本發(fā)明屬于水下鋪砂技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置。

背景技術(shù)：

目前，隨著經(jīng)濟全球化的迅猛發(fā)展使得填海造地工程越來越多，在填海造地工程中需要通過吹填完成水下鋪砂。以往采取的施工工藝主要有在吹填區(qū)建造圍堰，通過耙吸船直接進行吹填，完成填海鋪砂。這種施工工藝的缺陷主要是吹填區(qū)鋪砂濃度與砂土粒徑分布不均勻，造成后期建筑物地基基礎(chǔ)軟硬分布不均勻。尤其對于機場建設(shè)，對地基軟硬分布均勻度要求很高，這種耙吸船直接吹填的工藝不能滿足要求。另外的施工工藝是在耙吸船吹填口接開放式水下鋪砂裝置，這種裝置是在耙吸船吹填口接一個開放式導(dǎo)流板，使得耙吸船出口的泥砂沿著導(dǎo)流板軌跡流動完成鋪砂。這種開放式的鋪砂裝置，在一定程度上提高了鋪砂均勻度，但由于其裝置是開放型設(shè)計，砂漿沿導(dǎo)流板在水下的流動控制性很差，難以解決泥砂的擴散與溢流問題，鋪砂均勻度不能得到很好的保障，同時容易造成水體污染等一系列問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置。

本發(fā)明的目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，施工環(huán)保，可控性高，單程鋪砂面積大，均勻度高，操作成本低，鋪砂效率高等特點的環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置。

本發(fā)明包括進口圓管，過渡管，矩形管，擴散段和內(nèi)部長短導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，整個鋪砂裝置采用全封閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計。鋪砂裝置的進口圓管與吹砂設(shè)備如耙吸船、絞吸船等的吹填口相連接，在進行水下鋪砂施工時，具有一定濃度的水砂混合而成的砂漿由吹砂設(shè)備的吹填口進入鋪砂裝置。鋪砂過程中砂漿完全在封閉的鋪砂裝置內(nèi)流動，可以避免水下鋪砂施工對水體環(huán)境的污染。

鋪砂裝置的進口圓管為圓形斷面，與吹砂設(shè)備的吹填口相連。砂漿進入鋪砂裝置的進口圓管以后，將流入鋪砂裝置的過渡管。過渡管的橫向截面由圓形逐漸過渡到矩形，其截面面積保持不變。過渡管內(nèi)部依據(jù)水動力學(xué)原理采用流線型設(shè)計，保證砂漿流動的通暢性，減小水力損失。過渡管與矩形管相連，矩形管的截面形狀完全為矩形，其截面面積依舊保持不變，在進口圓管，過渡管和矩形管內(nèi)砂漿并不經(jīng)歷擴散的過程。矩形管之后是擴散段，在矩形管出口即擴散段入口處開始布置長導(dǎo)流板，過渡管截面形狀由圓形過渡到矩形可以保證擴散段內(nèi)導(dǎo)流板更均勻的布置。

鋪砂裝置擴散段的設(shè)計需要滿足三點要求，一是實現(xiàn)單程大面積鋪砂功能，二是實現(xiàn)均勻鋪砂的功能，三是避免砂土沉降發(fā)生堵管。在擴散段內(nèi)依據(jù)合理的水動力學(xué)原理設(shè)計，這三點要求通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)。首先，通過擴散式結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)單程大面積鋪砂功能。擴散式結(jié)構(gòu)形式，砂漿從進口到出口，在寬度方向尺寸逐漸增大，呈喇叭形擴散。擴散段在寬度方向的尺寸將大幅度擴大，大大提高了單程的鋪砂面積，提高了鋪砂效率。這一擴散式的設(shè)計，除了實現(xiàn)了單程大面積鋪砂的功能外，還大大降低了出砂口的流速，減少了對已鋪砂底床的沖擊。其次，通過內(nèi)部布置導(dǎo)流板實現(xiàn)均勻鋪砂的功能。鋪砂裝置的擴散段截面形狀為矩形，在擴散段入口矩形截面處開始布置多個長導(dǎo)流板，將擴散段的流動通道劃分成若干個分支流道，對流入擴散段的砂漿進行分流，使得寬度方向上能夠保證流量的均分，實現(xiàn)均勻鋪砂的功能。同時，在各個分支流道內(nèi)又布置了短導(dǎo)流板，可以進一步提高鋪砂均勻度。擴散段內(nèi)長短導(dǎo)流板的布置有以下特點，各個流動分支通道的過流面積按照從中心向兩側(cè)以一定比例系數(shù)增大的趨勢設(shè)計，用以抵消擴散效應(yīng)引起的中心區(qū)域鋪砂量大，兩側(cè)鋪砂量小的后果，實現(xiàn)均勻鋪砂。最后，通過高度方向扁嘴式收縮結(jié)構(gòu)保證免砂土沉降發(fā)生堵管。由于擴散段內(nèi)過流面積不斷增大，砂漿的流速在不斷減小，為了保證砂漿的流速不能低于臨界沉降流速，避免砂土在裝置通道內(nèi)發(fā)生沉降，產(chǎn)生堵管的嚴重后果，擴散段內(nèi)的過流面積不能太大。為了達到這一要求，鋪砂裝置的擴散段在高度方向從進口到出口成收縮式的設(shè)計，在保證整個鋪砂裝置擴散段橫截面積逐步加大的同時，又要兼顧過流面積不會太大，砂漿混合物的流速不能太低，以免發(fā)生沉降堵管。

砂漿在通過擴散段后，其流速在可控范圍內(nèi)，在減少對已鋪砂底床的沖擊的同時避免砂土發(fā)生沉降堵管，最終實現(xiàn)了環(huán)保的大面積高效率均勻的鋪砂功能。

本發(fā)明環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置所采取的技術(shù)方案是：

一種環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置，其特點是：環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置由進口管、過渡管、矩形管、擴散段和內(nèi)部導(dǎo)流板構(gòu)成，進口管連接過渡管，過渡管連接矩形管，矩形管連接擴散段，擴散段設(shè)有內(nèi)部導(dǎo)流板，進口管、過渡管、矩形管和擴散段構(gòu)成封閉的鋪砂管道。

本發(fā)明環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置還可以采用如下技術(shù)方案：

所述的環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置，其特點是：進口管為圓管，過渡管為圓形管過渡到矩形管，擴散段從進口到出口，在寬度方向尺寸逐漸增大，呈喇叭形擴散，出口斷面的寬度方向尺寸比進口斷面寬度方向尺寸增大5-40倍。

所述的環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置，其特點是：鋪砂裝置的擴散段，從進口到出口，在高度方向尺寸逐漸減小，呈扁嘴形收縮。

所述的環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置，其特點是：擴散段內(nèi)部導(dǎo)流板分為長導(dǎo)流板和短導(dǎo)流板，長導(dǎo)流板分隔出的流動通道內(nèi)又布置了短導(dǎo)流板，短導(dǎo)流板使得各分支流道內(nèi)的砂漿二次分流，進一步提高了鋪砂的均勻度。

所述的環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置，其特點是：擴散段內(nèi)部長導(dǎo)流板和短導(dǎo)流板為垂直方向排布。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，施工環(huán)保，可控性高，單程鋪砂面積大，均勻度高，操作成本低，鋪砂效率高等優(yōu)點，可取得良好的經(jīng)濟效益，并能應(yīng)用于其他類似特種工程船舶上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、進口圓管；2、過渡管；3、矩形管；4、擴散段；5、短導(dǎo)流板；6、長導(dǎo)流板。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

參閱附圖1至圖3。

實施例1

一種環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置，由進口管、過渡管、矩形管、擴散段和內(nèi)部導(dǎo)流板構(gòu)成，進口管連接過渡管，過渡管連接矩形管，矩形管連接擴散段，擴散段設(shè)有內(nèi)部導(dǎo)流板，進口管、過渡管、矩形管和擴散段構(gòu)成封閉的鋪砂管道。進口管為圓管，過渡管為圓形管過渡到矩形管，擴散段從進口到出口，在高度方向尺寸逐漸減小，呈扁嘴形收縮，在寬度方向尺寸逐漸增大，呈喇叭形擴散，出口斷面的寬度方向尺寸比進口斷面寬度方向尺寸增大20倍。擴散段內(nèi)部垂直方向布置長導(dǎo)流板，長導(dǎo)流板分隔出的流動通道內(nèi)又垂直方向布置了短導(dǎo)流板，短導(dǎo)流板使得各分支流道內(nèi)的砂漿二次分流，進一步提高了鋪砂的均勻度。

本實施例的具體結(jié)構(gòu)及其工作過程：

結(jié)合附圖1至圖3。一種環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置，在進行水下鋪砂作業(yè)時，其進口圓管1與吹砂設(shè)備如耙吸船、絞吸船等的吹填口相連。由吹砂設(shè)備吹填口吹出的具有一定濃度的水砂混合砂漿從進口圓管1進入鋪砂裝置。在一定水壓差的作用下，砂漿以一定流速進入過渡管2，過渡管2的截面形狀由圓形逐步過渡到矩形，并保持截面面積不變。過渡管2之后是矩形截面的矩形管3，矩形管3的截面面積保持不變。砂漿流出矩形管3后將進入擴散段4，在擴散段4內(nèi)布置有長導(dǎo)流板6和短導(dǎo)流板5。依據(jù)水動力學(xué)原理設(shè)計，在實施例中共布置了七個長導(dǎo)流板6和八個短導(dǎo)流板5。其中，長導(dǎo)流板6的起始位置位于矩形管3的出口處，而短導(dǎo)流板5的起始位置與矩形管3的出口處有一定距離。七個長導(dǎo)流板6和八個短導(dǎo)流板5分隔出的各個分支流道的橫截面積，按照從中心到兩側(cè)以一定比例系數(shù)增大的規(guī)律布置。在擴散段4內(nèi)，由于寬度方向的擴散作用，使得整個擴散段的過流面積從入口到出口逐漸增大，砂漿的流速逐步降低，在擴散段出口處，砂漿的流速降低到設(shè)計要求范圍內(nèi)，這樣可以避免對已鋪砂底床的沖擊。鋪砂裝置出口處在寬度方向上尺寸大幅度擴大，大大增加了鋪砂面積，提高了鋪砂效率。而通過擴散段4內(nèi)部長導(dǎo)流板6和短導(dǎo)流板5的分流導(dǎo)流作用，使得在鋪砂裝置出口處在寬度方向上砂漿的濃度分布更加均勻，提高了鋪砂均勻度。同時，在保證寬度方向尺度盡可能大的擴散，提高鋪砂面積的要求下，在高度方向尺寸的收縮設(shè)計，使得整個擴散段的過流面積從入口到出口逐漸增大的同時又控制在一定范圍內(nèi)，使得擴散段的過流面積不會太大，使得砂漿保持一定流速，保證砂漿的流速不會低于砂土顆粒的沉降速度，不會發(fā)生堵管。

該環(huán)保的水下封閉擴散式水力鋪砂裝置與吹砂設(shè)備如耙吸船、絞吸船等聯(lián)合使用，可以完成高效率的大面積水下環(huán)保鋪砂作業(yè)，能取得良好的經(jīng)濟效益，并能應(yīng)用于其他類似特種工程船舶上。

本實施例具有所述的結(jié)構(gòu)簡單，施工環(huán)保，可控性高，單程鋪砂面積大，均勻度高，操作成本低，鋪砂效率高等積極效果，具有取得良好的經(jīng)濟效益，并能應(yīng)用于其他類似特種工程船舶上。