本發(fā)明屬于水利工程的運行管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種移動式吸排沙裝置。

背景技術(shù)：

水庫、灌渠、湖泊和航道等淤積泥沙以后，需要清除淤積泥沙以維持工程的正常運行，挖泥船是目前主要的清淤設(shè)備之一。在挖泥船上安裝大功率的挖泥設(shè)備，在水面架設(shè)浮筒，在浮筒上安裝輸沙管道，將清除的泥沙輸移到遠(yuǎn)端的堆放地。挖泥船的設(shè)備投資大，運行成本高，多在經(jīng)濟效益較好的航道維護或吹填造地等方面采用；在恢復(fù)水庫庫容、減少湖泊淤積、維持灌渠正常運行等方面則因成本較高而難以實際應(yīng)用。

挪威GTO清淤公司開發(fā)了一種吸泥排沙裝置，其整體布置如圖1所示。該裝置采用鉸刀1將床面淤積的泥沙DS攪松、摻混成濃度很高的渾水，再用大功率的沙泵2抽取渾水，通過輸沙管5、虹吸管段7、排沙管8輸送至出口控制閥10，最終將渾水排出庫外；其中鉸刀1和沙泵2用鋼纜4懸掛在位于水面的工作船3上，根據(jù)淤積泥沙的清理情況移動鉸刀1和沙泵2在床面上的位置；輸沙管5的一端與沙泵2相連、另一端連接位于壩頂?shù)暮缥芏?，輸沙管5的水平段用浮筒6支撐在水面上，鎮(zhèn)墩9沿壩側(cè)壁間隔設(shè)置、起到固定排沙管8的作用，排沙管8的一端與虹吸管段7相連、另一端與位于壩底的出口控制閥10相連。印度默拉納水庫采用了該裝置，取得了良好的效果；我國引進了該裝置，也有自行研發(fā)的類似裝置。此類裝置的鉸刀1和沙泵2都需要很大的動力(大于200千瓦)，將渾水從庫底提升到壩頂亦需要很大的能量，所以該裝置的有效功率一般在300千瓦以上；當(dāng)水面低于壩頂較多時，虹吸管段7會產(chǎn)生很大的負(fù)壓，容易產(chǎn)生氣蝕，影響裝置的穩(wěn)定運行，在虹吸管段頂端形成氣囊還會降低裝置的效率；該裝置的鉸刀1和沙泵2都有高速轉(zhuǎn)動的部件，在高濃度的渾水中磨損很快，需要經(jīng)常更換，所以其運行成本也很高，一般以蓄水為主的中小水庫都難以采用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種移動式吸排沙裝置，該裝置安全可靠、操作簡單、成本低廉、排沙效果顯著。

一種移動式吸排沙裝置，用于清除水庫或渠道底部的淤積泥沙，包括懸掛鋼纜、牽引鋼絲繩、浮球和出口閥，其特征在于，該裝置還包括吸沙首部和輸沙軟管；其中，吸沙首部和輸沙軟管均布設(shè)在淤沙床面上，吸沙首部的進口端位于清水區(qū)，輸沙軟管的上游端與吸沙首部的出口端相連、輸沙軟管的下游端與大壩底部用于控制排沙流量的出口閥相連，吸沙首部通過懸掛鋼纜懸掛在水面的工作船上，輸沙軟管通過牽引鋼絲繩與水面的浮球相連；吸沙首部用于從進口端抽取清水后形成高速水流，該高速水流沖刷淤沙床面并在吸沙首部內(nèi)部形成高含沙水體，在水庫或渠道水面與出口閥之間的水頭差作用下所述高含沙水體由吸沙首部出口端進入輸沙軟管并從出口閥排出。

所述的吸沙首部包括潛水泵、進水管、射流管、吸沙管、導(dǎo)流罩和保持吸沙首部平衡的平衡浮筒；其中，作為吸沙首部進口端的進水管進口端位于清水區(qū)、進水管另一端與潛水泵的進口端相連，射流管的上游端穿過導(dǎo)流罩后與潛水泵的出口端相連，作為吸沙首部出口端的吸沙管下游端穿過導(dǎo)流罩后與輸沙軟管的上游端相連，懸掛鋼纜固定在導(dǎo)流罩上；所述吸沙管固定于射流管的正上方，平衡浮筒固定在吸沙管的正上方，射流管、吸沙管和平衡浮筒的軸線互相平行且均位于同一豎直平面內(nèi)；在吸沙管的下半管壁上均勻開有射流孔，清水經(jīng)潛水泵作用后形成的高速水流從射流孔射出；在吸沙管的下半管壁上對稱設(shè)有吸入高含沙水體的吸沙縫；射流孔所在長度范圍的射流管及吸沙縫所在長度范圍的吸沙管下半管壁均位于導(dǎo)流罩內(nèi)部，導(dǎo)流罩使吸沙管僅吸入導(dǎo)流罩內(nèi)部的高含沙水體而避免吸入導(dǎo)流罩外的清水。

本發(fā)明的特點及效果：

本發(fā)明的一種移動式吸排沙裝置，采用潛水泵抽水高速沖刷淤沙床面攪起泥沙，在導(dǎo)流罩下面形成高濃度的含沙水體，在水庫或渠道水面與出口閥之間水頭差的作用下由吸沙首部進入輸沙軟管進出口閥排入下游。其主要效果表現(xiàn)在：潛水泵靠近床面，只需提供攪沙射流的動能，能耗很?。粚?dǎo)流罩避免其上部的清水進入吸沙管，吸沙管只吸入導(dǎo)流罩下部的高含沙水體，清淤效率高；平衡浮筒保持吸沙首部垂直向下，避免吸沙首部傾斜時清水從導(dǎo)流罩翼板翹起的一側(cè)進入吸沙管；從進水管豎直段頂部抽取的清水可以有效減少潛水泵的磨損，降低運行成本；可調(diào)節(jié)長度的輸沙軟管自然躺臥在淤沙床面上，減少了水面架設(shè)管道的成本；靠水頭差自動吸排沙，不需額外增加排沙的能量。

附圖說明

圖1是挪威GTO清淤公司開發(fā)的一種吸泥排沙裝置的整體布置圖。

圖2是本發(fā)明移動式吸排沙裝置的整體結(jié)構(gòu)布置圖。

圖3是本發(fā)明移動式吸排沙裝置的吸沙首部的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖2和附圖3及實施例對本發(fā)明的一種移動式吸排沙裝置進行詳細(xì)說明；后文約定以水流方向分上下游，面向下游分左右。

本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)布置如圖2所示，本裝置用于清除水庫或渠道底部的淤積泥沙，包括吸沙首部、懸掛鋼纜23、輸沙軟管20、、牽引鋼絲繩25、浮球26和出口閥Valve；其中，吸沙首部和輸沙軟管20均布設(shè)在的淤沙床面DS上，吸沙首部的進口端位于清水區(qū)，輸沙軟管20的上游端通過法蘭21與吸沙首部的出口端相連、輸沙軟管20的下游端與大壩底部用于控制排沙流量的出口閥Valve相連，吸沙首部通過懸掛鋼纜23懸掛在水面WL的工作船24上，在輸沙軟管20上隔一定間距系一根牽引鋼絲繩25，牽引鋼絲繩25的另一端用浮球26牽引至水面；吸沙首部從進口端抽取清水后形成高速水流，該高速水流沖刷淤沙床面并在吸沙首部內(nèi)部形成高含沙水體，在水庫或渠道水面與出口閥Valve之間的水頭差作用下所述高含沙水體由吸沙首部出口端進入輸沙軟管20并從出口閥Valve排出。

所述吸沙首部的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括潛水泵11，進水管12，圓形射流管14，圓形吸沙管15，由導(dǎo)流罩上游端擋板17、導(dǎo)流罩下游端擋板18、導(dǎo)流罩左翼板19L、導(dǎo)流罩右翼板19R組成的導(dǎo)流罩，和保持吸沙首部平衡的平衡浮筒22；其中，進水管12為L型圓管，其進口端作為吸沙首部的進口端位于清水區(qū)、進水管12的水平段端部通過法蘭13與潛水泵11的進口端相連，射流管14的上游端穿過導(dǎo)流罩上游擋板17后與潛水泵11的出口端用法蘭13相連，作為吸沙首部出口端的吸沙管15下游端穿過導(dǎo)流罩下游擋板18后通過法蘭21與輸沙軟管20的上游端相連，懸掛鋼纜固定在導(dǎo)流罩左、右翼板上；所述吸沙管15位于射流管14的正上方，平衡浮筒22通過立柱固定在吸沙管15的正上方，射流管14、吸沙管15和平衡浮筒22的軸線互相平行且均位于同一豎直平面內(nèi)，該豎直平面稱為吸沙首部的中垂面；在射流管14的下半圓管壁上均勻設(shè)有多個圓形射流孔，清水經(jīng)潛水泵11作用后形成的高速水流(流速在10m/s左右為宜)從射流孔射出(即射流)；在吸沙管15下半圓管壁上中心角60度處對稱設(shè)有兩條吸入高含沙水體(含沙量可達(dá)到200kg/m³)的吸沙縫16，用于直接吸入其下部射流管14攪起的高含沙水體；射流孔所在長度范圍的射流管14及吸沙縫16所在長度范圍的吸沙管15下半圓管壁，均位于導(dǎo)流罩內(nèi)部，吸沙管15的上半圓管壁凸出于導(dǎo)流罩頂部，為增大吸沙首部的結(jié)構(gòu)強度，吸沙管15的上游端、射流管14的下游端分別被導(dǎo)流罩上游擋板17、導(dǎo)流罩下游擋板18封閉；導(dǎo)流罩使吸沙管15僅吸入導(dǎo)流罩內(nèi)部的高含沙水體而避免吸入導(dǎo)流罩外的清水，從而提高清淤效率。

所述導(dǎo)流罩的功能是保證吸沙管只吸入射流攪起泥沙形成的高含沙水體，避免導(dǎo)流罩外部的清水進入吸沙管；導(dǎo)流罩的形狀以高含沙水體能從吸沙管下方平順進入吸沙管為宜。本實施例的導(dǎo)流罩為開口向下的半圓柱形殼體，其頂部開有剛好供吸沙管15穿過的通長水平切口，導(dǎo)流罩翼板19L、19R為對稱設(shè)置的圓弧形板，其圓弧半徑為吸沙管15半徑的2倍，圓弧上口(即導(dǎo)流罩頂部的水平切口)位于吸沙管15管壁外側(cè)的中部，圓弧下口與射流管14的底部齊平；導(dǎo)流罩上游端擋板17的橫截面為由兩側(cè)對稱設(shè)置的圓弧及中部凸起的圓弧構(gòu)成的組合形狀，兩側(cè)圓弧的尺寸與導(dǎo)流罩翼板19L、19R的圓弧尺寸相同，中部圓弧的尺寸與吸沙管15上游端的上半圓管壁尺寸相同，在導(dǎo)流罩上游端擋板17的底部還設(shè)有供射流管14穿過的圓孔；導(dǎo)流罩下游端擋板18為由兩側(cè)對稱設(shè)置的圓弧及中部內(nèi)凹的圓弧構(gòu)成的組合形狀，兩側(cè)圓弧的尺寸與導(dǎo)流罩翼板19L、19R的圓弧尺寸相同，中部圓弧的尺寸與吸沙管15下游端的下半圓管壁尺寸相同。

所述吸沙縫16和導(dǎo)流罩翼板19L、19R的長度相等，射流管14除與導(dǎo)流罩翼板相等的長度外，還需要增加穿出導(dǎo)流罩上游端擋板17與潛水泵法蘭13相連的長度，吸沙管15則需要增加與輸沙軟管20的上游端法蘭21連接的長度；吸沙管15的直徑根據(jù)工程需要設(shè)計，參考取值范圍100～4000mm，兩個導(dǎo)流罩翼板的長度為20倍吸沙管15的直徑，吸沙縫16的寬度取吸沙管15直徑的0.1倍。

導(dǎo)流罩、射流管14和吸沙管15采用不銹鋼材料加工，將三者按設(shè)計的相對位置焊接后形成一個高強度的結(jié)構(gòu)整體，射流管管壁厚度應(yīng)滿足支撐潛水泵11的強度要求。平衡浮筒22用不銹鋼板焊接而成，其浮力(容積)大致為吸沙首部重量(容積)的一半。

所述輸沙軟管20一般為多節(jié)加鋼絲筋的橡膠管或塑料管連接而成，每節(jié)長度為6～20m，每節(jié)兩端配有連接法蘭，通過增加或減少軟管的節(jié)數(shù)改變輸沙軟管的長度。

出口閥Valve為普通商用設(shè)備，用于控制排沙流量，位于大壩Valve的下部，出口閥的進口端與輸沙軟管20下游端的法蘭相連，出口閥的出口端通向大壩下游河道。

本裝置在修建大中型水庫時，同步修建出口閥Valve，預(yù)留與輸沙軟管20的接口法蘭，需要應(yīng)用時由潛水員將輸沙軟管20的下游端法蘭與之連接即可；對于小型水庫或渠道，則可根據(jù)需要放空后修建。

本發(fā)明裝置的工作過程及工作原理：

根據(jù)需要排沙的位置設(shè)計輸沙軟管20的長度和走向，將其自然沉放在淤沙床面上，由水面工作船24用懸掛鋼纜23將吸沙首部拉到設(shè)定的排沙位置，放松懸掛鋼纜23，吸沙首部自然沉放在淤沙床面上，在平衡浮筒22的作用下使吸沙首部中垂面始終保持豎直的平衡狀態(tài)；開啟出口閥Valve并控制排沙流量，用潛水泵11抽取進水管12進口端(即豎直段頂部)附近的清水，通過射流管14高速沖刷淤沙床面DS攪起淤積的泥沙，在導(dǎo)流罩的內(nèi)部形成高含沙水體，在水庫或渠道水面WL與出口閥Valve中心之間的水頭差的作用下，高含沙水體從吸沙管15進入輸送軟管20、通過出口閥Valve穿過大壩Dam排向下游河道。在吸、排沙的過程中，吸沙首部隨淤沙的排出而自動下沉，始終靠近淤沙床面，導(dǎo)流罩的開口向下，導(dǎo)流罩外的清水不會進入吸沙管15，吸沙管15將一直維持吸入導(dǎo)流罩內(nèi)部由射流管14攪起的高含沙水體。

在一個區(qū)域完成清淤后，在工作船24上用懸掛鋼纜23移動吸沙首部，用輔助船拉起浮球26懸掛的牽引鋼絲繩25，與吸沙首部協(xié)調(diào)移動輸沙軟管20，即可在水庫或渠道內(nèi)的不同區(qū)域自動清淤；當(dāng)需要延長或縮短輸沙軟管20時，在工作船24上用懸掛鋼纜23將吸沙首部拉出水面，斷開輸沙首部與輸沙軟管20上游端的法蘭21，增加或減少軟管的節(jié)數(shù)，與吸沙首部連接后重新放回淤沙床面、調(diào)整位置后即可進行吸、排沙操作。

本發(fā)明的裝置具體實施例：

導(dǎo)流罩翼板19L、19R的長度為6000mm，射流管14的長度為6200mm,伸出導(dǎo)流罩上游端擋17的200mm長度處安裝法蘭；吸沙管15的長度為6200mm,伸出導(dǎo)流罩下游端擋板18的200mm長度處安裝法蘭。吸沙管15的直徑為1000mm；吸沙管15下部兩側(cè)中心角60度處開設(shè)兩條吸沙縫16、縫寬100mm、長度6000mm，面積1.2m²。

吸沙管15正下方的射流管14的直徑為200mm，下半圓開直徑20mm的多個射流孔，射流速度10m/s。潛水泵11的功率20千瓦，直接為射流管14提供高速射流。

輸沙軟管20直徑為1000mm，斷面0.785m²，管內(nèi)平均流速3.20m/s，流量2.5m³/s。高含沙水體的含沙量200kg/m³，日清淤量4.3萬噸、年運行116天、可清除淤沙500萬噸。

該實施例適用于三峽、小浪底等大型水庫，對于小型水庫或渠道，吸沙管15的直徑可減少一個數(shù)量級；取吸沙管15的長度1000mm、直徑100mm，輸沙軟管20直徑100mm、斷面0.00785m²，管內(nèi)平均流速2.55m/s，流量0.020m³/s。高含沙水體的含沙量200kg/m³，日清淤量0.034萬噸、年運行147天、可清除淤沙5萬噸。