CN101693243A - 大管径污水管道清淤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大管径污水管道清淤系统及方法，它具有一井下清淤小船及地上操作系统，一充气橡胶闸门和地上充放气装置。所述井下清淤小船包括船体和安装在船体上的水下搅拌装置，井下清淤小船通过缆绳和控制线与地面操作控制系统连接，作业时由水下搅拌装置将管道底部的淤泥搅起。清淤小船工作前将充气橡胶闸门放到被清淤管段下游管道中并充气使得被清淤管段中水位上升以便清淤小船作业。地面上设操作系统以控制清淤小船在管道中作业。清淤小船在一个管段中完成作业后便将小船从管道中提出，同时将充气橡胶闸门中的空气放掉且将橡胶闸门从管道中取出。之前在工作管道中累积的污水便迅速流走，被搅起的淤泥也被一同冲走，管道淤泥得以清除。本系统可实现大管径污水管道的清淤，被清淤管道管径在1m以上，且不用人工下到管中操作，设备处理能力强，体积小，灵活，成本及运行费用低，工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于市政给排水管网工程技术领域，具体涉及针对大管径污水管道的清淤技术。
背景技术
随着城市规模的扩大和用水量的不断增多，城市的排水量也越来越大，排水管道管径也越来越大，目前我国的排水管道管径最大已达3m以上，大管径污水管道清淤工作也日益繁重。
目前国内外主要清淤方法有绞车清淤法、高压水射流清淤法和水冲刷清淤法。它们都有各自的缺点和不足：绞车清淤法适用各种管径的管道，但该法需要人工下井送竹片，井下非常恶劣的工作环境给工人带来极大不便，危害工人的健康，甚至会危害工人的生命；高压水射流清淤法由于成本过高和冲刷效果的原因，通常只限于用于小于1.3m直径的管道，难以在大管径管道中推广；水冲刷清淤法要求管道本身必须有一定流量，淤泥不宜过多(20％左右)，且上游的水不能从其它支路流走，同时保证不使上游水回流进入附近建筑物，适用范围也大为受限。
另外还有通沟机清淤和Sielwolf系统清淤，其中通沟机清淤要求管壁规则光滑且污物不能太多，且在大管径管道中难以操作；而Sielwolf清淤系统体积庞大且价格昂贵，使用也大为受限。
以上这些方法都有各自的不足，且都不太适合大管径污水管道的清淤。
发明内容
本发明针对以上现有管道清淤方法和设备存在的问题，以及对大管径污水管道清淤的不适用性，提出一种大管径污水管道清淤系统及方法，实现对大管径污水管道的清淤，且无需人员下到管中作业，设备简单，成本及运行费用低，体积小，操作灵活。
本发明提出的一种大管径污水管道清淤系统具有以下结构：
它具有一井下清淤小船和地面操作控制系统，一圆柱形充气橡胶闸门和地面充放气装置，它们共同形成一个人工地上操作，清淤小船管中清淤作业的系统。
所述井下清淤小船包括船体和安装在船体上的水下搅拌装置，井下清淤小船通过缆绳和控制线与地面操作控制系统连接。船体上还安装有摄像头，摄像头通过信号线连接地面的摄像头显示控制屏或通过无线方式与地面的摄像头显示控制屏通讯。
所述地面操作控制系统包括缆绳、滑轮组、导杆、绞车以及控制箱，所述导杆与检查井或地面相对固定，所述滑轮组安装在导杆上，缆绳通过滑轮组分别连接船体和绞车，控制箱通过控制线连接水下搅拌装置。
所述充气橡胶闸门包括充气橡胶皮囊和定位机构，所述充气橡胶皮囊充气后的外径大小与被清淤管段下游管段的内径相等，所述充气橡胶皮囊的中心有容污水横向通过的圆形过水孔，过水孔位于充气橡胶皮囊的中心，孔径为充气橡胶皮囊外径的0.6～0.8倍，过水流量大时取上限，过水流量小时取下限；所述定位机构将充气橡胶皮囊与检查井进行相对固定。所述地面充放气装置通过空气软管与充气橡皮气囊连接。
利用上述清淤系统进行清淤工作的方法如下：
第一步：通过闸门控制杆将未充气的橡胶闸门放到待清淤管段下游的管道中，然后通过地上空气充放装置向橡胶闸门充气，过程中地面上的工作人员把住闸门控制杆以防止未充满气的橡胶闸门被水流冲走。
第二步：待清淤管道中的水位上升到一定高度后将清淤小船从待清淤管段上游的检查井中放到污水管中，架好导杆，理好缆绳。
第三步：启动清淤小船上的高速防水电机，搅拌螺旋桨在电机的带动下开始作业将管底的淤泥搅起，工作过程中清淤小船上的摄像头将拍摄的污水管中的情况传到地面上的摄像头显示控制屏，地上工作人员通过观察显示控制屏来操作绞车，通过缆绳根据需要不断地调节管中清淤小船的位置和方向。
第四步：一个工作管段完成搅动作业后，关闭电动机，将清淤小船从管道中提出并将充气橡胶闸门中的空气迅速放掉取出橡胶闸门。之前在被清淤管道中累积的污水便迅速流走，同时被搅起的淤泥随水流冲走。一个工作管段的清淤作业完成，转入下一个工作管段。
本发明的优点如下：
本发明适用于大管径污水管道的清淤，无需人员下到管中作业，清淤过程简单且淤泥采用流体输送方式耗能少，设备体积小，操作灵活，造价低，清淤效果好。且因配有摄像头等设备，本设备除了用于清淤外还可以用作探测装置下井进入污水管中探测污水管中的淤积和破损情况。
附图说明
图1是本清淤系统的工作原理图；
图2是本清淤系统中清淤管段上游检查井平面示意图；
图3是本清淤系统中清淤管段下游检查井平面示意图；
图4是本清淤系统中清淤小船的结构示意图；
图4A是清淤小船的平面图；
图4B是图4A的A-A剖面图；
图4C是图4A的B-B剖面图；
图5是本清淤系统中导杆构造示意图；
图6是本清淤系统中圆柱形充气橡胶闸门的结构示意图；
图6A是圆柱形充气橡胶闸门的平面示意图；
图6B是图6A的C-C剖面图；
图6C是图6A的D-D剖面图。
图中：1-高速防水电机 2-搅拌螺旋桨
3-浮箱 4-连接角钢
5-浮箱支架 6-摄像头
7-缆绳 8-缆绳整合器
9-滑轮 10-30°弯头
11-连接三通 12-导杆
13-控制箱 14-摄像头显示控制屏
15-绞车 16-导杆支撑
17-清淤管道 18-充放气装置
19-空气软管 20-闸门控制杆
21-90°连接弯头 22-球形万向接头
23-连接四通 24-可伸缩支撑骨架短管
25-充气橡胶皮囊 26-孔洞
27-清淤管段上游检查井 28-清淤管段下游检查井
29-下游管道
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本清淤系统包括井下清淤小船、清淤小船地上操作系统、充气橡胶闸门以及充气橡胶闸门地上充放气装置。
1、井下清淤小船，结合图1和图4的图4A、图4B和图4C：它由两个浮箱3通过四根连接角钢4连接而成，四根连接角钢固定在两浮箱的浮箱支架上。清淤小船上装有高速防水电动机1、搅拌螺旋桨2和四个摄像头6。
浮箱3形状为长条形，高速防水电动机1和搅拌螺旋桨2装在两浮箱3的中间，搅拌螺旋桨2的方向斜向下即螺旋桨连接杆与水平面成一定夹角向下伸进水中，角度可取60°。四个摄像头6分别安装在两个浮箱的两头，摄像头均朝向小船的外侧，可与小船纵向方向成45°夹角。
井下清淤小船工作时位于清淤管道17中，螺旋桨在电动机的带动下旋转搅动时将淤泥搅起，同时也提供一个使小船向前行走的推动力。螺旋桨应同时具有一定的硬度和柔性，以保证螺旋桨在旋转工作时对水流的足够推动力和碰到坚硬物质时不至于损坏；螺旋桨且应防缠绕以防止在工作时被缠绕物缠绕而影响作业。小船的四个角落安装的摄像头用以观察污水管道中的情况以便为地上工作人员调整小船的工作位置和方向提供依据。
2、清淤小船地上操作系统，结合图1、图2和图4的图4A、图4B和图4C：它由一根可伸缩导杆12、滑轮9、导杆支撑16、两根缆绳7、一台绞车15、控制箱13、一个摄像头显示控制屏14等组成。
清淤小船的两个浮箱上系两根缆绳7，两根缆绳一头系在地面上的绞车15上，一头系在污水管道中的清淤小船上，分别通过安装在导杆12的四个滑轮9，在清淤小船浮箱的这一头设一个缆绳整合器8，缆绳7穿过缆绳整合器8，工作人员操作绞车15通过调节缆绳7来调节小船在管道中的工作位置和方向。缆绳整合器8可为两个30°的弯头焊接而成，它使得小船工作时缆绳不至于晃动过于厉害而影响工作人员操作。绞车15和摄像头显示控制屏14放在地面上离检查井1m远处。摄像头6通过信号线连接地面的摄像头显示控制屏14或通过无线方式与地面的摄像头显示控制屏通讯。
导杆12插入到被清淤管段上游检查井27中，在地面上和检查井中分别用导杆支撑16将导杆固定住。参见图5，导杆可伸缩，可由若干短钢管连接而成，这样导杆便可以伸缩从而适应在不同深度的检查井中工作，同时也便于运输和存放。导杆的两端各接一个连接三通11和30°弯头10，从而在两端各装上两个滑轮9。
3、充气橡胶闸门和充气橡胶闸门地上充放气装置：
参见图1、图3、图6的图6A、图6B和图6C，充气橡胶闸门包括圆柱形充气橡胶皮囊25和定位机构，通过清淤管段下游检查井28放入工作位置。充气橡胶闸门工作时位于被清淤管道的下游管道29中，地上充放气装置18通过空气软管19向充气橡胶闸门充放气。充气橡胶闸门充气后起到拦水作用使被清淤管道中的水位上升以便清淤小船作业。
圆柱形充气橡胶皮囊25的大小可根据其所在管道大小的不同在一定范围内伸缩，以适用于在不同直径的管道中工作。充气橡胶皮囊充气后的外径大小与被清淤管段下游管道29的内径相等。充气橡胶皮囊25中心开圆形孔洞26，孔洞26的孔径为充气橡胶皮囊外径的0.6～0.8倍，流量大时取上限，流量小时取下限。这样，充气橡胶皮囊在拦水的同时使其具有一定的过水能力从而保证了被清淤管段中的水位在一定的合适高度而不至于过高影响清淤小船工作或使上游管段产生倒灌现象。
充气橡胶皮囊25的一侧装有四个可伸缩支撑骨架短管24，它们起到橡胶闸门骨架支撑的作用。可伸缩支撑骨架短管24始终要长于充气橡胶皮囊25的直径，这样在充气橡胶皮囊充满气后可伸缩支撑骨架短管较橡胶皮囊多出来的那部分就卡在管口上，从而防止了橡胶闸门被水流冲走。其中可伸缩支撑骨架短管24在竖直方向上的两根长得多一些而横向上的两根长得少一些。可伸缩支撑骨架短管根据橡胶皮囊的大小自行伸缩。
可伸缩闸门控制杆20用以下放和提起橡胶闸门以及闸门充气时工作人员通过把住控制杆来阻止闸门被冲走。可伸缩闸门控制杆20由若干短钢管连接而成，控制杆与充气橡胶皮囊上的可伸缩支撑骨架短管24通过一个90°连接弯头21、一个球形万向接头22、一个钢制连接四通23连接。因采用了球形万向接头22便使得闸门控制杆20和充气橡胶皮囊25的相对位置可在一定范围内变动，增加了灵活性。闸门不用时控制杆可以从闸门上拆卸下来，方便了控制杆和闸门的运输和存放。
充气橡胶皮囊25在有可伸缩支撑骨架短管24的一侧应作加厚处理，以防止水流冲力和横向压力对橡胶皮囊的破坏。充气橡胶皮囊25通过空气软管19与地面上的空气充放装置18连接，空气充放装置可为空压机。
以下是上述清淤系统的清淤方法：
第一步：通过闸门控制杆将未充气的橡胶闸门放到待清淤管段下游的管道中，然后通过地上空气充放装置向橡胶闸门充气，过程中地面上的工作人员把住闸门控制杆以防止未充满气的橡胶闸门被水流冲走。
第二步：待清淤管道中的水位上升到一定高度后将清淤小船从待清淤管段上游的检查井中放到污水管中，架好导杆，理好缆绳。
第三步：启动清淤小船上的高速防水电机，搅拌螺旋桨在电机的带动下开始作业将管底的淤泥搅起，工作过程中清淤小船上的摄像头将拍摄的污水管中的情况传到地面上的摄像头显示控制屏，地上工作人员通过观察显示控制屏来操作绞车，通过缆绳根据需要不断地调节管中清淤小船的位置和方向。
第四步：一个工作管段完成搅动作业后，关闭电动机，将清淤小船从管道中提出并将充气橡胶闸门中的空气迅速放掉取出橡胶闸门。之前在被清淤管道中累积的污水便迅速流走，同时被搅起的淤泥随水流冲走。一个工作管段的清淤作业完成，转入下一个工作管段。
Claims (9)
1.大管径污水管道清淤系统，其特征在于：
它具有井下清淤小船和配套的地面操作控制系统，以及充气橡胶闸门和配套的地面充放气装置，它们共同形成一个人工地上操作，清淤小船管中清淤作业的系统；
所述井下清淤小船包括船体和安装在船体上的水下搅拌装置，井下清淤小船通过缆绳和控制线与地面操作控制系统连接；
所述地面操作控制系统包括缆绳、滑轮组、导杆、绞车以及控制箱，所述导杆与检查井或地面相对固定，所述滑轮组安装在导杆上，缆绳通过滑轮组分别连接船体和绞车，控制箱通过控制线连接水下搅拌装置；
所述充气橡胶闸门包括充气橡胶皮囊和定位机构，所述充气橡胶皮囊充气后的外径大小与被清淤管段下游管道的内径相等，所述充气橡胶皮囊的中心有容污水横向通过的过水孔，过水孔位于充气橡胶皮囊的中心，孔径为充气橡胶皮囊外径的0.6～0.8倍，过水流量大时取上限，过水流量小时取下限；所述定位机构将充气橡胶皮囊与检查井进行相对固定；
所述地面充放气装置通过空气软管与充气橡皮气囊连接。
2.根据权利要求1所述的大管径污水管道清淤系统，其特征在于：所述船体上安装有摄像头，摄像头通过信号线连接地面的摄像头显示控制屏或通过无线方式与地面的摄像头显示控制屏通讯，所述摄像头显示控制屏为地面操作控制系统的一部分。
3.根据权利要求1所述的大管径污水管道清淤系统，其特征在于：所述水下搅拌装置包括至少一套高速防水电机和搅拌螺旋浆，高速防水电机安装在船体上，其动力输出轴连接水下的搅拌螺旋浆，所述搅拌螺旋桨斜伸入水中。
4.根据权利要求1所述的大管径污水管道清淤系统，其特征在于：所述船体采用至少两个浮箱通过连接件连接构成。
5.根据权利要求1所述的大管径污水管道清淤系统，其特征在于：所述缆绳有两根，两根缆绳在靠近船体一端安装有一个缆绳整合器；所述缆绳整合器为两个30°的弯头焊接构成。
6.根据权利要求1所述的大管径污水管道清淤系统，其特征在于：所述充气橡胶皮囊上设置有支撑皮囊的可伸缩支撑骨架短管。
7.根据权利要求1所述的大管径污水管道清淤系统，其特征在于：所述皮囊定位机构采用可伸缩控制杆，其竖直连接在充气橡胶皮囊一侧。
8.根据权利要求1所述的大管径污水管道清淤系统，其特征在于：所述可伸缩控制杆与充气橡胶皮囊上的可伸缩支撑骨架短管连接。
9.使用权利要求1-8之任一项所述的大管径污水管道清淤系统进行清淤的方法，其特征在于，所述清淤方法如下：
第一步：先将未充气的橡胶闸门通过待清淤管段下游检查井放到待清淤管段下游的管道中，然后通过地上空气充放装置向橡胶闸门充气，在此过程中控制充气橡胶闸门被水流冲走；
第二步：待清淤管道中的水位上升到一定高度后将清淤小船从待清淤管段上游的检查井中放到污水管中，由地面操纵控制系统控制其位置和方向；
第三步：通过地面操作控制系统控制清淤小船上的水下搅拌装置运行，将管底的淤泥搅起；
第四步：一个工作管段完成搅动作业后，停止搅拌，将清淤小船从管道中提出，并将充气橡胶闸门中的空气迅速放掉取出橡胶闸门，之前在被清淤管道中累积的污水便迅速流走，同时被搅起的淤泥随水流冲走，一个工作管段的清淤作业即完成，下一个工作管段的作业同上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Owner name: CHONGQING UNIVERSITY ASSETS MANAGEMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHONGQING UNIVERSITY Effective date: 20140418 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 400045 SHAPINGBA, CHONGQING TO: 400054 SHAPINGBA, CHONGQING |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140418 Address after: 400054 No. 83, Shapingba North Street, Shapingba District, Chongqing Patentee after: Chongqing University Asset Management Co.,Ltd. Address before: 400045 Shapingba District, Sha Sha Street, No. 174, Chongqing Patentee before: Chongqing University |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHONGQING WEIYUAN INNOVATION INSTITUTE TECHNOLOGY Free format text: FORMER OWNER: CHONGQING UNIVERSITY ASSETS MANAGEMENT CO., LTD. Effective date: 20140515 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 400054 SHAPINGBA, CHONGQING TO: 400045 SHAPINGBA, CHONGQING |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140515 Address after: 400045, Shapingba District, Chongqing sand road Cheng Cheng five apartment, on the third floor of the sixth pillars Patentee after: Chongqing Wei Yuan scientific and Technological Innovation Research Institute Co.,Ltd. Address before: 400054 No. 83, Shapingba North Street, Shapingba District, Chongqing Patentee before: Chongqing University Asset Management Co.,Ltd. |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160229 Address after: 400030 Shapingba District, Sha Sha Street, No. 174, Chongqing Patentee after: Chongqing University Address before: 400054 No. 83 North Street, Shapingba District, Chongqing Patentee before: Chongqing University Asset Management Co.,Ltd. Effective date of registration: 20160229 Address after: 400054 No. 83 North Street, Shapingba District, Chongqing Patentee after: Chongqing University Asset Management Co.,Ltd. Address before: 400045, Shapingba District, Chongqing sand road Cheng Cheng five apartment, on the third floor of the sixth pillars Patentee before: Chongqing Wei Yuan scientific and Technological Innovation Research Institute Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110615 Termination date: 20160930 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |