CN102094454B - 改进型大管径污水管道清淤小船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进型大管径污水管道清淤小船，其包括浮筒体和安装在浮筒体上的水下搅拌装置及自伸式可调节型刮泥耙齿。浮筒体为下部内凹水力流线形一体式浮筒。水下搅拌装置包括至少一台潜水搅拌机，潜水搅拌机安装在浮筒体的内凹空间内，并潜入水中斜向下与水平成一定夹角。自伸式可调节型刮泥耙齿由至少三个单耙齿、耙齿连接钢板及耙齿横勒组装构成，单耙齿由耙齿连接钢板通过螺栓固定于浮筒体前部下方，单耙齿与耙齿连接钢板通过耙齿铰接头连接，并由限位拉簧和拉绳限位。本清淤小船可实现大管径污水管道的探测与清淤，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、结构简单、成本及运行费用低。

Description

改进型大管径污水管道清淤小船

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种改进型大管径污水管道清淤用设备。

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。

中国专利文献CN201500658U中公开的一种大管径污水管道清淤小船虽可以实现大管径污水管道的清淤，但其也存在明显的缺陷：其动力电机安装在浮筒的上方导致小船在工作时容易倾翻，无刮泥部件导致小船无法清除大块的淤积物（如砖块、石块）和板结较紧的淤积物，浮筒非一体式使得小船总体外形大、水中行走时水力条件差等。这些缺陷都导致了其在实际的应用上大为受限。

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，提出一种适用于大管径污水管道清淤作业用的改进型大管径污水管道清淤小船，实现对大管径污水管道的清淤，且无需人工下到管中作业，设备简单，成本及运行费用低，清淤效果好，体积小，操作灵活。

本发明提出的一种改进型大管径污水管道清淤小船结构如下：

所述清淤小船包括浮筒体和安装在浮筒体上的水下搅拌装置及自伸式可调节型刮泥耙齿。

所述浮筒体为下部内凹水力流线形一体式浮筒；浮筒体中后下部内凹空间安装水下搅拌装置。所述浮筒体的外形总体呈椭圆柱体状，前段设有安装摄像头的凹孔，中后下部呈门形内凹，用于安装水下搅拌装置，同时形成向后水射流。浮筒体的外形为适宜在水中行走的水力流线形，浮筒体的两侧为外凸弧形，可与圆形污水管道壁很好地贴合，使清淤小船最大限度实现紧靠圆形管道壁工作。浮筒体提供浮力使整个清淤小船悬浮于污水中工作，浮筒体约有0.2倍自身高度部分露出水面以上。

所述水下搅拌装置包括至少一台潜水搅拌机，潜水搅拌机通过吊装杆安装在浮筒体下方的内凹空间内，所述潜水搅拌机潜入水中并斜向下与水平面成10-30°夹角。所述清淤小船通过两根调节缆绳与外部的地面操作控制系统连接，调节其在污水管道中的位置；所述水下搅拌装置的控制线与地面操作控制系统连接。

所述自伸式可调节型刮泥耙齿由至少三个单耙齿、耙齿连接钢板及耙齿横勒组装构成；单耙齿上端通过耙齿铰接头与耙齿连接钢板连接，单耙齿连接钢板通过螺栓固定于浮筒体前部下方，单耙齿之间通过耙齿横勒连为一体；位于两边的单耙齿的靠近耙齿铰接头位置的一侧连接有限位拉簧，每个限位弹簧一头拉住耙齿连接钢板，另一头拉住单耙齿以使整个自伸式可调节型刮泥耙齿始终处于张开状态，同时在该单耙齿的另一侧的中部与浮筒体上的电机吊装杆之间连接耙齿柔性限位绳，用以反方向将单耙齿拉住，对整个自伸式可调节型刮泥耙齿的张开状态进行限位；或者，在单耙齿靠近耙齿铰接头位置的一侧设置耙齿限位板，耙齿限位板上端与耙齿连接钢板相抵，对整个自伸式可调节型刮泥耙齿的张开状态进行限位。该自伸式可调节型刮泥耙齿在工作时可实现自动张开，并可根据不同的工作水深灵活调节其高度及倾斜角度。

所述单耙齿的下端的结构形状采用犁刀形，或者一部分单耙齿的下端为犁刀形，一部分安装滚轮。

所述调节缆绳与浮筒体后部的缆绳接头连接，缆绳接头通过浮筒体的内部传力钢筋连接至浮筒体上的耙齿连接钢板安装部位。

所述浮筒体上的耙齿连接钢板安装部位位于浮筒体前部下方转角处，耙齿连接钢板在此处通过位于浮筒体内部的耙齿压条钢板通过螺栓进行连接固定。

在所述浮筒体的前方安装有水下探测摄像机，摄像机朝向小船正前方并斜向下，摄像机的信号线与外部的摄像机显示控制屏连接或通过无线方式与地面的摄像机显示控制屏通讯。

本改进型清淤小船作为整个清淤系统的一个组成部分，它与地面操作控制系统、拦水装置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。

本发明涉及的改进型清淤小船适用于大管径污水管道的清淤，无需人工下到管中作业，先通过自伸式可调节型刮泥耙齿将大块的淤积物刮走清出地面，并同时将板结在管道底部的泥砂类淤积物耙松，再通过水下搅拌装置将管道底部的泥砂类淤泥搅起，与污水充分混合，再随水流冲走，其清淤过程简单，设备体积小，操作灵活，造价低，清淤效果好，且因配有探测摄像机等设备，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情况。

附图说明

图1是本清淤系统的工作原理图（未显示下游的拦水装置部分）；

图2是改进型清淤小船的平面俯视图； 

图3是图2的A-A剖面图； 

图4是图2的前视图；

图5是图2的后视图；

图6是改进型清淤小船的刮泥耙齿安装位置局部放大图；

图7是改进型清淤小船的犁刀、滚轮混合型刮泥耙齿构造图；

图7A是其中最右边一个单耙齿的侧面视图；

图8是改进型清淤小船的全犁刀型刮泥耙齿构造图；

图8A是其中最右边一个单耙齿的侧面视图；

图9是改进型清淤小船的刮泥耙齿限位板构造图。

图中：1—浮筒体，2—潜水搅拌机，3—电机吊装杆，4—潜水搅拌机吊装钢板，5—浮筒体内部传力钢筋， 6—缆绳，7—缆绳接头，8—浮筒体安装孔洞盖子，9—探测摄像机 ， 10—浮筒体内部耙齿压条钢板，11—耙齿铰接头，12—耙齿柔性限位绳，13—限位拉簧，14—耙齿犁刀，15—耙齿滚轮，16—耙齿横勒，17—自伸式可调节型刮泥耙齿，18—耙齿连接钢板，19—耙齿限位板，20—柴油发电机，21—电缆线及探测摄像机信号线 ，22—电控柜，23—摄像机显示控制屏，24—绞车，25—绞车底座，26—滑轮，27—起吊架 ，28—路面，29—导杆，30—导杆支撑，31—被清淤管道，32—检查井。

具体实施方式

以下以使用本改进型清淤小船的大管径污水管道清淤系统为例，详细说明本改进型清淤小船的具体结构和工作方式：

参见图1，大管径污水管道清淤系统包括改进型清淤小船、清淤小船地上操作系统和拦水装置。

其中改进型清淤小船的具体结构结合图2和图3所示：它的船体为中后下部内凹水力流线形一体式浮筒体1，浮筒体1上装有一台潜水搅拌机2、自伸式可调节型刮泥耙齿17和一个探测摄像机9。

一体式浮筒体1形状为长条形，中空，下部内凹，浮筒体1的外形为适宜在水中行走的水力流线形，其两侧为外凸弧形，可与圆形污水管道壁很好地贴合，使清淤小船最大限度实现紧靠圆形管道壁工作。浮筒体1提供浮力使整个清淤小船悬浮于污水中工作，浮筒体1约有0.2倍自身高度部分露出水面以上。潜水搅拌机2通过电机吊装杆3安装在浮筒体1的内凹空间内，一同潜入水中，潜水搅拌机2的设置方向斜向下与水平面成10-30°夹角。潜水搅拌机2的前后位置及向下的倾斜度均可调节。探测摄像机9安装在浮筒体1的前方的内凹安装孔内，朝向小船正前方并斜向下，可取斜向下10-45°。

结合图4-图9，自伸式可调节型刮泥耙齿17由至少三个单耙齿（图中为4个）通过耙齿连接钢板18及耙齿横勒16组装构成。单耙齿与耙齿连接钢板18通过耙齿铰接头11连接，耙齿连接钢板18通过螺栓固定于浮筒体1前部下方。采用耙齿横勒16将各个单耙齿连接起来，以使各个单耙齿组成一个整体，并同时加强刮泥耙齿的总体强度。

参见图6，为了对自伸式可调节型刮泥耙齿17前后转动方向进行限位，在两边的单耙齿靠近耙齿铰接头11位置的一侧连接有限位拉簧13，每个限位拉簧13的一头拉住耙齿连接钢板18一头拉住单耙齿以使整个自伸式可调节型刮泥耙齿17始终处于张开状态。同时在该单耙齿的另一侧的中部与浮筒体上的电机吊装杆3之间通过耙齿柔性限位绳12连接，用以反方向将整个自伸式可调节型刮泥耙齿17拉住来进行限位。或者，参见图9，也可在单耙齿靠近耙齿铰接头11的位置的一侧设置耙齿限位板19，其上端通过与耙齿连接钢板18相抵，来对整个自伸式可调节型刮泥耙齿17向后的转动方向进行限位。这样，自伸式可调节型刮泥耙齿17的工作高度和倾斜度就可以通过调节耙齿柔性限位绳12的长度或耙齿限位板19的高度的形式来实现。

参见图7、图7A、图8、图8A，单耙齿的下端的结构形式可为耙齿犁刀14，或者部分为耙齿犁刀14，部分安装滚轮15，犁刀形式有利于对淤泥进行刮松并抓住大块的淤积物，滚轮形式有利于防止耙齿被卡住，单耙齿的数量及长度可根据需要自由组合调节。并且为了适应圆形管道，单耙齿的下端的连线最好是与管道内壁弧度相适应的弧线，这样有利于进行清淤工作并可避免刮伤管壁。

本小船的缆绳6的拉力不是直接作用在浮筒体1的后部，而是先连接浮筒体1后部的缆绳接头7，缆绳接头7再通过浮筒体内部传力钢筋5与浮筒体内部的耙齿压条钢板10连接，这样，将缆绳6的拉力直接传到浮筒体内部耙齿压条钢板10上，防止浮筒体1因拉力而破坏。所述浮筒体内部耙齿压条钢板10安装于浮筒体内部前方转角处，与耙齿连接钢板18通过螺栓固定起来，且浮筒体在此转角处的强度高于其他平直处，此处可作为良好的受力点。

在井下，本清淤小船工作时位于被清淤管道31中（参见图1），潜水搅拌机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。潜水搅拌机螺旋桨的一周由圆形的导流罩包围，以形成良好的推动水流并同时保护螺旋桨，避免其在旋转工作时碰到坚硬物质而损坏。自伸式可调节型刮泥耙齿安装固定于浮筒体的前部下方，用以清除大块的淤积物，并同时将板结在管道底部的泥砂类淤积物耙松以便水下搅拌装置更好地进行搅拌清淤作业。耙齿末端的犁刀用于耙松清除管道底部板结的淤积物，滚轮用于防止耙齿卡在管道连接处而将管道破坏。犁刀的位置要相对位于滚轮的上方。耙齿柔性限位绳或耙齿限位板用于固定和调节刮泥耙齿的工作高度和倾斜度。自伸式可调节型刮泥耙齿必须具有一定的强度和硬度以满足清除大块淤积物的需要。对于圆形管道各个单耙齿末端的连线为弧线，对于箱涵各个单耙齿末端的连线为直线，以更好地贴合管壁。小船前方安装的探测摄像机用以观察污水管道中的淤积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。

参见图1，清淤小船地上操作系统由一根可伸缩导杆29、滑轮26、导杆支撑30、两根缆绳6、一台绞车24、绞车底座25、电控柜22、一个摄像机显示控制屏23、柴油发电机20、起吊架27、电缆线及探测摄像机信号线21等组成。

改进型清淤小船的浮筒体1上系两根缆绳6，两根缆绳一头系在地面上的绞车24上，一头系在污水管道中的改进型清淤小船的缆绳接头7上，分别通过安装在导杆29的四个滑轮26，工作人员操作绞车24通过调节缆绳6来调节小船在管道中的工作位置和方向并为自伸式可调节型刮泥耙齿17工作提供拉动力。起吊架27用于下放和起吊导杆及改进型清淤小船。绞车24、摄像机显示控制屏23及柴油发电机20等放在地面上离污水检查井1~2m远处。柴油发电机20通过电缆线向潜水搅拌机2供电，探测摄像机通过信号线连接地面上的摄像机显示控制屏23或通过无线方式与地面上的摄像机显示控制屏通讯。

导杆29插入到被清淤管段上游检查井中，在地面上和检查井中分别通过绞车底座25和导杆支撑30将导杆固定住。导杆可伸缩，可由若干短铝合金管连接而成，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。导杆的两端各装两个滑轮26。

当然，为了配合改进型清淤小船工作，整个大管径污水管道清淤系统还需要配置拦水装置，起到拦水作用使被清淤管道中的水位上升至合适高度，以便改进型清淤小船作业。该拦水装置可以采用任何可以达到拦水作用的设备，比如可以采用在中国专利文献CN101694108A中公开的大管径污水管道清淤系统的污水水位控制装置。

上述清淤系统的工作过程如下：

第一步：先用拦水设备在待清淤管段下游的管道中进行拦水，待清淤管道中的水位上升到合适高度后，通过起吊架将改进型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。

第二步：将改进型清淤小船从上游检查井放到下游检查井位置，然后通过地上操作系统将其往回拉，通过刮泥耙齿先将大块的淤积物清至上游检查井内并将大块淤积物清掏出地面，往回拉的作业过程中小船潜水搅拌机关闭。

第三步：大块的淤积物清除以后，启动潜水搅拌机，潜水搅拌机带动其螺旋桨开始作业将管底的淤泥搅起。以上工作过程中清淤小船上的探测摄像机将拍摄的污水管中的情况传到地面上的摄像机显示控制屏，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改进型清淤小船的位置和方向。

第四步：一个工作管段完成清淤作业后，关闭潜水搅拌机，通过起吊架将清淤小船从管道中提出并迅速撤掉拦水设备。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 (6)

1.改进型大管径污水管道清淤小船，所述清淤小船包括浮筒体和安装在浮筒体前部下方的自伸式可调节型刮泥耙齿；其特征在于： 

所述浮筒体为下部内凹的水力流线形一体式浮筒，浮筒体中后下部内凹空间内安装水下搅拌装置；浮筒体的两侧为可与圆形污水管道壁贴合的外凸弧形；

所述自伸式可调节型刮泥耙齿由至少三个单耙齿、耙齿连接钢板及耙齿横勒组装构成；所述单耙齿上端通过耙齿铰接头与耙齿连接钢板连接，耙齿连接钢板通过螺栓固定于浮筒体前部下方，单耙齿之间通过耙齿横勒连为一体；在两边的单耙齿的靠近耙齿铰接头位置的一侧连接有限位拉簧，每个限位弹簧一头拉住耙齿连接钢板，另一头拉住单耙齿以使整个自伸式可调节型刮泥耙齿始终处于张开状态；同时在所述单耙齿的另一侧的中部与浮筒体上之间连接耙齿柔性限位绳，用以反方向将所述单耙齿拉住，对整个自伸式可调节型刮泥耙齿的张开状态进行限位；或者，在单耙齿靠近耙齿铰接头位置的一侧设置耙齿限位板，耙齿限位板上端与耙齿连接钢板相抵，对整个自伸式可调节型刮泥耙齿的张开状态进行限位；

所述清淤小船通过两根调节缆绳与外部的地面操作控制系统连接，调节其在污水管道中的位置；所述水下搅拌装置的控制线与地面操作控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的改进型大管径污水管道清淤小船，其特征在于：所述浮筒体的外形总体呈椭圆柱体状，前段设有安装摄像头的凹孔，中后下部内凹呈门形，用于安装水下搅拌装置，同时使得水形成向后的射流。

3.根据权利要求1或2所述的改进型大管径污水管道清淤小船，其特征在于：所述单耙齿的下端的结构形状为犁刀形，或者一部分单耙齿的下端为犁刀形，一部分为滚轮形。

4.根据权利要求3所述的改进型大管径污水管道清淤小船，其特征在于：所述调节缆绳与浮筒体后部的缆绳接头连接，缆绳接头通过浮筒体的内部传力钢筋连接至浮筒体上的耙齿连接钢板安装部位。

5.根据权利要求4的改进型大管径污水管道清淤小船，其特征在于：在所述浮筒体的前方安装有水下探测摄像机，摄像机朝向小船正前方并斜向下，摄像机的信号线与外部的摄像机显示控制屏连接或通过无线方式与地面的摄像机显示控制屏通讯。

6.根据权利要求5述的改进型大管径污水管道清淤小船，其特征在于：所述水下搅拌装置包括至少一台潜水搅拌机，潜水搅拌机通过吊装杆安装在浮筒体下方的内凹空间内，所述潜水搅拌机潜入水中并斜向下与水平面成10-30°夹角。

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