污栅，其特征是有上下两个轴承支架。

本发明特点如下：

(1)安全可靠，使用方便，轻松解决困扰多年的柴草问题。

(2)整体组装，安装、检修、维护方便。

(3)结构简单、造价低廉、保养容易。

(4)转动方向、速度可自主选择，也可实现智能化运转。

附图说明

图1是漂浮物在吸水管道堆积原理示意图。

图2是漂浮物在喇叭口拦草篦子堆积原理示意图。

图3是本发明旋转球形拦污栅结构示意图。

图4是本发明旋转球形拦污栅与吸水管道安装过程示意图。

附图标号说明：密封轴承1、轴承支架2、导草锥3、拦草篦子4、传动齿轮5、滚筒6、喇叭口7、减速器8、防水电机9、球形拦污栅10、螺栓11。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图3所示，本发明一种旋转球形拦污栅，由滚筒6和球形拦污栅10两部分组成，滚筒6和球形拦污栅10用螺栓11连接形成一个整体，滚筒6用密封轴承1固定在吸水钢管上，并与防水电机9通过传动齿轮5相连，防水电机9经过减速器8驱动球形拦污栅10转动，在滚筒6上镶嵌锥形导草锥3，滚筒6直径大于吸水管道直径，球形拦污栅10直径最小等于吸水管道喇叭口7直径，密封轴承1通过轴承支架2固定。

本发明原理

本发明旋转球形拦污栅在防水电机9的带动下可顺时针或逆时针转动，滚筒6上的锥形导草锥3能更好的把附着在滚筒上的积草携带到背水面，当迎水面的积草转到背水面时，附着平衡被打破，积草失去附着力，在水流作用下，会轻易被携带到下游。

球形拦污栅10由于直径大于喇叭口7，穿过球形拦污栅10表面的水流速度显著减小，抽吸水流对球形拦污栅10表面积草的吸附力也相应降低，当速度小于河道水流速度时，随着球形拦污栅的转动，积草被携带到背水面，附着平衡被打破，附着力减小，积草就在水流作用下被携带到下游。

可行性计算

根据零级站水泵参数，设计流量q泵＝1.46m³/s，吸水管直径d管＝1m，喇叭口直径d喇＝1.4m。则：

吸水管道流速v管＝q泵/π(d管/2)²＝1.86m/s

喇叭口水流速v喇＝q泵/π(d喇/2)²＝0.95m/s

经过实测，浮动船北侧吸水管处河水流速(v河)如下：

零级站浮动船北侧水流测流表

据测量，在不开机的情况下，吸水管喇叭口7在水面下1.25m处；船上设备全部开机情况下，喇叭口7位于水面下1.45m处，安装本发明旋转球形拦污栅后，这两种情况下球形拦污栅10底分别位于水面下1.95m和2.15m处(球形拦污栅直径d球＝1.4m)。正因为吸水管在喇叭口处的水流速度v喇大于河水流速v河，河水无法携带柴草离开喇叭口7，喇叭口7附近的柴草才被吸附到喇叭口的拦草篦子4上，堆积堵塞吸水管喇叭口。

在吸水管安装本发明旋转球形拦污栅，其球形拦污栅10最小直径为喇叭口的直径(d球＝d喇＝1.4m)，否则无法安装。当球形拦污栅10直径等于喇叭口直径时，球形拦污栅10只有一半面积过水，此时穿过球形拦污栅10表面水流速度为：

v球＝q泵/(1/2)πd球²＝0.47m/s

结论：v管＞v喇＞v河＞v球

由此可以看出，穿过球形拦污栅10表面的水流速度小于河流水流速度，随着球形拦污栅10的转动，当迎水面吸附的柴草转到背水面时，会被水流冲走。而且球形拦污栅10直径越大，穿过球形拦污栅10表面的水流速度越小，更容易被水流冲走，效果越明显。

球形拦污栅10等于把喇叭口7的拦草篦子4面积显著增大，而且把拦草位置从急流区转移到缓流区，在球形拦污栅10转动时，拦下的柴草不断被河水冲走，保证了球形拦污栅10连续不断工作。

滚筒6和球形拦污栅10均采用抗腐蚀、高强度、轻质材料制作，比如铝合金，既不会由于增加新装置而对原有吸水管道增加过大荷载，威胁原有设备安全，同时具备抗水流和柴草附着时冲击强度。

因为在高含沙、杂草较多的河流中工作，工作条件差，滚筒6与吸水管相连的密封轴承1和传动齿轮5的轴承应采用密封、耐磨、抗压的轴承，比如橡胶密封轴承。传动齿轮5也选用新型耐磨非润滑齿轮。

球形拦污栅10直径最小为喇叭口直径，根据现场情况越大拦草效果越好。

采用3千瓦异步低速防水电机9，配合减速器8使用。

工作方式：机械轴传动，防水电机9经过减速器8驱动球形拦污栅10转动。

先拆下吸水管，然后按照构件顺序安装成整体，如图4，最后整体安装于原位置，连接电源控制装置即可。

设备安装调试完成后，在水泵控制室远程操作。

以上所述，仅仅是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

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