本發(fā)明是一種動靜結(jié)合式的雙螺旋水力裝置。

背景技術(shù)：

我國華北、西北黃土和新疆一帶的眾多河流都具有高渾濁水的特點，含沙量高，泥沙質(zhì)地均勻，顆粒極細(xì)，水沙分離的難度極大。河水的泥沙濃度達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千克每立方米，并且泥沙粒徑極細(xì)，一般小于0.03mm粒徑的泥沙占含沙總量的40%以上，處理起來十分困難，給灌溉給水造成了巨大的能耗和負(fù)擔(dān)。而當(dāng)下，我國較為普遍的分沙裝置都僅僅利用沙在水中依靠自身重力沉降的原理實現(xiàn)分沙，造成了分沙效率慢、分離程度低的現(xiàn)狀，而本裝置則利用水的動力條件和靜力條件結(jié)合的方式，實現(xiàn)了高效率地分沙。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

通過分析水沙混合流體中的兩相流體（即連續(xù)相-水，分散相-沙）的特性，結(jié)合科氏力理論、沙在水中的受力特征、水流連續(xù)性方程等基本力學(xué)知識設(shè)計出了一種動靜式雙螺旋水沙分離裝置。

本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案是：雙螺旋水沙分離裝置，其特征是：水流分成流速和流量都相等的兩股，分別從前方切向進水口和后方切向進水口進入裝置的動水分沙部分A，在其中形成較強的漩渦流，水流的流速能夠達(dá)到漩渦流產(chǎn)生的科氏力大于離心力，分散相-沙向中心匯聚，進而含沙的棄水從下方的第一級棄沙口排出，調(diào)節(jié)手動閘閥使能夠及時排沙同時控制上方的第一級清水出口的流量（因為水的含沙量，即含沙的濃度是基本一定的，手動閘閥控制在某一個固定的閥門孔徑大小，就能夠及時排除泥沙，確保泥沙不會堆積），第一級清水從上方進入到裝置的靜水分沙部分B，在靜水分沙部分B前段設(shè)置有緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)下方設(shè)置定緩沖區(qū)定時閘閥，定時開啟緩沖區(qū)定時閘閥清除積沙；在靜水分沙部分B，夾雜著沙的水流繞著螺旋樓梯板緩慢上升，在靜水分沙部分B下部設(shè)倒錐并安裝二級棄沙口定時閘閥，定時開啟二級棄沙口定時閘閥清除積沙，清水沿著螺旋樓梯板下表面慢慢向上移動，從第二級清水出口溢出，而沙則從第二級棄沙口排出。

緩沖區(qū)定時閘閥和二級棄沙口定時閘閥都改進為自動控制的閘閥。因為來水的含沙量是一定的，根據(jù)初期的運行，能夠得到泥沙堆積與時間的關(guān)系，得到一個合理的排沙間隔時間也是可行的。自動控制的閘閥實現(xiàn)的原理：在水中設(shè)置一對二極管，一個為發(fā)光二極管，一個為光敏二極管，光敏二極管采集到的光照變?nèi)醯揭欢ǖ某潭龋丛O(shè)定的閘閥開啟的閾值）控制閘閥開啟。光控器件是自動控制中常用的一種技術(shù)，是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

本專利能起到的功能是：本裝置能通過動水分沙部分利用兩股切向水流形成強大的漩渦流，并巧妙結(jié)合科氏力理論，完成高效的水力分沙，且不依靠外界能量。靜水沉沙部分采用螺旋樓梯結(jié)構(gòu)使得沙能在很短的垂直距離內(nèi)吸附到樓梯板上，并且極大增加沙從頂部到頂部的運動距離，有足夠的時間完成沉降。二級棄沙口定時閘閥打開時，上部的水能夠?qū)⒙菪龢翘莅迳铣练e的泥沙的大部分的沖擊到二級棄沙口定時閘閥，然后排出。兩部分結(jié)合運用能將渾水中的水沙進行較高程度、較快速度的分離，且不依靠外界能量，無需添加任何化學(xué)用劑。該裝置能夠適用于大粒徑、小粒徑的水沙分離，可以很好地滿足農(nóng)田灌溉取水的需要。

附圖說明

圖1是雙螺旋水沙分離裝置示意圖；

1：前方切向進水口；2：后方切向進水口；3：第一級棄沙口；4：第一級清水出口；5：手動閘閥；6：緩沖區(qū)；7：第二級棄沙口；8：螺旋樓梯板；9：第二級清水出口；10：螺旋流；11：二級棄沙口定時閘閥； 12：緩沖區(qū)定時閘閥。

具體實施方式

速度較高的含沙水流分成流速和流量相等（高度差相等和管徑相等來實現(xiàn)）的兩股分別從前方切向進水口1和后方切向進水口2進入裝置的動水分沙部分A，在其中形成較強的漩渦流10。當(dāng)漩渦流產(chǎn)生的科氏力大于離心力時（通過提高水流速度實現(xiàn)，即提高入水口的高度來實現(xiàn)），分散相-沙會向中心匯聚，進而含沙的棄水會從第一級棄沙口3排出。而當(dāng)入口流量大于棄水流量（第一級棄沙口3排沙所帶走的流量）時，會有多余的較清澈的第一級清水從第一級清水出口4溢出，并進入到裝置的靜水分沙部分B。并且可以通過手動閘閥5調(diào)節(jié)出清水的流量（手動閘閥）。在靜水分沙部分B部分前段設(shè)置有緩沖區(qū)6，使水的行進流速變小，并在下方設(shè)置小型定時自動水閥排除緩沖區(qū)沉淀的積沙。在靜水分沙部分B中，水流和沙繞著螺旋樓梯板8緩慢上升。螺旋樓梯板能減小沙沉降的距離并加長沙行進的距離，使得沙更容易沉降在斜板（螺旋的梯板）上。在緩沖區(qū)圍觀設(shè)有緩沖區(qū)定時閘閥12，定時排除緩沖區(qū)淤積的沙。螺旋板上覆蓋的適量的沙能改變螺旋板的水力條件，進一步使得沙更容易沉降。在靜水分沙部分B裝置下部設(shè)倒錐并安裝二級棄沙口定時閘閥11，定時開啟閥門清除積沙，實現(xiàn)零人工實時運行。清水沿著螺旋樓梯板下表面慢慢向上移動，最后從第二級清水出口9溢出，而沙則在最后從第二級棄沙口7排出，通過二級棄沙口定時閘閥11控制排沙。整個過程能夠使得水沙極高程度的分離，通過模型試驗，該裝置分沙率可達(dá)95%以上，自動閘閥的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)二十四小時零人工地分沙，能夠滿足農(nóng)業(yè)灌溉、生活用水的要求。