CN101560780B - 深水水下开挖装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水水下开挖装置，主要包括浮体、潜水电动机、潜水泥浆泵、吸头，所述潜水电动机吊挂于浮体底面且悬浮于水中，潜水电动机底端依次连接连轴器、轴套止水装置、潜水泥浆泵，潜水泥浆泵上连接排泥管和吸泥管，排泥管与大气相通，所述浮体上垂直连接一固定升降杆，固定升降杆的底端连接弯头，吸泥管经弯头连接吸头。本发明结构简单，施工方便，工期短，能耗低，工作效率高，且无需依靠吊车或龙门吊等配合施工，降低施工成本，运输、安装、操作、维护方便，适用于各种深水水下开挖。

Description

深水水下开挖装置

技术领域

本发明涉及一种清淤、疏浚设备，主要是适用于水下深基坑开挖、深水不排水开挖土方、大型沉井下沉水下开挖、江海取砂、灌注桩内取砂等施工工程中的水下开挖装置。

背景技术

随着基坑、深井开挖等水利工程的迅猛发展，受作业深度限制，对开挖装置的要求越来越高。现有技术中，对基坑、深井开挖特别是对超深井的排水土方开挖下沉普遍采用空气吸泥机、潜水砂石泵、抓斗式挖泥机等机械设备进行施工。

空气吸泥机是由空气压缩机输送足够风量进入吸泥机的风包内，并向吸泥机管内喷射，形成圆锥型高速气流向排泥管出口排放，从而带走吸泥管和排泥管中的泥水和空气，而在吸泥机下部造成负压，产生吸力，将泥砂、石块和水吸入吸泥管，随同高压气流连续不断排出排泥管外，从而达到除土的目的。但空气吸泥机在作业时空气能量损耗大，需要大型的动力设备保证提供足够的动能，耗电量巨大；施工作业时，必须要依靠吊车或龙门吊配合施工，施工不方便，增加了成本投入。

潜水砂石泵工作时一般设置在作业的最下端，这对潜水砂石泵防水要求相当高，一但漏水，维修起来比较麻烦；潜水砂石泵长期在深水区施工作业，对机械的磨损大，机械的使用寿命大大降低；潜水砂石泵也要投入吊车和龙门吊配合施工，增加了施工的复杂程度。

专利申请号为200710119274.2和200410023299.9中泥浆泵的使用不能充分利用其吸程和扬程，不能发挥最大功率，浪费能源，成本高；专利号为200520045961.0的深水疏浚装置，公开了一种利用抽压气机和压力泵进行深水疏浚的装置，该技术虽然能满足深水疏浚要求，但结构复杂，配套设备多，维修不便，不适宜推广使用。

发明内容

为了克服现有技术中结构复杂，配套设备多，施工难度大，施工成本高，功率利用率低，浪费能源等不足，本发明的目的是提供一种结构简单，施工维修简便，无需大型配套设施，能量损失低，大幅度节约施工成本，工作效率高，吸泥量大的深水水下开挖装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：深水水下开挖装置主要包括浮体、潜水电动机、潜水泥浆泵、吸头，其特征在于潜水电动机悬浮于水中且吊挂于水面上浮体的底面，潜水电动机依次连接连轴器、轴套止水装置、潜水泥浆泵，潜水泥浆泵连接排泥管和吸泥管，排泥管与大气相通，吸泥管经弯头连接吸头。潜水泥浆泵悬浮于水中，通过调节泥浆泵水下深度，充分利用泥浆泵的吸程和扬程，发挥泥浆泵最大功率，可增加开挖深度，适用场合多、范围广；泥浆泵与吸头间的吸泥管采用橡胶软管，一次性接管后可以开挖十几米深而不需要再接管，改变施工过程中全部采用硬管因高差而引起的能量损失。

进一步地，所述浮体上垂直连接固定升降杆，固定升降杆连接弯头，弯头水下位置高于潜水泥浆泵，弯头与潜水泥浆泵连接的吸泥管中产生虹吸，加快了泥浆泵吸泥速度，固定升降杆可定位稳定地放置吸头并保持吸头水下工作平衡，配合潜水泥浆泵可直观地调节弯头、吸头水下位置，操作简单，提高了装置工作效率，能耗损失低，节约能源，安全性能高。

再进一步地，吸头包括两端开口的内管和外管，内管与弯头连接，外管套接固定于内管外，外管与内管相套的管隙中设有螺旋引水环，内管下端管壁上开有多个引流开口。吸头水下工作时，水体受吸头内管中吸力，在内外管间螺旋引水环产生螺旋锥形水流，从引流开口下冲，可破土吸泥，不产生管道堵塞现象，吸头管道即使埋在泥里也不可能引起堵管，提高吸泥效率，其结构合理，管道防堵效果好，无须附加能源，降低了使用成本。

本发明利用水头气压差、虹吸原理，通过潜水泥浆泵和独特的吸头结构以及结合软管和硬管的优点，将深水泥沙混合物吸出，能开挖80米水下泥土，出管含泥量在12％～20％，充分发挥泥浆泵最大功率，不仅能缩短施工工期，能量损耗低，在施工过程中能节约许多能源，而且无需依靠吊车或龙门吊等配合施工，施工方便，降低施工成本，工作效率高。本发明结构简单，运输、安装、操作、维护方便，使用成本低，施工过程中维修机械、接管方便，无须将设备全部吊离水中，适用于各种场合的基坑、深水开挖的清淤、疏浚水利工程，特别适用于超深井沉井下沉土方开挖的施工工程中。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例的结构示意图；

图3为本发明的吸头的立体结构示意图。

图中：潜水电动机1，连轴器2，轴套止水装置3，潜水泥浆泵4，浮体5，排泥管6、61，吸泥管7，弯头8，固定升降杆9，吸头10，接力泵11，内管12，外管13，螺旋引水环14，引流开口15。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1中所示的一个实施例，深井水下开挖装置包括浮体5、潜水电动机1、潜水泥浆泵4、排泥管6、吸泥管7、吸头10，浮于水面上的浮体5为一操作平台，其底面吊挂悬浮于深水中的潜水电动机1，潜水电动机1经连轴器2、轴套止水装置3连接潜水泥浆泵4，潜水泥浆泵4上连接排泥管6和吸泥管7，排泥管6与大气相通，吸泥管7经弯头8连接吸头10，弯头8上连接固定升降杆9，固定升降杆9露出水面的杆体垂直连接于浮体一侧。

计算实例：

在下表给出的计算实例，依据公式：H*ρ≥(H-h)*δ*f，公式中ρ为水的比重、δ为泥水混合物比重、f为泥水混合物在管道中平均摩擦阻力、H为开挖深度、h为泥浆泵水面下深度。在这个计算式中ρ、δ、f、这三个参数是固定的，在已知开挖深度H下，通过改变潜水泥浆泵在水下的深度(h值)来改变吸泥管的排水量，从而确定潜水泥浆泵在水下的最佳位置，让潜水泥浆泵在工作时产生的离心力作用与水头压力差产生的流速相互平衡，尽量减少潜水泥浆泵的能量损耗，让潜水泥浆泵的能量充分利用，把损耗降到最低。另外，水头压力差和负压要满足0.6个大气压才能让泥水混合物达到一定流速，从吸泥管里吸出。本发明可根据需要开挖深度，选择适当的泥浆泵，通过调节泥浆泵在水下的深度，达到最佳工作效率。

本计算实例采用扬程12m、吸程80m的潜水泥浆泵，泥水混合物比重1.12×10³Kg/m³，泥水混合物在管道中平均摩擦阻力1.1。

图2中所示本发明的另一个实施例，依据以上计算公式和计算实例，开挖超深深度时，按泥沙混合物的性质和选用的泥浆泵功率，潜水泥浆泵4的排泥管6可连接一接力泵11，接力泵11设置于浮体5上，接力泵11连接排泥管61。

图3中所示的吸头10，包括内管12、外管13、螺旋引水环14，内管12外套接外管13，外管与内管套接的内管外壁上由上至下设有螺旋引水环14，外管上管口低于内管上管口，内管下端口设有多只引流开口15，外管下管口低于引流开口高度且高于内管下管口。

工作时，将潜水电动机1、连轴器2、轴套止水装置3和潜水泥浆泵4、吸头10、吸泥管7、固定升降杆放入水下，并使吸头10处于深水开挖处，再将连接弯头8的固定升降杆9伸出水面的杆体连接于浮体5一侧即可开挖，按开挖的深度要求调节潜水泥浆泵4和弯头8的水下深度，实现深水水下开挖。

Claims (2)

1.一种深水水下开挖装置，主要包括浮体(5)、潜水电动机(1)、潜水泥浆泵(4)、吸头(10)，其特征在于：所述潜水电动机(1)吊挂于浮体(5)底面且悬浮于水中，潜水电动机(1)底端依次连接连轴器(2)、轴套止水装置(3)、潜水泥浆泵(4)，潜水泥浆泵(4)上连接排泥管(6)和吸泥管(7)，排泥管(6)与大气相通，吸泥管(7)经弯头(8)连接吸头(10)；所述浮体(5)上垂直连接固定升降杆(9)，固定升降杆(9)连接弯头(8)。

2.根据权利要求1所述的深水水下开挖装置，其特征是：所述吸头(10)包括两端开口的内管(12)和外管(13)，内管(12)与弯头(8)连接，外管(13)套接固定于内管(12)外，外管与内管相套的管隙中设有套于内管外壁的螺旋引水环(14)，内管下端管壁上开有多个引流开口(15)。

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