CN1065114A - 库内水能除泥系统 - Google Patents

Abstract

一种库内水能除泥系统及使用方法，包括一个双 体浮船1-1、龙门架1-2、行车1-3、空压机1-5构成 的指挥操作平台，水面上架设的两条浮动轨道9和可 以伸缩的水能除泥机2，其挖掘轮将泥水混合，经蛇 形软管2-6排出库外，本发明利用水能排涂淤泥，使 频监报废的水库得以新生，工效高1万米³/日，造价 低，优于挖泥船，拆装方便，利于运输。

Description

本发明属于水库库底排除污泥的技术及装备，特别是利用水的自身能量的除泥技术和清淤机械。

国内外许多蓄水工程，诸如水库、发电厂栏河大坝等，初建时工程浩大，耗资甚巨，然而，却受不了上游泥沙的冲刷，十年、八载蓄水量就减少三分之一，甚至二分之一，就因为淤泥沉积，使农田用水逐年减少，发电厂则缺水发电量减少，设备闲置。这是当前迫切需要解决的问题。目前用来清淤的设备主要是挖泥船，采用挖泥铲或连续式挖泥斗，对于海港、河道有人采用沉罩注高压水冲化淤泥，再抽吸罩内浊水将泥排出。但是上述办法需大量资金购置设备，小型水利工程负担不起，且山区道路狭窄，无法运输。

本发明的目的是提供一套利用水的势能清除库底淤泥的高效率成套设备及其使用方法，并且达到投资少、见效快、便于运输、使用可靠的目的。

本发明的构思是基于利用水的自流，排除水中泥沙，挖掘、搅拌泥沙的机械则靠水能作为动力。水的过饱和含量为15%，如果水库泄放的水中含泥量达到10%，则一个蓄水数百万米³的水库，每年可清除淤泥数十万米³。

所述除泥系统由三部分组成：指挥操作平台1，水能除泥机2，浮动轨道9（见图1）。指挥操作平台包括一个双体浮船1-1，每船由三个组件连接组合成为一体，两船之间有两根拉杆1-9，将两船连成操作平台，其上装有与平台垂直又自身平行的三个龙门架1-2，龙门架上有行车1-3，行车的轨道与龙门架纵向连接，平台1上还有空气压缩机1-5，电气控制室1-4，两个平移牵引机1-6，4个定位绞车1-7和两个纵向牵引机1-8组成。水能除泥机2包括一个水轮机2-2（见图2），其轴端安装一个挖掘轮2-1，其尾水管是伸缩节的内管2-10，套在连接蛇形软管2-6另一端的伸缩节外管2-11之内，伸缩节伸缩范围5-8米，外管上有一个蜗杆蜗轮减速器2-4，其轴端有两个齿轮2-3，与固定于内管上的两根齿条2-5啮合，外管上还有两根支杆2-7，齿条与支杆均穿入内管的8个与12个固定座圈2-13之中固定和滑动。内管2-10上方装一主气室2-9，其两侧各装一个副气室2-8，气室之间有气管2-12连通。浮动轨道9包括轨道浮体9-8与浮轨道木9-6构成轨道基础（见图4、5），其上固定槽形钢轨9-2，每段长度6-10米，钢轨上有跑车9-3，其地轮在钢轨上滑行，跑车减速器轴端的滑轮9-4紧靠钢轨内侧，跑车靠平台一侧有三个弯角滑轮9-5，两个平台牵引机1-6的缆绳9-7经中间的弯角滑轮牵引水能除泥机2（见图6），此外还受到行车1-3的缆绳1-11牵引，其余两个弯角滑轮由四个定位绞车1-7的缆绳9-7牵引，两个纵向牵引机1-8的缆绳1-10在浮动轨道张紧缆绳9-11的中点牵引，平台与轨道呈六点牵引，浮轨道木9-6则由予埋缆绳9-1牵引。

蛇形软管6相互对接延长，其出水口与水库大坝8的泄水道7内口相接，软管由浮体5的缆绳4吊挂。空气压缩机1-5的压缩空气管3沿缆绳4入水后连接主气室2-9，主、副气室之间由气管2-12接通。

水能除泥机2的水轮机2-2可用密封潜水电动机2-14置换（如图8），电动机轴端联结行星减速器2-15，挖掘轮2-1又套装在行星减速器输出轴上，电动机的动力电缆与压缩气管3及缆绳4成束。

本发明可以解决大量水库、电站、池塘淤泥成患的问题，使频临报废的水库得到新生，优点如下：（1）除操纵该系统装备所需电力外，清除淤泥完全利用水的势能，因此大量节约能耗。（2）除泥工效高。对排水量3-4米³/秒的水库清淤，每日可排泥万米³，当年可完成一个水库清淤工作。（3）拆装方便，利于运输可供山区水库使用。（4）造价及使用费低于大型挖泥船。

附图说明：

图1本发明系统配置图

图2水能除泥机结构示意图

图3指挥操作平台平面布置图

图4（a）平台侧视图

（b）浮动轨道剖视图

图5平台与浮动轨道联结图

图6平台与跑车牵引除泥机示意图

图7水库除泥操作示意图

图8潜水电动机置换水轮机示意图

结合附图详述操作使用方法如下：首先在水库纵向水面架设浮动轨道9两条，每条长100-150米，（由5-10米长的钢轨连成）两轨间距100-150米，轨道两侧用予埋缆绳9-1张紧，两头用缆绳9-11张紧，前方用铁锚10张紧，指挥操作平台1各条缆绳与浮动轨道张紧定位，连接部位如前述。缆绳1-11及两条9-10吊挂水能除泥机2，蛇形软管10一头套接除泥机，另一头套接水库泄水通道7接口，用缆绳4将蛇形软管吊在浮体5上，缆绳4的长度由测深决定。压缩空气管3与除泥机主气室2-9连接，其漂浮高度由气室2-8及2-9的气压决定，用电控调压阀调节气室的平衡气压。

使用时，先关闭水库放水闸门，空气压缩机1-5向除泥机充气，行车1-3起吊将除泥机提至水面，开放水闸，将除泥机放到库底，水流冲击水轮机2-7带动挖掘轮2-1旋转，泥水混合排出水库。除泥机受缆绳1-11牵引，只作升、降运动，缆绳9-10牵引才能横向移动。因此除泥机清除污泥所作扇形运动，需要操作平台1的六点牵引协调动作。当前进除泥时，一个轨道向另一个轨道运动，先纵向前进，后横向右移，平台到达两轨道中线时，要先纵向后退，后横向右移;反向时先纵向前进，后横向左移，到达中线时，先纵向后退，后横向左移。浮动轨道长度不足则拆后接前，循环使用，蛇形软管则进接退拆，直到整个轨道区间扫描完毕，再后退扫描返回原地。然后，平移轨道及平台一个扫描宽度，再进行另一道扫描，重复前述程序，直到水库清淤作业完成。

由于水库面积多为不规则形状，因此不可能做到库底扫描无遗漏，一般除淤面积为60-80%即可达标。对于弧形扫描死角，可利用除泥机伸缩节延长扫描半径5～8米，平台上有伸缩节的程序控制数字显示，在伸缩节上还有两个行程开关，当减速器撞击行程开关时，伸缩运动即自行仃止。

一般水库作业，流量大于3米³/秒，排水含泥量为9-15%。对于流量小于3米³/秒的水库或池塘，水能除泥机的水轮机可用潜水电动机于流量小于3米/秒的水库或池塘，水能除泥机的水轮机可用潜水电动机2-15代替。

模拟试验举例

根据水力学模型试验原理，制作一个贯流轴伸式水轮机模型，伸缩节长1.2米，伸缩范围0.85米，蛇形软管直径0.145米，在水深为0.5米、1米、1.5米三种状态用自由出流公式：

计并制作了三角堰、矩形堰和量水箱进行检验，结果如下：

Claims (15)

1、一种包括龙门架1-2、行车1-3、空气压缩机1-5、电气控制室1-4、浮船1-1、浮体5和蛇形软管6的库内水能除泥系统，其特征在于该系统还包括指挥操作平台1，其两侧的浮动轨道9及水能除泥机2，平台1靠缆绳9-7、1-10牵引浮动轨道作纵向、横向移动和定位，并用缆绳1-11、9-10牵引水能除泥机，使之升降和平移。

2、如权利要求1所述系统，其特征在于所述指挥操作平台1的双体浮船1-1由拉杆1-9联结的两支船组成，其上还有三个互相平行的龙门架1-2，龙门架上装有行车1-3，空气压缩机1-5，电气控制室1-4，平移牵引机1-6，定位绞车1-7和纵向牵引机1-8。

3、如权利要求1所述系统，其特征在于所述水能除泥机是一个水轮机2-2，其轴端安装一个挖掘轮2-1，尾水管是伸缩节的内管2-10，套于连接蛇形软管2-6的伸缩节外管2-11之内，在固定于外管的蜗杆蜗轮减速器2-4驱使下，内管相对于外管伸缩运动，伸缩范围5-8米，内管上有一个主气室2-9，两侧各有一个副气室2-8，气室之间由气管2-12连通。

4、如权利要求1、3所述系统，其特征在于所述伸缩节内管2-10与外管2-11上各装有固定座圈2-13  8个和12个，上部有两根与内管固定连接的齿条2-5，下部有两根支杆2-7，均穿过内管与外管的固定座圈2-13，减速器2-4轴端有两个齿轮2-3与二齿条2-5啮合，齿轮转动，齿条往复移动。

5、如权利要求1所述系统，其特征在于所述浮动轨道9由轨道浮体9-8与浮轨道木9-6形成基础，其上固定钢轨9-2，跑车9-3放在钢轨上，其地轮靠钢轨水平大面，滑轮9-4靠钢轨内侧面，三个弯角滑轮9-5借助缆绳与指挥操作平台1联结。

6、如权利要求1、2所述系统，其特征在于所述指挥操作平台1的双体浮船1-1船身为可拆卸结构，由六个组件联结构成。

7、如权利要求1、2所述系统，其特征在于所述指挥操作平台1的4个定位绞车1-7用缆绳9-7牵引跑车9-3的4个边弯角滑轮9-5，两个纵向牵引机1-8用缆绳1-10牵引缆绳9-11的中点，形成六点牵引定位。

8、如权利要求1、2所述系统，其特征在于所述空气压缩机1-5的压缩空气管3沿吊挂浮体5和蛇形软管6的缆绳4同束入水，并连至水能除机2的主气室2-9，压缩空气进入主气室后，经气管2-12进入副气室2-8。

9、如权利要求3所述系统，其特征在于所述蛇形软管6相互对接延长，其出水口与水库大坝8的水库泄水道7内口相接，蛇形软管稍离库底泥面，由浮体5的缆绳4吊挂。

10、如权利要求1-4所述系统，其特征在于所述水能除泥机2由行车3的缆绳1-11及两个平移牵引机1-6的缆绳9-10牵引升降与平移，其平移距离与于浮轨间距。

11、如权利要求1所述系统，其特征在于所述水能除泥机2的水轮机2-2可用潜水电动机2-14置换，电动机轴端与行星减速器2-15联结，挖掘轮2-1与行星减速器输出轴联结。

12、一种库内水能除泥系统的使用方法，其特征在于水库水面架设两条浮动轨道9，用库边予埋缆绳9-1使其定位，指挥操作平台1利用缆绳9-7及1-10在轨道间六线牵引定位，并利用缆绳1-11及9-10三线牵引水能除泥机2作扇形扫描运动，利用水的势能冲击水轮机2-2，驱动挖掘轮2-1旋转，将库底泥、水混合物经水能除泥机、蛇形软管6及水库泄水道7排出库外，水流含泥量9-15%。

13、如权利要求12所述使用方法，其特征在于所述指挥操作平台1牵引水能除泥机2，以出水口为起点向纵深发展，进行扇形扫描作业，浮动轨道9进接退拆，拆后接前，蛇形软管进接退拆，到达终点后，边倒退、边扫描，直至回到起始位置，将指挥操作平台1和浮动轨道作横向移动一个扫描宽度，再重复扫描，直至扫描面积到达库底面积的60-80%。

14、如权利要求12、13所述使用方法，其特征在于所述水能除泥机在库底的沉浮由气室2-8及2-9的气压决定，其水下高度用测深装置测定，气室的平衡气压用电控调压阀调节。

15、如权利要求12、13所述使用方法，其特征在于所述水能除泥机到达弧形扫描死点时，利用其伸缩节可延长扫描半径5-8米，其伸缩长度位置，由平台1上的程控数字显示装置显示，其伸缩终点由行程开关控制。

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