一種零碳排放的水庫清淤裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種零碳排放的水庫清淤裝置及其使用方法，本發(fā)明的水庫清淤裝置，其特征在于它包括清淤船、拉索直流電機、收索直流電機、拉簧、左橫定滑輪、右橫定滑輪、橫向循環(huán)索、左岸縱向循環(huán)索、右岸縱向循環(huán)索、輸沙管、左縱直流電機、右縱直流電機、左縱定滑輪、右縱定滑輪、輸沙管升降直流電機、絞吸頭升降直流電機、控制柜、太陽能板、蓄電池組、絞吸頭和收放鋼絲繩。本發(fā)明運用水壓能量絞吸排沙原理，利用水庫灌溉期間的流量和水庫大壩上下游水位差能量，直接將水庫泥沙通過絞吸頭和輸沙管排出到水庫下游，節(jié)省了二次運輸費用，同時利用太陽能和蓄電池驅(qū)動直流電機移動清淤船，實現(xiàn)了零碳排放。
【專利說明】一種零碳排放的水庫清淤裝置及其使用方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于水利機械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及用于清除水庫內(nèi)淤積泥沙的一種零碳排放的水庫清淤裝置及其使用方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)有的水庫多數(shù)是在20世紀50— 60年代興建的，缺乏有效的排沙設(shè)計，多年運行之后已普遍出現(xiàn)泥沙淤積現(xiàn)象，嚴重削減了水庫的興利庫容。水庫泥沙淤積使水庫庫容減小，降低蓄水能力，特別是西北地區(qū)，河流來沙量大，被泥沙淤積的水庫甚至完全喪失水庫功能。雖然水庫設(shè)計有排沙底孔，但只能將口門附近的泥沙排走，且大流量排沙浪費水資源。
[0005]目前采用排出庫底淤積泥沙的主要方式有:一是放干清淤，冬季降低水位，露出水面的泥沙被渣土車運走，花費大量運輸費用；二是采用水力清淤，在洪水期利用大流量的能量將泥沙從水庫排沙底孔排出，浪費寶貴的水資源；三是水下清淤，通過吸泥機械將高含沙水流輸送到沉淀池，清水回歸水庫，淤泥使用渣土車運走；四是水下清淤排淤一體化，利用壓力流或真空流將絞吸的泥沙通過輸沙管道排出水庫。前三種方式在推廣應(yīng)用中已形成產(chǎn)業(yè)，但耗能大、效率低，第四種方式充分利用水庫大壩上下游壓力差，將高含沙水流排出庫夕卜，為高效節(jié)能措施，正在研究和完善中。
[0006]對水庫清淤大多使用絞吸機械，使用柴油機絞吸庫底泥沙，并通過大功率泥漿泵和管道輸送泥沙到岸邊或水庫下游。這種清淤方法需要很高的能源，清淤船的功率一般在500KW以上，500KW柴油機每小時耗油130升，既消耗了能源，還污染了空氣。
[0007]選擇性水庫自動清淤系統(tǒng)，專利號201320577368，在水壩泄洪閘口至水庫中，安裝主水管，其長度以水庫容積為準，主水管連接若干吸淤管，每根吸淤管設(shè)若干吸淤口，在主水管中段設(shè)磁力閥門和變力浮標，泄洪閘開啟后，水庫中的水由于水壓而進入吸淤口，泥沙礫石混入水中也進入吸淤口，水與泥沙礫石進入吸淤管又進入主水管，又通過泄洪閘口而流出，吸淤口及吸淤管附近的泥沙礫石因被吸走而地勢變低，其周圍高處的泥沙礫石又會向低處流動，周而復(fù)始，水庫庫底的泥沙礫石即被清理減至最佳狀態(tài)，同時可根據(jù)水壓，通過磁力閥門與變力浮標，可提升變力浮標浮力打開磁力閥門或降低變力浮標浮力關(guān)閉磁力閥門，分段吸淤。這個設(shè)計要放空水庫鋪設(shè)管網(wǎng)，管網(wǎng)吸淤口的疏密不好確定，吸淤口的吸力不大，多年沉積板結(jié)的淤泥無法排出，清淤效果不佳。
[0008]如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為當水利機械【技術(shù)領(lǐng)域】中亟待解決的重點難題之
O
[0009]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種零碳排放的水庫清淤裝置，本發(fā)明運用水壓能量絞吸排沙原理，能夠直接將水庫泥沙通過絞吸頭和輸沙管排出到水庫下游，節(jié)省了二次運輸費用，同時利用太陽能和蓄電池驅(qū)動直流電機移動清淤船，實現(xiàn)了零碳排放。
[0011]根據(jù)本發(fā)明提出的一種零碳排放的水庫清淤裝置，其特征在于它包括清淤船、拉索直流電機、收索直流電機、拉簧、左橫定滑輪、右橫定滑輪、橫向循環(huán)索、左岸縱向循環(huán)索、右岸縱向循環(huán)索、輸沙管、左縱直流電機、右縱直流電機、左縱定滑輪、右縱定滑輪、輸沙管升降直流電機、絞吸頭升降直流電機、控制柜、太陽能板、蓄電池組、絞吸頭和收放鋼絲繩，其中:所述清淤船為水面浮體，其上安裝由控制柜操控的拉索直流電機、收索直流電機、輸沙管升降直流電機和絞吸頭升降直流電機；控制柜通過輸沙管升降電機和絞吸頭升降直流電機，操控絞吸頭和輸沙軟管由水庫底上移至水面的位移；收放鋼絲繩控制絞吸頭距離水庫底的高度以及絞吸頭的傾斜度；左岸縱向循環(huán)索套在左縱定滑輪和左縱直流電機上，通過左橫定滑輪使橫向循環(huán)索與左岸縱向循環(huán)索連接；右岸縱向循環(huán)索套在右縱定滑輪和右縱直流電機上，通過右橫定滑輪使橫向循環(huán)索與右岸縱向循環(huán)索連接；橫向循環(huán)索的一端連接拉簧繞過左橫定滑輪后在拉索直流電機上繞3圈，再繞過右橫定滑輪后在收索直流電機上繞多圈固定，收索直流電機控制橫向循環(huán)索的長度和繃緊度；左岸縱向循環(huán)索和右岸縱向循環(huán)索均為閉環(huán)設(shè)置，左縱直流電機控制左岸縱向循環(huán)索旋轉(zhuǎn)，右縱直流電機控制右岸縱向循環(huán)索旋轉(zhuǎn)，拉索直流電機控制橫向循環(huán)索旋轉(zhuǎn)；船頂上的太陽能板的各正極均與蓄電池組的正極并聯(lián)連接，太陽能板的各負極均與蓄電池組的負極并聯(lián)連接，裝置所有的直流電機的正極和負極均與控制柜連接，該控制柜與蓄電池組的正負極連接。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點在于:一是本發(fā)明運用水壓能量絞吸排沙原理，利用水庫灌溉期間的流量和水庫大壩上下游水位差能量，能夠直接將水庫泥沙通過絞吸頭和輸沙管排出至水庫下游，由控制柜自動操控進行三維移動，使得斷面線上5m范圍內(nèi)的泥沙被清吸干凈；且可實現(xiàn)全天候的連續(xù)工作，節(jié)省了二次運輸費用。二是本發(fā)明利用清淤船作為移動控制平臺，以控制柜為核心，自動操控船體左右橫向移動和前后縱向移動，并控制絞吸頭的上下移動，達到最大效率的清淤效果，并可在一個作業(yè)點完成后繼續(xù)新的斷面上清淤處理，機動性好。三是本發(fā)明利用太陽能和蓄電池驅(qū)動直流電機移動清淤船，實現(xiàn)了零碳排放，完全符合環(huán)境保護的要求。
[0013]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明提出的一種零碳排放的水庫清淤裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明提出的一種零碳排放的水庫清淤裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0018]結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明提出的一種零碳排放的水庫清淤裝置，它包括清淤船(I)、拉索直流電機(2 )、收索直流電機(3 )、拉簧(4 )、左橫定滑輪(5 )、右橫定滑輪(6 )、橫向循環(huán)索(7 )、左岸縱向循環(huán)索(8 )、右岸縱向循環(huán)索(9 )、輸沙管(10 )、左縱直流電機(11)、右縱直流電機(12)、左縱定滑輪(13)、右縱定滑輪(14)、輸沙管升降直流電機(15)、絞吸頭升降直流電機(16)、控制柜(17)、太陽能板(18)、蓄電池組(19)、絞吸頭(20)和收放鋼絲繩(21)，其中:所述清淤船(I)為水面浮體，其上安裝由控制柜(17)操控的拉索直流電機(2)、收索直流電機(3)、輸沙管升降直流電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16);控制柜(17)通過輸沙管升降電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16)，操控絞吸頭(20)和輸沙軟管(10)由水庫底上移至水面的位移；收放鋼絲繩(21)控制絞吸頭(20)距離水庫底的高度以及絞吸頭(20 )的傾斜度；左岸縱向循環(huán)索(8 )套在左縱定滑輪(13 )和左縱直流電機(11)上，通過左橫定滑輪(5 )使橫向循環(huán)索(7 )與左岸縱向循環(huán)索(8 )連接；右岸縱向循環(huán)索(9 )套在右縱定滑輪(14)和右縱直流電機(12)上，通過右橫定滑輪(6)使橫向循環(huán)索(7)與右岸縱向循環(huán)索(9 )連接；橫向循環(huán)索(7 )的一端連接拉簧(4 )繞過左橫定滑輪(5 )后在拉索直流電機
(2)上繞3圈，再繞過右橫定滑輪(6)后在收索直流電機(3)上繞多圈固定，收索直流電機
(3)控制橫向循環(huán)索的長度和繃緊度；左岸縱向循環(huán)索(8)和右岸縱向循環(huán)索(9)均為閉環(huán)設(shè)置，左縱直流電機(11)控制左岸縱向循環(huán)索(8)旋轉(zhuǎn)，右縱直流電機(12)控制右岸縱向循環(huán)索(9)旋轉(zhuǎn)，拉索直流電機(2)控制橫向循環(huán)索旋轉(zhuǎn)；船頂上的太陽能板(18)的各正極均與蓄電池組(19)的正極并聯(lián)連接，太陽能板(18)的各負極均與蓄電池組(19)的負極并聯(lián)連接，裝置所有的直流電機的正極和負極均與控制柜(17)連接，該控制柜(17)與蓄電池組(19)的正負極連接。
[0019]本發(fā)明所述一種零碳排放的水庫清淤裝置的進一步優(yōu)選方案是:所述太陽能板
(18)的電功率為每塊100W、每塊工作電壓為17.5V，將由該太陽能板(18)蓄能供電，驅(qū)動清淤船(I)在水庫區(qū)的水面移動；所述蓄電池組(19)為100AHU2V，以存蓄太陽能板的發(fā)電量；所述控制柜(17)采用PLC控制柜或變頻控制柜。
[0020]本發(fā)明所述一種零碳排放的水庫清淤裝置的使用方法，其特征在于它包括如下具體步驟:
步驟一，絞吸頭(20)位于水庫底，利用水庫上下游水力壓差將高含沙水流通過輸沙管輸送到水庫下游，由控制柜(17)操控清淤船(I)進行三維移動，并在零碳排放的條件下全天候連續(xù)工作；
步驟二，由清淤船(I)提供浮力吊提絞吸頭(20)在水下移動，控制柜(17)及其附件在庫區(qū)水面上運動，絞吸頭(20)在水庫底進行三維移動清除水庫內(nèi)所有泥沙；
步驟三，在水庫兩側(cè)設(shè)置左岸縱向循環(huán)索(8)和右岸縱向循環(huán)索(9)，由固定在地面基礎(chǔ)上的左縱定滑輪(13)和左縱直流電機(11)將左岸縱向循環(huán)索(8)繃緊，由固定在地面基礎(chǔ)上的右縱定滑輪(14)和右縱直流電機(12)將右岸縱向循環(huán)索(9)繃緊，由控制柜(17)操控左縱直流電機(11)和右縱直流電機(12 )運轉(zhuǎn)；
步驟四，清淤船(I)與左岸縱向循環(huán)索(8)和右岸縱向循環(huán)索(9)之間用開口橫向循環(huán)索(7)連接，橫向循環(huán)索(7) —端固定在拉簧(4)上，另一端經(jīng)左橫定滑輪(5)連接到驅(qū)動拉索直流電機(2)上，再經(jīng)右橫定滑輪(6)連接到繃緊收索直流電機(3)上，便于在左右岸縱向循環(huán)索不平行的情況下能夠繃緊；
步驟五，控制柜(17)為清淤船(I)的中樞指揮核心，其操控驅(qū)動拉索直流電機(2)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以控制清淤船(I)來回運動；其操控輸沙管升降直流電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16)，以控制絞吸頭(20)與水庫底的距離，從而控制絞吸頭(20)內(nèi)泥沙的濃度；
步驟六，控制柜(17 )操控拉索直流電機(2 )正反運轉(zhuǎn)，以控制清淤船(I)在橫斷面上自動來回移動，使斷面線上5m范圍內(nèi)的泥沙被清吸干凈；
步驟七，控制柜(17)和所有直流電機的用電電源線接到蓄電池(19)上，位于船頂?shù)奶柲?18)充電電源線接到蓄電池組(19)上給蓄電池補充電能；
步驟八，控制柜(17)操控輸沙管升降直流電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16)，將絞吸頭(20)和輸沙軟管(10)由水庫底上移到水面，然后加接延長輸沙軟管(10);操控左縱直流電機(11)和右縱直流電機(12 )運轉(zhuǎn)，分別控制左岸縱向循環(huán)索(8 )和右岸縱向循環(huán)索
(9)向前步進，使得清淤船(I)在新的斷面上繼續(xù)清淤。
[0021]以下結(jié)合本發(fā)明提出的一種零碳排放的水庫清淤裝置及其使用方法的具體實施過程來進一步說明本發(fā)明的實施例。
[0022]本發(fā)明的裝置，運用自動控制技術(shù)，在控制柜(17)的操控下，拉索直流電機(2)工作，驅(qū)動清淤船(I)橫向向左岸移動，到達左岸時，控制柜(17)監(jiān)測到清淤船(I)接近左橫定滑輪(5)時控制拉索直流電機(2)反轉(zhuǎn)，驅(qū)動清淤船(I)橫向向右岸移動；同理，清淤船Cl)到達右岸時，控制柜(17)監(jiān)測到清淤船(I)接近右橫定滑輪(6)時控制拉索直流電機(2 )正轉(zhuǎn)，驅(qū)動清淤船(I)橫向向左岸移動，如此循環(huán)往復(fù)，驅(qū)動清淤船(I)在水庫區(qū)斷面上移動，清除水庫底淤泥；所述控制柜(17)為PLC智能控制柜。
[0023]本發(fā)明的裝置，以清淤船(I)為移動控制平臺，以控制柜(17)為中樞核心，操控拉索直流電機(2 )運轉(zhuǎn)，控制清淤船(I)橫向移動，操控左縱直流電機(11)和右縱直流電機(12)運轉(zhuǎn)，控制清淤船(I)縱向移動，操控絞吸頭升降電機(16)運轉(zhuǎn)，控制絞吸頭(20)處于距離水庫底泥面的最佳高度。
[0024]本發(fā)明裝置的所有直流電機的工作電壓均為24V，由太陽能板(18)對蓄電池組
(19)進行充電，以保證清淤船(I)實現(xiàn)全天候不間斷地工作；其中:所述太陽能板(18)為每塊電功率為100W、每塊工作電壓為17.5V ;所述蓄電池組(19)為100AH、12V。
[0025]本發(fā)明的絞吸頭(20)有工作狀態(tài)傳感器，控制柜(17)實時監(jiān)測絞吸頭(20)的工作狀態(tài)，并通過輸沙管升降直流電機(15)調(diào)整絞吸頭(20)的傾斜度，通過絞吸頭升降直流電機(16)調(diào)整絞吸頭(20)的潛水深度，保證絞吸頭(20)始終正常工作。
[0026]本發(fā)明的裝置在一個5?10米的帶狀斷面范圍內(nèi)淤泥清除完畢，控制柜(17)操作輸沙管升降直流電機(15)、絞吸頭升降直流電機(16)運轉(zhuǎn)將吸泥頭(20)和輸沙軟管(10)吊起，加接延長6?12米輸沙軟管，操控左縱直流電機(11)和右縱直流電機(12)運轉(zhuǎn)，分別控制左岸縱向循環(huán)索(8)和右岸縱向循環(huán)索(9)向前步進5米，使清淤船(I)在新的斷面上繼續(xù)吸泥清淤工作，直到水庫底泥沙被全部清除完畢。
[0027]本發(fā)明的【具體實施方式】中凡未涉到的說明屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的公知技術(shù)，可參考公知技術(shù)加以實施。
[0028]本發(fā)明經(jīng)反復(fù)試驗驗證，取得了滿意的應(yīng)用效果。
【權(quán)利要求】
1.一種零碳排放的水庫清淤裝置，其特征在于它包括清淤船(I)、拉索直流電機(2)、收索直流電機(3)、拉簧(4)、左橫定滑輪(5)、右橫定滑輪(6)、橫向循環(huán)索(7)、左岸縱向循環(huán)索(8 )、右岸縱向循環(huán)索(9 )、輸沙管(10 )、左縱直流電機(11)、右縱直流電機(12 )、左縱定滑輪(13)、右縱定滑輪(14)、輸沙管升降直流電機(15)、絞吸頭升降直流電機(16)、控制柜(17)、太陽能板(18)、蓄電池組(19)、絞吸頭(20)和收放鋼絲繩(21)，其中:所述清淤船(I)為水面浮體，其上安裝由控制柜(17)操控的拉索直流電機(2 )、收索直流電機(3 )、輸沙管升降直流電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16);控制柜(17)通過輸沙管升降電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16)，操控絞吸頭(20)和輸沙軟管(10)由水庫底上移至水面的位移；收放鋼絲繩(21)控制絞吸頭(20)距離水庫底的高度以及絞吸頭(20)的傾斜度；左岸縱向循環(huán)索(8 )套在左縱定滑輪(13 )和左縱直流電機(11)上，通過左橫定滑輪(5 )使橫向循環(huán)索(7)與左岸縱向循環(huán)索(8)連接；右岸縱向循環(huán)索(9)套在右縱定滑輪(14)和右縱直流電機(12 )上，通過右橫定滑輪(6 )使橫向循環(huán)索(7 )與右岸縱向循環(huán)索(9 )連接；橫向循環(huán)索(7)的一端連接拉簧(4)繞過左橫定滑輪(5)后在拉索直流電機(2)上繞3圈，再繞過右橫定滑輪(6)后在收索直流電機(3)上繞多圈固定，收索直流電機(3)控制橫向循環(huán)索的長度和繃緊度；左岸縱向循環(huán)索(8)和右岸縱向循環(huán)索(9)均為閉環(huán)設(shè)置，左縱直流電機(II)控制左岸縱向循環(huán)索(8)旋轉(zhuǎn)，右縱直流電機(12 )控制右岸縱向循環(huán)索(9 )旋轉(zhuǎn)，拉索直流電機(2)控制橫向循環(huán)索旋轉(zhuǎn)；船頂上的太陽能板(18)的各正極均與蓄電池組(19)的正極并聯(lián)連接，太陽能板(18)的各負極均與蓄電池組(19)的負極并聯(lián)連接，裝置所有的直流電機的正極和負極均與控制柜(17)連接，該控制柜(17)與蓄電池組(19)的正負極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種零碳排放的水庫清淤裝置，其特征在于所述太陽能板(18)的電功率為每塊100W、每塊工作電壓為17.5V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種零碳排放的水庫清淤裝置，其特征在于所述蓄電池組(19)為100AH、12V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種零碳排放的水庫清淤裝置，其特征在于所述控制柜(17)為PLC控制柜或變頻控制柜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種零碳排放的水庫清淤裝置的使用方法，其特征在于它包括如下具體步驟: 步驟一，絞吸頭(20)位于水庫底，利用水庫上下游水力壓差將高含沙水流通過輸沙管輸送到水庫下游，由控制柜(17)操控清淤船(I)進行三維移動，并在零碳排放的條件下全天候連續(xù)工作； 步驟二，由清淤船(I)提供浮力吊提絞吸頭(20)在水下移動，控制柜(17)及其附件在庫區(qū)水面上運動，絞吸頭(20)在水庫底進行三維移動清除水庫內(nèi)所有泥沙； 步驟三，在水庫兩側(cè)設(shè)置左岸縱向循環(huán)索(8)和右岸縱向循環(huán)索(9)，由固定在地面基礎(chǔ)上的左縱定滑輪(13)和左縱直流電機(11)將左岸縱向循環(huán)索(8)繃緊，由固定在地面基礎(chǔ)上的右縱定滑輪(14)和右縱直流電機(12)將右岸縱向循環(huán)索(9)繃緊，由控制柜(17)操控左縱直流電機(11)和右縱直流電機(12 )運轉(zhuǎn)； 步驟四，清淤船(I)與左岸縱向循環(huán)索(8)和右岸縱向循環(huán)索(9)之間用開口橫向循環(huán)索(7)連接，橫向循環(huán)索(7) —端固定在拉簧(4)上，另一端經(jīng)左橫定滑輪(5)連接到驅(qū)動拉索直流電機(2)上，再經(jīng)右橫定滑輪(6)連接到繃緊收索直流電機(3)上，便于在左右岸縱向循環(huán)索不平行的情況下能夠繃緊； 步驟五，控制柜(17)為清淤船(I)的中樞指揮核心，其操控驅(qū)動拉索直流電機(2)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以控制清淤船(I)來回運動；其操控輸沙管升降直流電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16)，以控制絞吸頭(20)與水庫底的距離，從而控制絞吸頭(20)內(nèi)泥沙的濃度； 步驟六，控制柜(17 )操控拉索直流電機(2 )正反運轉(zhuǎn)，以控制清淤船(I)在橫斷面上自動來回移動，使斷面線上5m范圍內(nèi)的泥沙被清吸干凈； 步驟七，控制柜(17)和所有直流電機的用電電源線接到蓄電池(19)上，位于船頂?shù)奶柲?18)充電電源線接到蓄電池組(19)上給蓄電池補充電能； 步驟八，控制柜(17)操控輸沙管升降直流電機(15)和絞吸頭升降直流電機(16)，將絞吸頭(20)和輸沙軟管(10)由水庫底上移到水面，然后加接延長輸沙軟管(10);操控左縱直流電機(11)和右縱直流電機(12 )運轉(zhuǎn)，分別控制左岸縱向循環(huán)索(8 )和右岸縱向循環(huán)索(9)向前步進，使得清淤船(I)在新的斷面上繼續(xù)清淤。
【文檔編號】E02F3/90GK104264730SQ201410462917
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】舒大興 申請人:河海大學