一种泵用导鱼装置及轴流泵/贯流泵的泵站 |
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| 申请号 | CN202311495209.5 | 申请日 | 2023-11-10 | 公开(公告)号 | CN117552997A | 公开(公告)日 | 2024-02-13 |
| 申请人 | 江苏大学; | 发明人 | 潘强; 张德胜; 施卫东; 耿琳琳; 沈熙; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 泵 用导鱼装置，轴流泵 叶片 位于 转轮 室内，在所述轴流泵叶片进口处设有安装在转轮室壁面的导鱼环，所述轴流泵叶片的 轮毂 上安装导鱼帽；所述导鱼环上设有若干射流孔，通过形成射流，用于将鱼类导向至导鱼帽处；所述导鱼帽表面设有若干导鱼槽，本发明可以使鱼类进入轴流泵流道，这样可以提高鱼类存活率，让鱼类顺利通轴流泵。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种泵用导鱼装置，轴流泵叶片(11)位于转轮室(15)内，其特征在于，在所述轴流泵叶片(11)进口处设有安装在转轮室(15)壁面的导鱼环(2)，所述轴流泵叶片(11)的轮毂(13)上安装导鱼帽(3)；所述导鱼环(2)上设有若干射流孔(23)，通过形成射流，用于将鱼类导向至导鱼帽(3)处；所述导鱼帽(3)表面设有若干导鱼槽(31)，用于使鱼类进入轴流泵(1)流道。 |
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| 说明书全文 | 一种泵用导鱼装置及轴流泵/贯流泵的泵站技术领域背景技术[0002] 轴流泵具有流量大、扬程低、效率高的特点，且体积小，建造成本低，在我国调水工程、防洪排涝和农业灌溉等泵站建设工程中广泛使用。然而，作为大型泵站群的核心动力“心脏”，轴流泵转速较高，会对通过的生物造成较高的撞击损伤，其高速旋转的叶轮叶片像刀片一般切割过泵生物，极易造成江、河、湖中过泵生物(如鱼、虾)大面积死亡，阻碍其洄游和迁徙。自2005年以来，荷兰对20多个泵站的鱼类损伤及死亡情况进行了监测，发现超过 60％的鱼类在通过轴流泵站后死亡，且该比例远大于混流泵和离心泵。由此，提高过泵鱼类的安全性，是轴流泵站急需解决的生态问题，也是我国生态水利战略下的发展方向。 [0003] 公开号为ZL201510007615.1的专利技术提出了可通过鱼类的生态友好型轴流泵结构，该结构主要对轴流泵叶片形状进行了优化设计，可降低叶片撞击到鱼的概率且降低 鱼受到叶片撞击后的死亡率。该方案没有在撞击产生的源头进行改进，即优化了鱼类与叶 片前缘撞击时的致死率。发明专利ZL201610586021.5提出一种鱼友好轴空轴流泵，该装置 去掉传统轴流泵的旋转轴，在整个装置的中心产生通道，而轴流叶轮的旋转通过轮缘外的 皮带轮带动。为了确保鱼类从中心无叶区通道通过，该发明在叶轮前安装仿锥面形漏网，当轴流泵工作时，鱼类在液体的带动下，锥面形漏网起到了汇聚作用，使鱼类从叶轮和导叶中心的无叶区即“轴空”部分通过，以此保护鱼等河海类生物的生命安全。然而，与传统轴流泵相比，该装置结构较为复杂，建造成本高，传动效率高度影响泵系统的整体运行效率和稳定性，漏网增加了过流阻力，降低了水力性能，漏网的网格尺度也决定了无法保护尺寸较小的鱼类。发明专利201811520413.7提出一种径流式鱼泵叶轮和径流式鱼泵，该发明通过增加 叶轮前盖板、后盖板的过渡圆弧半径，增加了离心泵叶轮拐弯处的过流断面面积，从而提升鱼虾的通过能力。该发明的核心思路是提供更加“宽大”的流道面积，防止鱼虾堵塞在流道中，更适用于无堵塞泵相关领域，此外，没有在导致鱼类损伤和死亡的关键叶轮部位做出预防和改进，对鱼类的保护作用有限。发明专利ZL 201310648007.X提出一种流道式吸鱼泵，该发明采用流道式叶轮保证了低转速下对输送鱼的低损伤率，可广泛应用于不损伤地输送 一定大小的柔软固形物，此外，轴承箱与托架之间轴向可调连接，保证了装配是对间隙控制的要求以及间隙泄漏对效率的影响。然而，这种流道泵适用于无堵塞泵领域，其运用场合多为含固相颗粒的介质输送，流量小、效率低、稳定性差，难以运用于大型水利枢纽中。又如发明专利ZL201210385110.5组合式射流吸鱼泵、ZL201310630367.7一种虹吸式吸鱼泵及其工 作方法、ZL202010019665.2一种真空吸鱼机、ZL201510477972.4活鱼输送泵及其控制方法、ZL201610913329.6一种浮于水面的真空吸鱼泵，他们均采用容积变化或者负压进行含鱼介 质的输运，其中涉及到的动力装置不包含叶片，或者鱼类经过的流道不包含叶片，是专门用来输送鱼类的流体机械，无法运用于大型水利枢纽。 发明内容[0004] 针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种泵用导鱼装置及轴流泵/贯流泵的泵站，通过导鱼环上设有若干射流孔，通过形成射流，将鱼类导向至导鱼帽处；所述导鱼帽表面设有若干导鱼槽，用于使鱼类进入轴流泵流道，可在丰渔期安装使用提高鱼类存活 率，且导鱼环可在枯渔期拆卸保证水力性能。 [0005] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。 [0006] 一种泵用导鱼装置，轴流泵叶片位于转轮室内，在所述轴流泵叶片进口处设有安装在转轮室壁面的导鱼环，所述轴流泵叶片的轮毂上安装导鱼帽；所述导鱼环上设有若干 射流孔，通过形成射流，用于将鱼类导向至导鱼帽处；所述导鱼帽表面设有若干导鱼槽，用于使鱼类进入轴流泵流道，这样可以提高鱼类存活率，让鱼类顺利通轴流泵。 [0007] 进一步，所述导鱼环包括迎水面和背水面，所述迎水面一端与转轮室壁面相切；所述迎水面另一端与背水面相交；在迎水面与背水面之间设有若干沿流向渐缩的射流孔，这样靠近轮缘侧鱼类受射流导向作用，且越靠近轮缘的鱼体受到射流的导向作用力越大。 [0008] 进一步，所述背水面的截面型线为直线，用于使得背水面处的过流断面面积沿液流方向均匀增加，可以保证液流稳定、损失低。 [0009] 进一步，所述背水面的截面型线与转轮室型线形成的夹角β1范围为＝3°‑5°。 [0010] 进一步，所述迎水面截面型线为光滑曲线，用于使鱼体导向顺滑。轮缘侧鱼类受光滑曲面导向作用，这样不会损失鱼类。 [0011] 进一步，所述迎水面截面曲线靠内侧的切线与旋转轴形成夹角β2为锐角。 [0012] 进一步，所述迎水面另一端与背水面相交形成交线K，所述交线K处圆弧过渡；所述交线K处的半径为R2，所述转轮室半径为R1，R2/R1≥0.9。 [0013] 进一步，所述射流孔轴线为曲线，所述曲线与迎水面相交的入口端点切线与转轮室的壁面平行；所述曲线与背水面相交的出口端点切线与旋转轴形成夹角β3，且β3＜β2。 [0014] 进一步，所述射流孔在迎水面截面直径为d1，所述射流孔在背水面截面直径为d2，d1/d2取值范围为：2≤d1/d2≤4。 [0015] 进一步，所述射流孔在迎水面截面直径d1满足下面要求：0.5(R1‑R2)≤d1≤0.8(R1‑R2)。 [0016] 进一步，所述导鱼环上沿圆周方向均匀布置若干射流孔，所述射流孔数量为18～54。 [0017] 进一步，所述导鱼环上设有定位圈，所述定位圈用于将导鱼环安装在转轮室与进水管道之间。 [0018] 进一步，所述导鱼帽表面覆盖缓冲柔性材料，承接被导向鱼类，降低鱼类撞击损伤。 [0019] 进一步，所述导鱼帽轴截面型线为半椭圆，所述半椭圆的长边长度为F1；所述导鱼帽的迎水顶点M与交线K之间垂直距离为L1，所述导鱼帽的后边缘与交线K之间距离为L2，所述交线K为导鱼环的迎水面与背水面相交线； [0020] 所述导鱼帽安装位置满足：F1＝L2‑L1，R2/tan(β2)>L1且L2>R3/tan(β3)，其中： [0021] β3为射流孔轴线与导鱼环的背水面相交的出口端点切线与旋转轴之间的夹角；R3为射流孔轴线在出口端点到轴线的距离；β2为所述导鱼环的迎水面截面曲线靠内侧的切线与旋转轴之间的夹角；R2为所述交线K处的半径。 [0022] 进一步，所述导鱼槽轴线与旋转轴平行。 [0023] 进一步，所述导鱼槽轴线与旋转轴之间的夹角为α1，且α1<α2，α2为轴流泵叶片安放角。 [0024] 进一步，所述导鱼槽横截面形状为梭形，且梭形由两个对称圆弧组成。 [0025] 进一步，所述导鱼槽轴线左右两侧衔接导鱼帽表面，导鱼槽横截面沿其轴线分别汇聚为前端点Q1和后端点Q2，前端点位于后端点上游；所述导鱼槽后端点Q2与导鱼帽后边 缘重合，所述导鱼槽前端点距离旋转轴直线距离可设置为0.1F2‑0.3F2，其中F2为半椭圆的短边长度。 [0026] 进一步，所述导鱼帽表面设有导鱼槽数量为轴流泵叶片数量的1～2倍。 [0027] 进一步，所述导鱼帽表面的导鱼槽与轴流泵叶片交错分布。 [0028] 本发明的有益效果在于： [0029] 1.本发明所述的泵用导鱼装置，通过导鱼环上设有若干射流孔，通过形成射流，将鱼类导向至导鱼帽处；所述导鱼帽表面设有若干导鱼槽，用于使鱼类进入轴流泵流道，可在丰渔期安装使用提高鱼类存活率，且导鱼环可在枯渔期拆卸保证水力性能。 [0030] 2.本发明所述的泵用导鱼装置，背水面横截面积线性变化，均匀扩散，保证液流稳定、损失低。迎水面为曲面，轮缘侧鱼类受光滑曲面导向作用；射流孔为减缩形通孔，形成射流，靠近轮缘侧鱼类受射流导向作用，且越靠近轮缘的鱼体受到射流的导向作用力越大；迎水面与射流孔共同作用，将鱼类导向至靠近轮毂侧，降低鱼体卡入叶顶间隙的可能性，且与下游导鱼帽接触。 [0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0033] 图1为本发明所述的泵用导鱼装置图。 [0034] 图2为本发明所述的导鱼环轴截面示意图。 [0035] 图3为本发明所述的射流孔示意图。 [0036] 图4为本发明所述的导鱼环俯视图。 [0037] 图5为本发明所述的导鱼帽示意图。 [0038] 图6为本发明所述的导鱼槽安装示意图。 [0039] 图7为本发明所述的导鱼槽示意图。 [0040] 图8为图7的A‑A剖视图。 [0041] 图9为图8的B‑B剖视图。 [0042] 图10为本发明所述的导鱼槽另一实施例剖视图。 [0043] 图11为图10的C‑C剖视图。 [0044] 图12为叶片数4个，导鱼槽数4个导鱼槽圆柱面展开示意图。 [0045] 图13为叶片数4个，导鱼槽数8个导鱼槽圆柱面展开示意图。 [0046] 图14为本发明另一实施所述的导鱼环结构图。 [0047] 图15为本发明导鱼环射流模拟图。 [0048] 图中： [0049] 1‑轴流泵；11‑轴流泵叶片；12‑叶片前缘；13‑轮毂；14‑旋转轴；15‑转轮室；2‑导鱼环；21‑迎水面；22‑背水面；23‑射流孔；24‑定位圈；25‑定位通孔；26‑定位螺栓；3‑导鱼帽；31‑导鱼槽。 具体实施方式[0050] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0051] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 [0052] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0053] 如图1所示，本发明所述的泵用导鱼装置，轴流泵1为旋转结构，其由轴流泵叶片11、轴流泵轮毂12和旋转轴14构成，所述轴流泵叶片11的进口边为叶片前缘12，包围轴流泵 1的静止腔体为转轮室15。所述轴流泵叶片11位于转轮室15内，在所述轴流泵叶片11进口处设有安装在转轮室15壁面的导鱼环2，为了拆卸方便一般导鱼环2安装在转轮室15与进水流 道法兰之间。所述轴流泵叶片11的轮毂13上安装导鱼帽3；所述导鱼环2上设有若干射流孔 23，通过形成射流，用于将鱼类导向至导鱼帽3处；所述导鱼帽3表面设有若干光滑过渡的导鱼槽31，用于使鱼类进入轴流泵1流道。导鱼环2可将来流中的鱼类导向至导鱼帽3，再通过导鱼槽31进入轴流泵1流道，避免与叶片前缘12碰撞产生切割作用。导鱼环2和导鱼帽3在丰渔期安装，配合工作以降低鱼类损伤，枯渔期可拆卸或替换。 [0054] 如图2和图3所示，所述导鱼环2包括迎水面21和背水面22，所述迎水面21一端与转轮室15壁面相切；所述迎水面21另一端与背水面22相交；在迎水面21与背水面22之间设有 若干沿流向渐缩的射流孔23。所述迎水面21截面型线为光滑曲线，当鱼体接触时提供顺滑 导向，所述迎水面21截面曲线靠内侧的切线与旋转轴14形成夹角β2，β2为锐角。所述背水面 22的截面型线为直线，用于使得背水面22处的过流断面面积沿液流方向均匀增加。所述背 水面22的截面型线与转轮室15型线形成的夹角β1范围为＝3°‑5°，使得背水面22处的过流断面面积按线性均匀变化，且保证液流扩散合理。所述迎水面21另一端与背水面22相交形 成交线K，所述交线K处圆弧过渡；所述交线K处的半径为R2，所述转轮室15半径为R1，R2/R1≥0.9，可以降低水力损失。 [0055] 所述射流孔23轴线为曲线，所述曲线与迎水面21相交的入口端点切线与转轮室15的壁面平行；所述曲线与背水面22相交的出口端点切线与旋转轴14形成夹角β3，且出口端点至轴线的距离为R3，一般β3＜β2。 [0056] 如图3所示，所述射流孔23在迎水面21截面直径为d1，所述射流孔23在背水面22截面直径为d2，d1/d2取值范围为：2≤d1/d2≤4。当来流中鱼类较多时，d1/d2可取大值，形成强射流为鱼类导向；当来流中鱼类较少时，d1/d2可取小值，形成弱射流为鱼类导向。 [0057] 为保证导鱼环2在开设射流孔23后具有一定的强度，并保证射流孔23具有一定的过流能力，不易堵塞，所述射流孔23在迎水面21截面直径d1满足下面要求：0.5(R1‑R2)≤d1≤0.8(R1‑R2)，当来流中鱼类较多时d1可取大值，来流中鱼类较少时d1可取小值。 [0058] 如图3和图4所示，所述导鱼环2上沿圆周方向均匀布置若干射流孔23，所述射流孔23数量为18～54。所述导鱼环2上设有定位圈24，所述定位圈24用于将导鱼环2安装在转轮 室15与进水管道之间。定位圈24为导鱼环2提供定位，形状为圆环体并具有一定的厚度和强度其内侧与导鱼环2主体结构连接，外侧开数个定位通孔25，转轮室15法兰与进水流道法兰之间的定位螺栓26穿过定位通孔25，导鱼环2的安装、定位、拆卸通过定位螺栓26实现。 [0059] 如图5所示，所述导鱼帽3表面覆盖缓冲柔性材料。所述导鱼帽3安装在轴流泵1上并与旋转轴14保持相同转速。鱼体从导鱼环2导向至导鱼帽3，与导鱼帽3表面撞击，因此导鱼帽3表面覆盖缓冲柔性材料，如橡胶，降低鱼类撞击损伤。所述导鱼帽3轴截面型线为半椭圆，所述半椭圆的长边长度为F1；所述半椭圆的短边长度为F2；所述导鱼帽3的迎水顶点M与交线K之间垂直距离为L1，所述导鱼帽3的后边缘与交线K之间距离为L2，所述交线K为导鱼 环2的迎水面21与背水面22相交线。 [0060] 为确保鱼类经过导鱼环2导向后可以接触导鱼帽3，所述导鱼帽3安装位置满足：F1＝L2‑L1，R2/tan(β2)>L1且L2>R3/tan(β3)，其中： [0061] β3为射流孔23轴线与导鱼环2的背水面22相交的出口端点切线与旋转轴14之间的夹角；R3为射流孔23轴线在出口端点到轴线的距离；β2为所述导鱼环2的迎水面21截面曲线靠内侧的切线与旋转轴14之间的夹角；R2为所述交线K处的半径。 [0062] 如图6所示，导鱼帽3表面开设光滑过渡的导鱼槽31，所述导鱼槽31轴线可以与旋转轴14平行。所述导鱼槽31轴线也可以与旋转轴14之间的夹角为α1，且α1<α2，α2为轴流泵叶片11安放角，确保受导鱼槽31导向的鱼类与叶片前缘12不发生碰撞。 [0063] 如图7和图8所示，所述导鱼槽31横截面形状为梭形，且梭形由两个对称圆弧组成，如图9和图11所示。所述导鱼槽31轴线左右两侧衔接导鱼帽3表面，导鱼槽31横截面沿其轴线分别汇聚为前端点Q1和后端点Q2，前端点位于后端点上游；两个端点的相对位置决定导 鱼槽31深度，即端点Q1向上游移动后，导鱼槽31深度增加。导鱼槽31后端点Q2与导鱼帽3后边缘重合，即后端点Q2距离旋转轴14直线距离等于轮毂半径0.5F2。所述导鱼槽31前端点距离旋转轴14直线距离可设置为0.1F2‑0.3F2，其中F2为半椭圆的短边长度。当来流中鱼类较多时，设置为0.1F2以增加导鱼槽深度，当来流中鱼类较少时，设置为0.3F2以降低导鱼槽深度，如图8和图10所示。 [0064] 所述导鱼帽3表面设有导鱼槽31数量为轴流泵叶片11数量的1～2倍。通常来说，导鱼槽31个数通常与轴流泵叶片11个数相同，可取2‑4个，当来流中鱼类较多时，导鱼槽31个数可以设置为轴流泵叶片11数的两倍。 [0065] 如图12所示，所述导鱼帽3表面的导鱼槽31与轴流泵叶片11交错分布。即叶片11与导鱼槽31存在一定的相位角差。以四叶片叶轮为例，叶片11安放在45度、135度、225度、315度(或i度、i+90度、i+180度、i+270度，即叶片之间相隔90度)，若导鱼槽31数量为四个，则开设位置为0度、90度、180度、270度(或i‑45度、i+45度、i+135度、i+225度，即导鱼槽之间相隔 90度，且与叶片相隔45度)；若导鱼槽31数量为八个，则开设位置为22.5度、67.5度、112.5度、157.5度、202.5度、247.5度、292.5度、337.5度(或i‑22.5度、i+22.5度、i+67.5度、i+ 112.5度、i+157.5度、i+202.5度、i+247.5度、i+292.5度，即导鱼槽之间相隔45度，且与叶片相隔22.5度)，如图13所示。 [0066] 一般来说，通过变换几何参数，可设计不同型号导鱼环2和导鱼帽3，可在具体使用场合下如已知轴流泵安装空间、来流鱼类密度、鱼体尺寸等进行导鱼环2和导鱼帽3型号匹配，确保鱼类在导鱼环2的作用下导向至导鱼帽3。导鱼帽3通常与导鱼环2组合使用，用来承接被导向的鱼类，可以保持较低的鱼类撞击概率和撞击损伤；导鱼环2可以与导鱼帽3组合 使用，也可单独使用，此时鱼类仅被导向至轮毂侧通过轴流泵叶片11，保护效果不及组合使用。 [0067] 图14为导鱼环2另一个实施例，所述导鱼环2上设有定位凸起，转轮室15和进水管道的法兰分别设有安装凹槽，通过将定位凸起夹在转轮室15与进水管道之间的凹槽中，再 通过转轮室15的法兰与进水管道的法兰的螺栓将导鱼环2夹紧。可以在定位凸起上设有密 封圈，用于密封。 [0068] 如图15所示，本发明导鱼环2产生的射流仿真图中可以看出，迎水面21与射流孔23共同作用，在背水面22产生射流，射流作用力将鱼类导向至靠近轮毂13侧，降低鱼体卡入叶顶间隙的可能性，且射流孔23朝向导鱼帽，使得鱼体与下游导鱼帽接触。而背水面22横截面积线性变化，均匀扩散，保证液流稳定、损失低。 [0069] 一种轴流泵/贯流泵的泵站，所述泵站内可拆卸安装所述的泵用导鱼装置。 [0070] 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说 明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以 理解的其他实施方式。 [0071] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更 均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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