本發(fā)明涉及從水下沉積物中去除淤泥。

背景技術：

淤泥會隨時間推移而積聚在如水槽或水池等人工水容器的底部，或者積聚在諸如湖泊和海洋等天然水域的底部。淤泥的去除有望增加水量或水流動，去除淤泥中所包含的污染物，以及收集淤泥以用作資源或為其它原因。

淤泥源可能是天然的，例如來自懸浮于水中的顆粒的沉淀，或者可能是人工的，例如由于采礦或鉆探。淤泥可能包括具有良好限定的尺寸或一系列尺寸的顆粒。尺寸或尺寸范圍可能在不同沉積物之間有顯著不同。淤泥的結構內(nèi)可能包含不同比例的水。由于沉積的模式，導致淤泥可能是均勻的或分層的。由于沉積后的物理或化學過程，顆粒可能結合在一起成為結合塊或者它們可能僅通過重力而保持在一起。在該說明書中，術語“淤泥”還應當視為包括稠密液體和半固體，如石蠟，這些稠密液體和半固體本質上不是顆粒狀的，但是具有相似的特性，尤其是易于利用加壓水使它們流體化。

需要去除的淤泥的一個實例是存儲有核廢物的池底部的聚積物。池是人工構造的，因此底部可假設為平坦且平直的，但是無法排除落入池中的較大物品的存在。因為這種淤泥是放射性的，因此其需要高效的收集和小心的處置，這必須在遠離人類操作者的存在的地方來實現(xiàn)。這種淤泥趨向于在長時間內(nèi)緩慢地積聚并且因此是分層的且可能相對較強地結合。在該情形下去除淤泥的先前的嘗試已經(jīng)實現(xiàn)了不足15％的差收集率。

需要去除的淤泥的另一實例是由于在鉆探和抽出過程中已經(jīng)流出的材料而在油井或氣井周圍的海底上產(chǎn)生的聚積物。在該情形下的淤泥趨向于較軟，但是結構差，并且可以形成深的沉積物。沉積物所在的天然海底可能是不平的，其輪廓很可能是未知的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了如權利要求1所限定的用于從水下沉積物中去除淤泥的裝置。

本發(fā)明進一步提供了如權利要求18所限定的從水下沉積物中去除淤泥的方法。

本發(fā)明的優(yōu)選而非必要的特征限定于從屬權利要求中。

本發(fā)明首先使用刀板來切入淤泥，隨后利用水射流對著刀板的表面進行作用以將淤泥流體化且將其朝向收集腔室的后部運送。因為淤泥在位于腔室內(nèi)之前未經(jīng)流體化，所以有效地收容流體化后的淤泥，且能夠實現(xiàn)極高的收集率。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于去除淤泥的裝置的俯視圖。

圖2是圖1的裝置的變型例的前視正視圖。

圖3是穿過圖2的裝置的沿線A-A截取的縱向剖視圖。

圖4是圖3的一部分的放大圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于去除淤泥的裝置的側面正視圖。

圖6是圖5的裝置的沿線B-B截取的剖視圖。

具體實施方式

圖1至圖4示出了本發(fā)明的第一實施例，其是用于從諸如核廢物儲存池等人工水槽的平坦底部去除分層淤泥的裝置。該裝置包括殼體2，該殼體限定了向前方向(由箭頭3所指示)以及相反的向后方向。在該實施例中，向前方向和向后方向是水平的，且平行于池的底部(未示出)。

圖1與圖2至圖4的區(qū)別之處在于具有較大數(shù)量的切割盤4和射流14，16。這些區(qū)別不影響該裝置的操作原理，圖1至圖4將被描述為本發(fā)明的單個實施例。

將首先概要地描述該裝置的本實施例的操作。隨著裝置在淤泥表面上向前移動，在裝置前部的橫排的切割盤4豎直地切入淤泥的表面中。橫向切割刀板5從殼體2的底側伸出，從而隨著裝置向前移動，切割刀板5的切割邊緣7水平地切入淤泥的表面中以分離一層淤泥且將該層淤泥導向到殼體2的內(nèi)部。

入口6將處于高壓的水從外部源輸送到歧管8，歧管8橫向地橫過該裝置在切割刀板5附近延伸。第一組噴嘴10沿著歧管排列以將加壓水的成排的第一射流14向后導向到切割刀板5的表面上。第一射流14將收集的淤泥流體化且將其帶向殼體的后部。第二組噴嘴12沿著歧管排列以將加壓水的成排的第二射流16向后朝向殼體2的頂部導向。第二射流16輔助將流體化淤泥帶向殼體2或后部。射流泵18從殼體2的后端去除水和流體化淤泥且將它們輸送到出口20以便在裝置外進一步處理。

殼體2提供了用于所有其它構件的結構支撐。前壁22、頂壁和底壁23，24以及側壁25，26限定了收集腔室28。收集腔室28在殼體2的后部朝向端口30漸縮。在圖示的實施例中，頂壁23和底壁24以及左右側壁25，26均朝向端口30會聚，但是它們不必都這樣。殼體通常將由鋼板形成，但是對于特定的應用，材料的選擇會受淤泥的性質影響，例如受淤泥的pH值或放射性影響。

切割刀板5從殼體2的底壁24中的開口以微小角度(例如，10°)伸出。優(yōu)選地，切割刀板5是安裝到殼體上的單獨的構件，這允許其由不同的且耐磨損的材料制成。還可行的是，當切割刀板5磨損時，更換切割刀板5?？商娲兀懈畹栋?可以由殼體底壁24的向下翻轉部形成。切割刀板5的切割邊緣7優(yōu)選地是筆直的，但是弓形刀板也是可行的。切割刀板5與殼體底壁24的主平面之間的三角形間隙可以在每側由三角形側壁(未示出)閉合以防止在流體化淤泥進入收集腔室28之前流體化淤泥的溢出。

一排切割盤4在殼體2前方沿著橫向的、水平軸線排列，使得每個切割盤4處于大體豎直平面內(nèi)。切割盤4可以安裝到共同的軸上或者每個切割盤4可以安裝成能夠獨立地旋轉。切割盤4可通過轉動軸而被驅動進而旋轉，或者切割盤4可以響應于裝置在淤泥表面上的向前移動而被動地旋轉。切割盤4包括圍繞它們周邊的刀片，刀片可以是連續(xù)的或者分段成齒。切割盤4的作用是在淤泥被裝置的水平切割刀板5提起之前將淤泥的上層切成縱條。切割盤4的下緣因此應當在殼體2的底壁24的平面下方伸出至至少如切割刀板5一樣遠。切割盤4之間的間距部分地確定了由切割刀板5提起且由射流14流體化的淤泥塊的尺寸。因此，在較硬的、更固結的淤泥沉積物的情況下，可能需要間距較小。

可以提供具有適當間距的柵格(未示出)以防止大于某尺寸的物體通過切割刀板5上方的開口進入收集腔室28，這些物體包括可能落入池中且耐受切割盤4切割的固態(tài)物體。

歧管8沿著切割刀板5的線在殼體的寬度上延伸。第一組噴嘴10沿著歧管8排列以將來自歧管的加壓水射流14引導通過收集腔室28而撞到切割刀板5的與殼體2的內(nèi)部面對的表面32上。每個噴嘴10是狹縫的形式，使得射流是扇形的，且射流的橫截面在與切割刀板5的切割邊緣7平行的方向上的范圍比其在垂直方向上的范圍更大。扇形射流14從噴嘴10的發(fā)散角典型地大于30°，但是如果相鄰噴嘴更近，則該發(fā)散角可以更小。射流14應當無間隙地在連續(xù)線上與切割刀板5的表面32相遇。如圖4所看到的，射流14的線優(yōu)選地撞到刀板5的靠近尖端(例如在邊緣7的10mm內(nèi))的表面32。

射流14相對于刀板表面以給予向后運動分量的入射角撞到刀板表面32。入射角可被選為適應于通過射流來流體化且?guī)ё叩挠倌嗟男再|。對于強結合的淤泥，近似垂直于表面32的更陡峭的入射角可有望促進良好的流體化。對于未固結淤泥，可著重于朝向腔室28的后部清掃淤泥，因此較淺的入射角會更高效。在圖4中，角度是130°，落入115°至135°的典型范圍內(nèi)。小于95°的任意角度都不大可能具有足以將流體化淤泥帶到腔室后部的動量，大于175°的任意角度都不大可能提供相對于表面32的充分的碰撞。注意，這些入射角是在射流14的中心線與刀板的表面32之間測得的，利用了如下慣例：0°的角代表了朝向裝置前方的與刀板表面平行的射流，180°代表了朝向裝置后方的與刀板表面平行的射流。

將水輸送到噴嘴10的壓力的選擇主要是通過淤泥的固結性、噴嘴10的構造和射流14從噴嘴到刀板表面32所不得不經(jīng)過的水的長度來確定的。對于未固結淤泥，5巴(0.5MPa)的壓力可能是足夠的，而對于強結合的淤泥，可能需要超過1000巴(100MPa)的壓力。在使用期間可以調節(jié)壓力以適應所發(fā)現(xiàn)的狀況，這受限于噴嘴10的級別。

對于某些類型的淤泥(例如，石蠟)，可以對加壓水進行加熱以輔助流體化過程。類似地，水可能包含添加劑，或者諸如溶劑等流體可替代水來使用。

第二組噴嘴12沿著歧管8排列而將來自歧管的加壓水的射流16朝向殼體2的頂壁23引導通過收集腔室28。而且，優(yōu)選的是，噴嘴12應當形成扇形射流16，這些射流16融合成連續(xù)線。然而，不必要的是，射流16撞到頂壁23上，因為在該位置處不會發(fā)生顯著的淤泥流體化。第二噴嘴12無需與第一噴嘴10具有相同的設計。第二噴嘴12可以沿著第二歧管(未示出)設置，這將允許獨立地選擇第二噴嘴的位置或供應給第二噴嘴的水的壓力。更方便地，第一噴嘴和第二噴嘴可以沿著歧管8交替地排列，如圖2所示。第二射流16相對于頂壁23具有向后運動分量，由此第一射流和第二射流共同朝向位于收集腔室28的后部的端口30產(chǎn)生水流和流體化淤泥流。兩排扇形射流14，16有效地防止任何流體化淤泥溢出到殼體的前方或者經(jīng)過殼體2的底壁24中的開口。

泵18連接在端口30與出口8之間以從收集腔室28中去除水和流體化淤泥。圖1中的泵18是射流泵，受來自入口6的通過支路34輸送的加壓水驅動?？梢蕴娲厥褂闷渌愋偷谋?，如離心泵或浸漬泵(macerating pump)。泵的流量應當可調以適應射流14，16的可變流。端口30的尺寸和泵的容量應當被選擇為適應能夠進入收集腔室28且幸免于流體化過程的最大的泵。

裝置正常情況下以殼體2的底壁24抵靠在淤泥沉積物的表面上。遠程操作的牽引器單元(未示出)將裝置在表面上向前驅動，使得頂層淤泥被切割刀板5刮起，被流體化且收集在收集腔室28中。牽引器單元可以推動或拉動裝置；推動是優(yōu)選的，因為其有助于將切割刀板5嵌入淤泥中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，牽引器以往復運動方式來驅動裝置是高效的，重復進行向前推幾毫米然后退回較短的距離。

當淤泥沉積物已經(jīng)幾乎完全去除時，重要的是切割刀板5的切割邊緣7應當不在池的底部接觸底面。該裝置因此被提供了能夠沿著底部行進的前后支撐輪36，38。前輪36未顯示在圖3中，但是它們繞軸39旋轉。軸39的高度可以是能調節(jié)的，以確保刀板5的尖端與底部之間的正確偏移40。

圖5和圖6示出了本發(fā)明的第二實施例，其是用于從未分層且可能不位于平直的底部上的深沉積物中去除淤泥的裝置。該裝置尤其適合用于軟的、未固結淤泥。

該裝置包括殼體52，該殼體52限定了向前方向(由箭頭53指示)以及相反的向后方向。在該實施例中，向前方向和向后方向通常是豎直的，該裝置在其自身重量作用下從吊車降下或者主動地下推至塊狀淤泥沉積物中，但是如果裝置被推動，則實際上可以以任何取向來使用該裝置。如同第一實施例，往復移動可應用于裝置或者可以使用高達超聲頻率的振動來輔助刀板通過淤泥。

殼體52包括收集腔室54，收集腔室54由側壁55，56和端壁57包圍但是通常朝向前方向開口。收集腔室54朝向后端的端口58漸縮，從該端口58，可以通過泵(未示出)將水和流體化淤泥去除以便在裝置外進一步處理?？梢蕴峁┚哂羞m當間距的柵格(未示出)以防止大于某尺寸的物體通過開口進入收集腔室54。

中央凸臺60在端壁57之間橫跨收集腔室54延伸。刀板62通過收集腔室54的開口從凸臺60向前伸出。刀板62可以與凸臺60成一體或者可以是安裝到凸臺60上的單獨的構件，當?shù)栋迥p時，可以任選地更換刀板。

隨著裝置向前移動，向前刀板62切入塊狀淤泥，將淤泥偏轉到刀板62的各側且進入收集腔室54的開口。側壁55，56的前邊緣充當也穿透淤泥且將淤泥的一部分引入收集腔室54的切割刀板64，65。如果淤泥足夠軟，則切割刀板64，65無需特別尖銳。如圖6所示，優(yōu)選的是切割刀板64，65應當在向前方向上略微會聚以促進相對于未擾動的淤泥的良好密封。這有助于防止正在收集腔室54內(nèi)循環(huán)的流體化淤泥的溢出。

入口(未示出)將處于高壓的水從外部源輸送到沿著中央凸臺60延伸的歧管66。第一組噴嘴68沿著歧管66的一側排列以將加壓水的成排的第一射流69導向到一個切割刀板64的表面(即，側壁55)上。第二組噴嘴70沿著歧管66的另一側排列以將加壓水的成排的第二射流71導向到相對的切割刀板65的表面(即，另一側壁56)上。該裝置因此關于其中心線呈鏡像對稱，但是可行的是該對稱被第一噴嘴68和第二噴嘴70沿著歧管8的長度的交替設置而略微破壞。

如第一實施例中，射流69，71優(yōu)選地從噴嘴68，70散開而形成不間斷線，在該不間斷線上，射流撞到側壁55，56上。而且，如第一實施例中，射流69，71在側壁55，56上的入射角可以有大的變化，只要射流相對于側壁的表面具有向后方向的運動分量從而使得從側壁反彈的射流應當朝向收集腔室54的后部運送流體化淤泥即可。