专利名称：用于除去悬浮物质颗粒的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于从水力发电厂的加压水管线中的含有悬浮物质颗粒的水流中除去悬浮物质颗粒特别是沙子的装置和方法。
背景技术：
水力发电厂将水流的水力能量转换成电流。蓄能式水电厂通过在几百米的落差上沿着加压水管道使水加速来利用水库的势能。水流的动能通过涡轮机转换成旋转能，并且借助于发电机而作为电能使用。水库可能包含大量沉积物或悬浮物质颗粒，即不同尺寸的固体物质，例如淤泥、沙子等，这些固体物质经由加压水管线到达发电厂，从而导致特别是涡轮机的旋转部件的高度磨损。为了防止发电厂的敏感部件特别是涡轮机叶片由于引入悬浮物质颗粒而被磨蚀，发电站通常具有大的沉降盆或除沙厂，试图通过这种大的沉降盆或除沙厂借助于除沙器等从水中除去悬浮物质颗粒。在除沙器中，使水流平静并且降低水流速度，由此使较重固体诸如沙子、泥土等下沉并且被部分地除去。然而，在实践上已经表明，尽管有这种沉降盆，加压管线中的水流依旧具有相对高含量的沙子等。例如，在一个具体的工厂中，已经观察到在具有780kg原始重量的叶轮的情况下，在大约操作六个月之后，由于沉积物的磨蚀，已经磨损掉了 200kg ;即使磨损比这个磨损小，也需要频繁地更换水力发电厂的特别昂贵的叶轮。在出版物“Hydrocyclones:Alternative Devices for Sediment Handling inROR Projects，，(H. P. Pandit, International Conference on Small Hydropower-HydroSri Lanka, 22-240ctober 2007)中，从原理上描述了利用离心力从水力发电厂的加压水管线中的水流分离悬浮物质颗粒，由此提出了不同的用于从水流中分离悬浮物质颗粒的切向 旋流器。尽管根据该会议报告这种切向旋流器适合用于水力发电厂，但是这种旋流器不利地导致发电厂的效率程度较低。从DE 3 8337 789A还已知一种类似的用于小型和中型规模水力发电厂的通过向心抽取清洁水来集沙的切向旋流器。然而，在实践上，已经证明这种切向旋流器由于高的压力损失而并非令人满意。另外，从EP I 717 373A2已知一种用于河流水力发电厂的发电厂进水口，其中在该发电厂进水口的基床的区域中与流动方向垂直地设置流体通道，这些流动通道供应有压缩空气以使来自基床的固体物质松散并利用冲洗水通道使它们返回河床。因而，已知的用于对加压水管线除沙的装置都不经济地导致水流中的高压损失，或者具有非常高的结构要求，并且伴随有高的安装和维护成本。从JP 05 - 098624已知用于排水管线的出口。该出口具有相对于所述排水管线倾斜地布置的管，该管使借助于狭缝引入的流体流产生漩涡，以便分离包含在该流体流中的沉积物颗粒。然而，该装置并没有被设计成用来从发电厂的加压水管线除去悬浮物质颗粒。US 2006/0182630A1描述了另一种类型的用于利用流体流产生电能的装置。该流体流被引入到一个腔室内，在该腔室中，插入元件产生涡流，所述涡流驱动螺旋桨等以产生能量。
发明内容
相比之下，本发明的目的是创造出一种开始描述类型的结构简单、节省成本的装置，通过该装置，能够以尽可能小的压力损失从加压水管线中可靠地除去悬浮物质颗粒。在组装之后，所述装置应该确保在需要尽可能少的维 护的情况下自动地对加压水管线中的水流进行除沙。 根据本发明，上述目的的实现在于，在所述加压水管线中存在位于流动通道中的管状元件，其中所述流动通道在所述加压水管线的轴向方向上延伸，并且在所述流动通道中布置静止的漩涡产生装置，以便产生所述水流的与主流动方向垂直的流动分量，并且在流动方向上所述漩涡产生装置之后，设置有分离装置，该分离装置用于除去由于离心力作用而被径向向外携带的悬浮物质颗粒。通过呈现轴向旋流器形式的所述静止的漩涡产生装置，在所述主流动方向上进入所述流动通道(即优选为圆形的流动横截面)的流体被与所述主流动方向垂直地偏转，使得除了在所述主流动方向上的分量(该分量由所述管状元件中的流动通道的路线确定)之外，所得到的所述水流的速度矢量也具有与所述主流动方向垂直的速度分量。离心力作用在受到漩涡的悬浮物质颗粒上，该离心力与所述悬浮物质颗粒的质量、它们的与主流动方向垂直的速度分量的平方成比例，并且与它们距离所述流动通道的中轴线的径向距离成反比。所述离心力产生所述悬浮物质颗粒的随着距离所述中轴线的距离而增加的浓度。被向外携带的所述悬浮物质颗粒于是可以利用所述分离装置从所述水流除去。所述流动通道中的所述静止的漩涡产生装置通过外部形状使所述悬浮物质颗粒产生漩涡，所述外部形状确定用于沿着所述漩涡产生装置流动的水流的流动路径。由于根据本发明的装置被设计为所述加压水管线的一部分，可以将水流的压力损失和结构成本保持得比较低；所述管状元件的尺寸与所述加压水管线的其余部分相当，使得可以获得特别节省空间、结构特别简单的布置。为了激发与所述主流动方向垂直的流动分量，不需要诸如转子叶片等主动装置，这极大地降低了易受磨损性以及维护成本。特别地，在具有高输出的发电厂的情况下，所述加压水管线可以具有倾斜率不同的至少两个区段。为了使得流动通过除沙装置时所述加压水管线中的压力损失最小，如果将所述管状元件设置在具有比较小的倾斜率的区段中则是有益的。因而，所述悬浮物质颗粒在所述管线的平坦部分中除去，由此仅仅损失小比例的流动能量。在所述悬浮物质颗粒已经被大部分从所述加压水中除去之后，则在所述管线的随后陡峭的区段中，在水力发电厂中可以完全利用落差产生能量。研究已经表明，如果在用于带有所述悬浮物质颗粒的水流的入口与用于所述悬浮物质颗粒基本被清除的水流的出口之间的流动通道的长度在5m和25m之间，并且所述入口和所述出口之间的高度差在Im和15m之间，则能够在所述加压水管线中实现以小的压力损失可靠地除去所述悬浮物质颗粒。就耐用、可靠、低磨损的设计来说，如果所述漩涡发生装置是插入元件则是有利的，所述插入元件优选居中地布置在所述管状元件中，并且在所述管状元件的表面上有偏转机构，该偏转机构用于与所述主流动垂直地偏转沿着所述偏转机构流动的水流。所述偏转机构允许所述加压水完全被动地产生漩涡，这是因为它们限定了与所述主流动方向垂直的流动路径。为了避免在所述加压水管线中的湍流，并由此将由于所述装置引起的压力损失保持最小，有利的是，所述插入元件具有横截面朝向所述自由端部均呈逐渐变细的面向所述入口的末端区段和面向所述出口的末端区段，以及横截面基本上恒定的具有所述偏转机构的中间偏转区段。所述插入元件的近似流线型形状，例如椭圆体形状，可以将由于摩擦、湍流等引起的流动能量的损失或压力损失保持最小。为了确保流动分量并因而确保以近似3m/s的比较低的水流流速可靠地除去所述悬浮物质颗粒，有利的是，所述管状元件具有不同的横截面基本恒定的至少两个区段，由此所述区段的横截面面积的比优选在2. 5:1和I. 5:1之间，更具体地基本为2: I。由所述漩涡发生装置产生的垂直于所述主分流的流动分量然后被引导到具有减小的横截面的区段内，在该区段中，根据旋转脉动不变原理，所述水流的垂直于所述主流动方向的速度分量增加，因而相应地增加了所述悬浮物质颗粒上的离心作用。这具有的优点是，仅仅通过所述漩涡发生装置，必然激发垂直于所述主流动方向的比较弱的流动分量，该比较弱的流动分量然 后在进入具有减小横截面的区段时被增强，使得有利于除去所述悬浮物质颗粒的离心力作用在所述悬浮物质颗粒上。由于对所述漩涡发生装置产生的与主流动垂直的流动分量的大小的要求比较低，可以将所述漩涡发生装置处的压力损失保持最小。为了防止在具有不同横截面面积的流动通道的区段之间的过渡处发生湍流，有利的是，在具有基本恒定横截面的两个区段之间，所述管状元件具有缩减区段，在该缩减区段中，所述管状元件具有在主流动的方向上逐渐减小的横截面面积。为了避免在水流中产生气穴现象，有利的是，所述管状元件在围绕所述插入元件的末端区段的缩减区段中变窄，使得所述流动通道的横截面面积保持基本上恒定。有利地，流动的横截面面积在偏转区段的方向上略微减小，这确保了与内部元件的流动分离仅仅发生在插入元件的末端处，这进一步降低了能量损失。研究已经表明，如果在所述缩减区段中，所述管状元件基本根据n次多项式，优选根据5次多项式变窄，则水流可以没有气穴现象地以低的压力损失被引导通过所述缩减区段。在所述偏转机构的在结构上的简单有利的设计来说，如果所述偏转机构设置有至少六个优选八个叶片则是有利的。所述叶片优选以规则的间隔布置在所述插入元件的表面上，以便使水流在所述流动通道的整个横截面上均匀地偏转。为了确保层状流动(或在更大流动速度的情况下是湍流)沿着所述叶片被引导流动，如果所述叶片至少部分地弯曲则是有利的。令人惊奇的是，已经发现，如果所述叶片根据n次贝塞尔曲线，优选根据三次贝塞尔曲线弯曲，则将极大地降低沿着具有所述偏转机构的中间偏转系统的压力损失。有利地，所述叶片的中线可以具体地适应于给定条件，因为为所述贝塞尔曲线预定对应的参数值。为了激发与所述主流动方向垂直的流动分量，如果所述叶片产生大约至少60°的偏转角优选在65°和73°之间的偏转角的偏转，则是有利的。为了可以尽可能多地从所述水流除去所述悬浮物质颗粒，如果所述分离装置具有至少一个邻接所述管状元件的漏斗状分离元件，则是有利的，所述漏斗状分离元件具有连接至所述流动通道的分离通道。为了减少在除去所述悬浮物质颗粒时湍流的发生，如果所述分离通道的纵向轴线相对于所述主流动方向以30°到70°的角，更优选地以45°到55°的角基本上布置在所述管状元件的切平面内，则是有利的。通过切向除去，极大地消除了所述分离装置对所述加压水管线中的流动的破坏性影响。实践上已经证明，如果所 述分离通道相对于所述主流动方向或所述管状元件的纵向轴线以具体为近似50°的角扭曲地布置在所述切平面中，则是特别有利的。为了能够可靠地将所述悬浮物质颗粒除去到所述分离通道中，如果在所述流动通道中设置基本从所述流动通道的中间延伸至所述分离通道的至少一个导向翼或导向曲面，则是有利的。因而，所述导向翼有助于除去所述悬浮物质颗粒，因为通过激发出的垂直流动方向而径向向外集中的所述悬浮物质颗粒被弓丨导到所述分离通道内。为了保持对水流的阻力最小，由此保持由于湍流等引起的损失最小，如果所述导向翼或导向曲面的曲率基本上对应于漩起的悬浮颗粒的速度矢量，则是有利的。为了确保在比较短的管区段中除去所述悬浮物质颗粒，如果所述管状元件具有至少两个在直径上相对的纵向狭缝，由此每个狭缝与分离元件的分离通道相连，则是有利的。当然，根据所述加压水管线的给定条件(诸如流动速度、直径等)，还可以设想在所述管状元件中设置多于两个的纵向狭缝，每个纵向狭缝都分配有一个分离元件，借助于所述分离元件除去所述悬浮物质颗粒。在背景技术中阐述的类型的方法中，带有悬浮物质颗粒的水流被被动地偏转向与主流动方向垂直的方向上，从而激发出水流的垂直于所述主流动方向延伸的流动分量，并且从加压水管线除去由于离心力而被径向向外携带的悬浮物质颗粒。通过根据本发明的方法，因而可以获得与通过根据本发明的呈现轴向旋流器形式的装置相同的优点，从而避免对上述实施方式的重复引用。
下面将借助于附图中示出的实施方式的优选实施例更详细地描述本发明，然而，本发明并不限于这些附图。具体地说，在附图中图I示出了其中设置有用于除去加压管线中的悬浮物质颗粒的装置的水力发电厂的示意图；图2示出了根据图I的装置的管状元件的纵向剖视图，该管状元件形成了流动通道；图3示出了在位于布置在流动通道中的插入元件的设置有用于使悬浮物质颗粒产生漩涡的偏转机构的区域中贯穿根据图2的管状元件的剖视图；图4示出了所述装置的立体图，该装置在偏转机构的区域中被部分地剖开；图5示出了示意图，其中可看见设置在插入本体上的偏转叶片的轮廓；图6示出了根据图2至图4中任意一幅图的管状元件的末端区段的细节图，为此该末端区段具有用于除去通过离心力作用而被径向向外携带的悬浮物质颗粒的分离装置；
图7示出了根据图6的管状元件的末端区段的视图；图8示出了根据图6和图7的末端区段的立体图；图9至图11示出了根据图6至图8的分离元件的侧视图、俯视图和立体图；图12示出了所述末端区段的分离段的立体图，其中设置了两个纵向狭缝，所述纵向狭缝用于连接至分离元件的分离通道；图13示出了末端区段的末 端段的侧视图，为此在组装状态下，插入在分离段内的末端区段的自由端部具有用于漩涡水流的导向翼；图14示出了根据图13的末端段的立体图；图15和图16均示出了末端区段的另选实施方式的视图，其中分离通道的纵向轴线在管状元件的切平面内相对于主流动方向倾斜；图17示出了根据图15和图16的末端区段的分离段；以及图18示出了根据图15和图16的末端区段23的末端段。
具体实施例方式图I示意性示出了水力发电厂I，通过该水力发电厂I以传统方式将水力能转换成电。水力发电厂2与加压水管线3相连接，该加压水管线被从水库供水，水以高势能水平保持在该水库中，由此在实施方式的所示实施例中，所述加压水管线3具有两个区段3’、3”，这两个区段具有不同倾斜率。该加压水管线3可以直接连接至水库的水，或者如图I中示意性所示，与传统的除沙沉降盆4连接，所述除沙沉降盆4用于除去诸如砂粒、沙子颗粒等之类的更粗糙的固体。当水库的水闸或关闭元件被打开时，水经由加压水管线3向下流动，并且根据落差h而获得流动能量，然后可以利用该流动能量操作设置在水力发电厂中的涡轮机。不利的是，即使在经过除沙沉降盆之后，特别是如果省略这种除沙沉降盆，则加压水管线3中的水流也会携带大量沉积物或悬浮物质颗粒，即诸如冰川淤泥、精细沙子颗粒等固体物质，这些物质对水力发电厂2的旋转部件造成巨大磨损。为了在水流到达水力发电厂2的易受磨损部件之前从水流中除去悬浮物质颗粒，根据本发明，在加压水管线3中布置用于除去悬浮物质颗粒，特别是精细和超精细颗粒的装置。在图I中仅示意性示出的装置5具有管状元件6,该管状元件6在其入口侧和出口侧连接至所述加压水管线。加压水管线3中的每个附加装置都必然增加水流的流动阻力，该流动阻力导致加压水管线3中的压力损失或可用落差h降低。为了在水流过该装置的同时保持在加压水管线3中发生的压力损失最小，装置5或管状元件6设置在加压水管线3的具有比较小的倾斜率的区段3’中。因而，在区段3’中仅仅克服小的落差h。流动能量的主要部分因而将在随后的区段3”中获得，在该区段3”中，水流涵盖到水力发电厂2的落差h的大部分。研究表明，即使加压水管线3的其中布置有用于除去悬浮物质颗粒的装置5的区段3’仅具有在0. 1%和0. 5%之间的倾斜率，通过根据本发明的装置也能够以小的压力损失非常有效地除去悬浮物质颗粒的大部分。图2示出了贯穿用于从水力发电厂I的加压水管线3除去悬浮物质颗粒的装置5的管状元件6的纵向截面。在管状元件6内有流动通道7，在该流动通道7对水进行引导。具有相对高含量的悬浮物质颗粒的水流经由入口 8吸入流动通道7中，该流动通道7的纵向范围确定在图2中以箭头表示的水流的主流动方向9。在进入装置5时，悬浮物质颗粒通常均匀地分布在水流的横截面区域上。在出口 10处，具有低比例的悬浮物质颗粒的水流被排走，该水流然后可以被供给至水力发电厂2。在流动通道7中，就呈现轴向旋流器形式的装置5的结构设计来说，设置了静止的被动漩涡产生装置11，通过该漩涡产生装置11激发出与水流的主流动方向9垂直的流动分量，即水流围绕流动通道7的中轴线12产生漩涡。漩起的悬浮物质颗粒受到与中轴线12垂直的径向向外指向的离心力。由于离心力的作用，在悬浮物质颗粒的径向分布上存在浓度梯度，由此随着距离中轴线12的距离增加，在流动通道7中悬浮物质颗粒变得越浓。水流的沿着管状元件6流动的具有高含量的悬浮物质颗粒的部分流动通过分离装置13而从流动通道7中除去。作为漩涡产生装置11，设置插入元件14，该插入元件14布置在流动通道7中。在插入元件14的表面上设置偏转机构15，通过该偏转机构15，沿着该偏转机构的水流被与主流动方向9垂直地偏转。水流以及包含在其中的悬浮物质颗粒的漩涡在没有可移动分量特别是旋转分量的情况下产生。偏转机构15的外部形状产生与主流动方向9垂直的流动路径，从而在经过插入元件12之后，除了在主流动方向9上的流动分量之外，水流还具有与所述主流动方向9上的流动分量垂直的流动分量。
在本发明的实施方式的所示实施例中，插入元件14具有三个区段或部分16、17、18，这三个区段或部分在组装状态下被刚性地连接至彼此。面向入口 8的末端区段16和面向出口 10的末端区段17朝向它们的自由端部横截面均变窄，有利地，插入元件14的近似流线型的通常为椭圆体形的形状仅表现出非常低的流动阻力。在末端区段16、17之间，具有基本上圆柱形的横截面恒定的中间偏转区段18。在中间偏转区段18的表面上，具有若干个(在所示实施例的情况下为八个)呈现叶片19形式的偏转机构。具有叶片19的中间偏转区段18的径向范围对应于管状元件6的内径，从而强制所有水流经过叶片19。如从根据图3的剖视图和/或根据图4的立体图可看到的，叶片19以规则的角度距离设置在偏转区段18的表面上。为了使沿着叶片19的流动最优化，所述叶片具有弧形曲率。图5示意性示出了借助于计算机模拟修改的叶片19的横截面轮廓。该轮廓的中线20根据三次贝塞尔曲线弯曲。从中线20开始，借助于贝塞尔支承点21，计算数据点22，以在流动特性方面使叶片19的侧边缘/侧表面的曲率最优化。图示的叶片轮廓使水流产生相对于主流动方向9测量的大约65°的偏转角的偏转。由于在压力装置的区段3’中的水流的相对低的流动速度，作用在悬浮物质颗粒上的离心力也相对较低，为了增加由偏转机构15产生的漩涡，管状元件16具有横截面不同的两个区段7’、7”。容纳插入元件14的面向入口 8的末端区段15或中间偏转区段18的第一区段7’具有比第二区段7”大的横截面面积，分离装置13设置在该第二区段7”中。在测试模型中，区段V中的近似44cm的直径和区段7”中的近似22cm的直径被证明是有利的。在真实发电厂中使用的尺寸当然可以超过这些尺寸。区段7’、7”的横截面面积的比大约为2: I。元件6的优选总长度至少为3到4m，由此在这种情况下插入元件具有近似Im的长度。在第一区段7’中，通过偏转机构15激发出垂直流动分量，根据角动量守恒原理，直径的减少导致与主流动方向9垂直的流体流的速度相应地增加。在不同横截面面积的区段7’、7”之间的过度区发生在流动通道7的管状元件6的缩减区段7”’中，该缩减区段7”’在主流动方向上毗邻插入元件14的偏转区段18。管状元件6的横截面从区段7’的横截面开始朝向区段7”的减小的横截面在缩减区段V”中连续地减小。插入元件14面对所述出口的末端区段17位于缩减区段7”’中，其中在包围插入元件14的末端区段17的缩减区段7”’中的管状元件6以使得流动通道7的没有插入元件14的横截面面积基本保持恒定的方式变窄。由此，如通过模拟所示的那样，能够防止出现气穴现象。如在图2中可看出的，流动通道7的没有插入元件14的横截面区域在缩减区段7”’中在主流动方向9上流为加宽，这允许横截面极大减少的区段7”中的水流的过度最佳，而不会有任何相关的湍流。管状元件6在缩减区段7”’中的轮廓符合五次多项式。用于从流动通道7中除去漩起的悬浮物质颗粒的分离装置13在管状元件6的单独末端区段23中设置在流动通道7的区段7”中，该末端区段23在组装状态下刚性地连接至管状元件6的其他部分。图6至图8均示出了末端区段23的视图。根据这些视图，该分离装置13具有邻接管状元件6的两个漏斗状或轴状的分离元件24，所述分离元件24在外部紧固至末端区 段23的分离段25，如图12所示。在每个分离元件24内都有连接至流动通道7的分离通道26。更具体地，如图7中所示，分离元件24相切地邻接末端区段23的分离段25，由此在图I至图14中所示的实施方式的实施例中，分离通道25的纵向轴线26’与主流动方向9垂直地布置。这样，可以与主流动通道9基本垂直地进行悬浮物质颗粒的除去，由此与在主流动方向9上分离相比，可以实现效率提高。图9至图11均示出了分离元件24的详细视图。分离元件24的侧壁27均具有根据管状元件6的外曲率弯曲的支撑表面27’，在组装状态下该支撑表面27’邻接分离段25。在分离元件24的前部上，有除去连接部28，通过该除去连接部28可以除去/处理悬浮物质颗粒-水混合物。该除去连接部28具有能够与对应的除去管线(未在图中示出)连接的外螺纹。如在图10中可以看到的，分离元件24的上壁29在除去连接部28的方向上变窄。图12示出了末端区段23的分离段25，该分离段25具有两个基本上偏移180°彼此相对布置的两个纵向狭缝，所述纵向狭缝在组装状态下均布置在分离元件24的分离通道26上。可以通过改变纵向狭缝30的尺寸，更具体地改变狭缝宽度而简单地调节悬浮物质颗粒-水混合物的数量。邻接分离段25，末端区段23具有末端段31，在图13和图14中分别以侧视图和立体图示出了该末端段31。在末端区段23的组装状态下，末端段31的背离出口 10的自由端部31’被推入分离元件25内并刚性地保持在分离段25上，如图6中可以看到的那样。端部31的自由端部31’具有两个导向翼31”，所述两个导向翼31”基本上从流通通道7的中部延伸至分离本体24的纵向狭缝30或分离通道26。导向翼31”的曲率基本上对应于漩起的悬浮物质颗粒的速度矢量，这允许以低流动能量损失有利地引导水流。在末端区段23的组装状态下，与邻接导向边缘32的纵向狭缝30的边缘33 —样，导向翼31”的导向边缘32是倾斜的(参见图12)，以便便于除去悬浮物质颗粒。在图15至图18中，示出了末端区段23的实施方式的特别优选的形式。如特别在图16和16中可以看出，分离通道26的基本上在管状元件6的切平面内延伸的纵向轴线26’相对于主流动方向9以大约50°的角布置，由此，可以实现非常有效地除去悬浮物质颗粒。另外，在轴状的分离元件24和比较长的除去连接部28之间，设置了连接件34，该连接件34在纵向方向上变窄，并且基本与分离元件24连续。这样，可以极大地改善从分离元件24到除去连接部28的过过渡部的流动条件。在图17中，示出了末端区段23的分离段25，该分离段25具有根据分离通道26的倾斜布置延伸的纵向狭缝30。 图18示出了末端区段23的末端段31，该末端段31允许有效地引导沿着分离通道26的方向的流动。
权利要求
1.一种用于从水力发电厂(2)的加压水管线(3)中的含有悬浮物质颗粒的水流中除去悬浮物质颗粒特别是精细和超精细颗粒的装置(5)，其特征在于，在所述加压水管线(3)中设置有形成流动通道(7 )的管状元件(6 )，其中所述流动通道(7 )基本上在所述加压水管线(3)的轴向方向上延伸，并且在所述流动通道(7)中布置静止的漩涡发生装置(11)，该漩涡产生装置(11)用于激发所述水流的与主流动方向(9 )垂直地流动的流动分量，并且在流动方向上所述漩涡产生装置(11)之后，设置有分离装置(13)，该分离装置(13)用于除去由于离心力而被径向向外携带的悬浮物质颗粒。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述加压水管线具有至少两个具有不同倾斜率的区段(3’，3”)，其中所述管状元件(6)设置在具有比较小的倾斜率的区段(3’)中。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，用于带有所述悬浮物质颗粒的水流的入口(8)与基本上清除了所述悬浮物质颗粒的水流的出口(10)之间的所述流动通道(7)的长度在5m和25m之间，并且所述入口(8)和所述出口( 10)之间的高度差在Im和15m之间。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的装置，其特征在于，作为所述漩涡产生装置(11)，设置优选居中地布置在所述管状元件(6)中的插入元件(14)，在该插入元件(14)的表面上设置偏转机构(15)，所述偏转机构(15)用于使沿着偏转机构(15)流动的流体流与所述主流动方向(9)垂直地偏转。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述插入本体(14)具有面向所述入口(8)的末端区段(16)和面向所述出口( 10)的末端区段(17)以及具有所述偏转机构(15)并具有基本上恒定的横截面的中间偏转区段(18)，面向所述入口(8)的末端区段(16)和面向所述出口(10)的末端区段(17)在横截面上均朝向所述自由端部逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述管状元件(6)具有至少两个不同的、横截面面积基本恒定的区段(7’，7”)，其中所述区段(7’，7”)的横截面面积的比优选在2.5:1和I. 5:1之间，更具体地基本为2:1。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在具有基本恒定横截面的两个区段(7’，7 ”)之间，所述管状元件(6 )具有缩减区段(7 ”’)，在该缩减区段(7 )中所述管状元件(6 )具有在所述主流动方向(9)上逐渐减小的横截面面积。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在围绕所述插入元件(14)的末端区段(17)的所述缩减区段(7”’)中，所述管状元件(6)以使所述流动通道(7)的自由横截面面积保持基本恒定的方式变窄。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，在所述缩减区段(7”’)中，所述管状元件(6)特别地根据η次多项式，优选根据五次多项式逐渐变细。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的装置，其特征在于，设置至少六个优选八个叶片(19)作为所述偏转机构(15)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述叶片(19)至少部分地具有弧形曲率。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述叶片(19)特别地根据η次优选是三次贝塞尔曲线弯曲。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述叶片(19)产生大约至少60°优选在65°和73°之间的偏转角的偏转。
14.根据权利要求I至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述分离装置(13)具有邻接所述管状元件(6)的至少一个漏斗状分离元件(24)，所述至少一个漏斗状分离元件(24)具有连接至所述流动通道(7)的分离通道(26)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述分离通道(26)的纵向轴线(26’)相对于所述主流动方向(9)优选以30°至70°的角，更具体地以45°至55°的角基本上布置在所述管状元件(6)的切平面内。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，在所述流动通道(7)中设置有至少一个导向翼(31”)，所述至少一个导向翼(31”)基本上从所述流动通道(7)的中部延伸至所述分离通道(26)。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述导向翼(31”)的曲率基本上对应于漩起的悬浮物质颗粒的速度矢量。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的装置，其特征在于，所述管状元件(6)具有 至少两个在直径上相对的纵向狭缝(30)，其中每个纵向狭缝(30)连接至分离元件(24)的分离通道(26)。
19.一种用于从水力发电厂的加压水管线(3)中的含有悬浮物质颗粒的水流中除去悬浮物质颗粒特别是沙子的方法，其特征在于，含有所述悬浮物质颗粒的水流被被动地偏转向与主流动方向(9)垂直的方向，从而激发所述水流的与所述主流动方向(9)垂直的流动分量，并且从所述加压水管线(3)中除去由于离心力而被径向向外携带的悬浮物质颗粒。
全文摘要
本发明涉及一种用于从水力发电厂(2)的加压水管线(3)中的含有悬浮物质颗粒的水流中除去悬浮物质颗粒特别是精细和超精细颗粒的装置(5)和方法，其中在所述加压水管线(3)中设置有形成流动通道(7)的管状元件(6)，其中所述流动通道(7)基本上在所述加压水管线(3)的轴向方向上延伸，并且在所述流动通道(7)中布置静止的漩涡发生装置(11)，以产生所述水流的与主流动方向(9)垂直的流动分量，并且在流动方向上所述漩涡产生装置(11)之后，设置有分离装置(13)，该分离装置(13)用于除去由于离心力作用而被径向向外携带的悬浮物质颗粒。
文档编号B04C3/00GK102762308SQ201180009451
公开日2012年10月31日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者利奥波德·宾德尔, 爱德华·杜亚克, 贝恩德·温德霍尔茨 申请人:维也纳技术大学