CN106605027A - 可调节溢流系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于料斗式挖泥船的溢流系统，包括：溢流管；入口，用于从料斗获取上部水；以及收集器，收集进入入口的上部水的流并将该流引导到溢流管。收集器包括基本上水平的顶部，该顶部界定用于上部水进入收集器的流动路径的顶部，以确保基本上径向流动到收集器。溢流管和入口中的至少一个是可调节的，以用于控制进入溢流系统的流。

Description

可调节溢流系统
背景技术
耙吸料斗式挖泥船(“TSHD”)是可用于在海上或在开阔水域挖掘的船。TSHD通常使用抽吸管，该管的一端可以降低到海床并且该管用于吸取与水混合的固体诸如沙子、淤泥、泥沙或沉淀物。该抽吸管的下端可以设置有抽吸头或牵引头。与水混合的固体材料通过抽吸管泵送到挖掘船的料斗中。当在挖泥船料斗中时混合物的速度减少，并且这种速度减少允许悬浮在混合物中的组分沉降。然后，过量的水通过溢流而溢出料斗，以允许在TSHD内的更大负载能力。
来自料斗的水从顶部通过进入盘流入溢流或直接进入溢流。然后经由挖泥船的底部释放该溢流体积。由于溢流的基本上垂直流动取向、溢流的截面面积和速度，溢流体积通常与空气混合。该混合物可以减少混合物的比重，从而导致溢流混合物附着到船体和船水下部分的边界流。该混合物(其还可以包含未沉降的较轻颗粒)以及在释放的溢出体积、船体、螺旋桨、船速度和流量之间的相互作用；可以在疏浚过程之后形成羽流。然后该混合物的沉降可对当地环境具有不利影响。在流(flow)中的空气还在溢流中导致阻力，从而减少溢流的有效输送能力。
在WO 2013/119107中公开了克服由悬浮颗粒导致的羽流的方法。被动式溢流设备用于排出上部水(headwater)并使上部水通过管流动到邻接海底的排放口，以将上部水传送到接近海底，从而最小化对海洋生物的影响。美国专利No.3,975,842公开了一种系统，该系统也试图通过将溢流定向到抽吸头以用作用于松开待吸入土壤的液体源而使环境影响最小化，从而形成其中溢流被再循环的封闭系统。
WO2010/122093还示出了一种溢流系统，其使用在顶部打开以接收溢流的溢流管道。上部水从开放顶部进入，然后流动通过垂直管道。管道的顶部在高度上是可调节的，从而允许更多或更少进入到溢流中的流量。
发明内容
根据本发明的第一方面，用于料斗式挖泥船的溢流系统包括：溢流管；入口，用于从料斗获取上部水；以及收集器，收集进入入口的上部水的流并将该流引导至溢流管。收集器包括基本上水平的顶部，该顶部界定用于上部水进入收集器的流动路径的顶部，以确保基本上径向流动到收集器。溢流管和入口中的至少一个是可调节的，以便控制进入溢流系统的流。
通过使溢流管和入口中的至少一个可调节以便控制进入溢流系统的流并且使用具有顶部的收集器以确保基本上径向流动，该溢流系统可以提供对流入并通过系统的流的更多控制。溢流系统的可调节性和通过收集器及流动通道的流动路径有助于减少或消除将空气引入通过溢流系统的上部水的流中。
根据实施例，溢流管的高度是可调节的。
根据实施例，溢流系统还包括连接到收集器并在溢流管内部延伸的套管。套管、溢流管的内侧和/或收集器形成通过溢流管的流动通道。流动通道有助于进一步引导流通过系统，减小流动面积，且从而减少或消除空气进入流动，以及随后的浑浊。
根据实施例，套管包括管状柱体，管状柱体从溢流管内部的收集器延伸的，以在溢流管的内侧和套管之间形成环形流动通道。
根据实施例，套管包括管道，该管道连接到收集器并在溢流管的内部延伸的以形成通过该管道的流动通道。可选地，系统还可以包括连接到收集器的一个或多个附加管，以形成通过该一个或多个管道的一个或多个附加流动通道。还可选地，一个或多个管是柔性的。
根据实施例，溢流系统还包括用于感测料斗中的上部水的水位的水位感测设备。
根据实施例，入口包括多个入口。可选地，多个入口是径向入口。
根据实施例，收集器包括在入口处围绕溢流管的内周缘的收集器环。
根据实施例，溢流系统还包括用于选择性地控制入口的尺寸的滑动件。可选地，滑动件由浮子控制。
根据实施例，溢流系统包括压力传感器，用于感测入口附近的压力；致动器系统，用于控制滑动件的；以及处理单元，用于接收压力传感器读数并基于所感测的压力来控制致动器系统。
根据实施例，处理单元控制致动器系统以调节滑动件，从而使得压力传感器处的压力保持在设定值或高于设定值。可选地，设定值大于当地大气压。
根据实施例，收集器的顶部包括盖，该盖相对于溢流管可选择性地上下移动，以用于调节入口，从而控制进入溢流系统的流。
根据实施例，盖至少与溢流管和收集器中的较大者一样大。可选地，盖可以包括用于引导流进入溢流系统的多个肋部件。
根据实施例，盖由浮子控制。
根据实施例，溢流系统还包括用于控制盖的运动的控制系统。控制系统包括用于感测入口附近压力的压力传感器；用于控制盖的运动的致动器系统；以及处理单元，用于接收压力传感器读数并基于所感测的压力来控制致动器系统。
根据实施例，一种船，包括溢流系统。可选地，溢流管和/或流动通道延伸到船的底部。进一步可选地，溢流管和/或流动通道延伸超过船的底部。
根据本发明的第二方面，一种使上部水从料斗流动到船的排放口的方法包括：基于溢流设备入口处的压力调节溢流系统；通过利用收集器的基本上水平的顶部界定进入收集器的流动路径的顶部，使上部水从料斗通过溢流系统的入口沿基本上径向方向流动进入收集器；使上部水从入口在溢流系统内流到收集器；以及使上部水从收集器流动到溢流管。
根据实施例，使上部水从收集器流动到溢流管的步骤包括使上部水从收集器流动到溢流管内的流动通道。
根据实施例，调节溢流系统的步骤包括调节溢流系统的高度。
根据实施例，调节溢流系统的步骤包括调节溢流系统的入口的尺寸。
根据实施例，调节溢流系统的步骤包括相对于在料斗中的上部水的水位调节溢流系统的入口。
附图说明
图1示出了在挖掘操作期间的耙吸料斗式挖泥船。
图2a示出了挖泥船料斗和溢流系统的视图。
图2b示出了图2a所示溢流系统的特写透视图。
图2c示出了图2b所示溢流系统的剖视图。
图3a示出了挖泥船料斗和溢流系统的第二实施例的透视图。
图3b示出了图3a的溢流系统的剖视图。
图4a示出了挖泥船料斗和溢流系统的第三实施例的透视图。
图4b示出了图4a的溢流系统的剖视图。
具体实施方式
图1示出了在挖掘操作期间的耙吸料斗式挖泥船(“TSHD”)10。耙吸料斗式挖泥船10正在通过抽吸管12抽吸水和固体颗粒的混合物。然后将该混合物输送到THSD 10中的料斗(未示出)。料斗中的过量液体溢出，并且由于空气与溢流的混合、溢流的垂直取向以及速度和一般流动而形成羽流(plume)14，从而导致溢流水与空气混合。
羽流14可对当地海洋生物群落产生不利影响，因为其减少进入水体中的光。另外，在一些情况下，沉降颗粒闷死底部生物，而悬浮液可以减少微生物生长能力。流动中的气泡还在溢流中导致阻力，从而减少溢流的有效输送能力。形成可调节的溢流以控制上部水(headwater)的流进入并通过溢流可以有助于减少浑浊和空气混入上部水中，从而减少或消除离开船10的羽流14。
图2a示出了挖泥船料斗18或TSHD内的装载空间，以及溢流系统20的透视图，该溢流系统可将来自料斗18的上部水输送回液体主体。图2b示出溢流系统20的特写透视图，而图2c示出溢流系统20的剖视图。该溢流系统20包括具有内侧23的溢流管22、入口24、滑动件25、收集器26(具有顶部27)、套管28、流动通道30、流体出口32和压力传感器34。
溢流管22高度可调节，使得入口24相对于料斗18中的水位和/或压力移动。这可以使用手动高度控制系统或其他系统来完成。可以与压力传感器34、料斗18中的水位传感器和/或其他传感器或设备结合来设定该运动，以确定料斗18中的水位和/或水压，以及确定随后溢流管22所需调节与任何测量结果的关系。溢流管22在紧急情况下还可以允许液体通过顶部进入，以确保可以快速地移除来自料斗18的多余水。
入口24示出为在溢流管22中的多个圆形或椭圆形径向孔。在其他实施例中，入口24可为其他形状，和/或可以在系统中存在更多或更少的入口。入口24放置在距溢流管22顶部的距离HH处，其中距离HH为用于避免在每个入口24处形成涡流的距离。该距离可由料斗18中的最大流体水平确定。压力传感器34位于入口24的正前方，使得可以精确测量进入入口24的上部水的压力。
滑动件25可以选择性地移动以使入口24更大或更小，以允许更多或更少的水进入溢流系统20。虽然滑动件25示出在溢流管22的内侧，但是滑动件25可以位于其他位置，例如在溢流管22的外部上。可以通过由外部浮动设备(参见图3a)、主动压力引导液压电气系统或另一个类型的系统控制的被动式流量调节器系统而移动滑动件25。例如，滑动件25的控制可以涉及致动器系统、一个或多个传感器和/或处理单元。压力传感器34可以将压力传感器读数发送到处理单元。处理单元可以确定压力读数，由此使得入口24应当允许更大流动面积。因此，致动器系统可以移动滑动件25以打开入口24，从而允许进入溢流系统20的更大流量。处理单元可以控制致动器系统，以确保压力保持在设定值或高于设定值，例如高于当地大气压。
收集器26是从入口24向内延伸的收集器环以收集进入入口24的混合物。顶部27是基本上水平的并且界定流动路径的顶部，以确保通过入口24流入溢流系统20的流动基本上是径向。收集器26还可以用于控制进入溢流系统20的混合物的速度和引导混合物进入流动通道30。
套管28是在溢流管22内部从收集器26延伸的柱体。流动通道30是在溢流管22的内侧23和套管28之间的环形流动通道。流动通道30从收集器26延伸到流体出口32。流动通道30截面面积被设定成基于用于控制通过和流出溢流系统20的流量的因素来降低通过溢流管22的流动面积。通过该系统的总质量流(total mass flow)由所使用的挖掘泵的性能和沉降过程的效率限定。通过溢流系统20的最大速度由料斗18中的水位与船10外部的水位之间的最大高度以及用于入口24进入阻力和收集器26形状的因素决定。流动通道30的截面面积必须至少等于(并且不小于)通过系统的总质量流除以通过系统的最大速度，以确保混合物能够自由地流入溢流系统20中并且当流动通过和流出溢流系统20时能够达到其最大速度。
出口32可以在船10的底部、在船10下方的一点或在另一点处。出口32必须低于溢流系统20中的最小流体水平，以避免额外地将气泡引入溢流混合物中。
在操作中，如上所述，TSHD吸入液体和碎片的混合物，并将该混合物沉积到挖泥船料斗18中。在挖泥船料斗18中的上部水继续随着颗粒和碎片沉降而上升。当上部水到达入口24的水平面时，上部水通过入口24以基本上径向流动进入溢流系统20。溢流系统20用于控制上部水进入和通过溢流系统20的速度和流量，以减少或消除混合物中的空气，从而减少或消除因为该空气的离开船的任何羽流。这是通过基于料斗18中的压力和/或水位以控制混合物通过入口24进入溢流系统20而调节溢流系统20实现的；并且使用具有顶部27和流动通道30的收集器26控制通过和流出溢流系统20的流量和速度。
溢流系统20的调节可以通过调节溢流管22的高度和/或调节入口24(利用滑动件25)的面积。调节溢流管22的高度可以与压力传感器34和/或另一传感器相关，以确定料斗18内的水位并且将入口24保持在料斗18中的沉降颗粒上方，以及在避免在每个入口24处形成涡流的水平上。另外，可以调节溢流管22，使得入口24在料斗18内位于以期望压力水平接收上部水的位置处，从而控制上部水进入溢流系统20的速率。这取决于料斗18内的水位以及混合物的特性和料斗18内的流动。通过保持进入溢流系统20的速度在促进颗粒在料斗18中沉降的水平，调节通过入口24的流量可以促进颗粒在料斗18内期望的沉降。
另外地或另选地，滑动件25可以移动以改变入口24的面积，从而增加或降低接收上部水进入溢流系统20的面积。这可以用于控制上部水进入溢流系统20的速度(促进料斗18内的所需沉降)。此外，入口24的调节提供了更好地控制进入和通过溢流系统20的流量。通过调节入口24，可以控制通过系统20的质量流，以在混合物流动通过溢流系统时减少或消除新引入空气，并且最大化溢流系统20的能力。
收集器26和流动通道30(由套管28和溢流管22的内侧23形成)减小混合物通过溢流系统20的流动面积，从而确保当流动通过溢流系统20时额外空气不会流入混合物。以使用套管28、收集器26和/或溢流管22的内侧23形成流动通道30(其具有比溢流管22的截面直径小的截面直径)的多种方式，可以完成通过溢流管22的流动面积的减少。收集器26和流动通道30的面积可以设定成允许混合物以足够高速度流动，从而允许混合物在离开时清除船10的边界层，从而有助于减少或消除由浑浊形成的任何羽流。由于流动通道30截面面积被设定成使得流动通道30充满混合物以及可以达到最大流动速度，这增加了溢流系统20的总能力。
通过使用可调节入口24、收集器26和套管28和收集器26和/或溢流管22的内侧23来形成具有减小的截面面积(与溢流管22相比)的流动通道30，溢流系统20可以控制进入和通过溢流系统20的速度和流量。这种控制可以确保适当沉降发生在料斗18内，以及混合物可以在所需速度流入和通过溢流系统，而不会引入空气以在离开时导致浑浊和/或羽流。规范要求溢流系统20的设定能力，而在溢流管22内引入流动通道30允许满足规范中规定的总能力，同时提供这样的系统：可以控制进入和通过溢流系统的流量以减少或消除浑浊。
图3a示出了挖泥船料斗和溢流系统20的第二实施例的透视图，图3b示出了溢流系统20的剖视图。与图2a和图2c相同部件被相同地标记。溢流系统20包括具有内侧23的溢流管22、入口24、滑动件25、具有顶部27的收集器26、套管28、流动通道30、流体出口32和水位传感器42。收集器26可以是如图2a至图2c中的收集器环，或者可以是多个单独收集器，每个连接到一个或多个入口24。
水位传感器42可以是浮动设备，或者可以是电子设备。水位传感器42可以用于感测料斗18内的水位。所感测的测量结果和/或水位传感器42可以用于控制滑动件25以及因而控制入口24的面积。这可以例如通过机械耦接件，或通过液压或电子设备直接进行。
在图3a至图3b的实施例中，套管28是从一个或多个收集器26延伸的多个管以形成多个流动通道30。这些套管28可以是柔性的或固定的，并且延伸到或靠近流体出口32。流体出口32定位成超出船10的底部。
溢流系统20以与图2a至图2c的溢流系统20相同的方式工作，从而允许调节溢流管22和/或入口24以控制进入和通过溢流系统32的流量。传感器42可以控制滑动件25以在需要时(例如，当料斗18中的水位被感测为下降时)通过至少部分地覆盖入口24而降低流入收集器26的流动面积。相反，当传感器42确定水位上升时，滑动件25可以移动以增加入口24的面积，从而允许增加通过溢流系统32的流量。进入入口24的流由收集器26收集并且顶部27确保该流处于基本上径向方向。收集器26然后将流引导到套管28中，在那里流朝向出口32流动。可调节入口24、收集器26和一个或多个流动通道30导致这样的溢流系统，该溢流系统可以更好地控制进入和通过溢流系统的流量，以减少或消除浑浊。
图4a示出了溢流系统20的透视图，而图4b示出了溢流系统20的剖视图。溢流系统20包括具有内侧23的溢流管22、入口24、具有顶部27和肋部件52的收集器26。
收集器26是具有倾斜底部的管状形状，使得上部水朝向通道30流动。在该实施例中，收集器的顶部27连接到料斗18的一部分(未示出)，并且相对于收集器26和溢流管22可移动。在其他实施例中，顶部27可以连接到浮子或溢流系统20的另一个部分。
入口24是在收集器26和顶部27之间的开放空间，并且进入收集器26的流在顶部处由基本上水平的顶部27界定，并且可以通过控制顶部27和收集器26之间的空间进一步控制。顶部27尺寸设定成大于收集器26并且可以包括肋部件52，以进一步沿基本上径向方向引导流进入溢流系统20。
顶部27是可调节的，以基于所需流量增加或减小入口24的尺寸。该调节可以例如使用液压系统并且该调节可以基于检测在入口24周围和/或在料斗18中的其他地方的压力、液位和/或流量的各种传感器。
总之，通过使溢流系统20在入口处可调节并且引入具有基本上水平的顶部27的收集器26，可以将流沿基本上径向方向引导到溢流系统20中，引起通过溢流系统20的流较小浑浊。可以通过滑动件25、收集器的顶部27和/或调节溢流管22来调节入口24，以控制进入溢流系统的流量以及有助于控制料斗18内的流和沉降。收集器26、溢流管22和/或一个或多个套管28用于控制和引导流通过溢流系统(可能通过形成一个或多个流动通道30)，从而有助于降低或消除将空气引入流及混合到流中。收集器26可以有助于确保上部水在基本上径向方向上进入一个或多个入口24，然后收集上部水并将其引导到溢流管22，几乎很少或没有空气混入。一个或多个流动通道30可以用于减小上部水流动通过溢流系统20的体积，使得空气在流动通过溢流管22期间不混入。控制进入和通过溢流系统20的流量允许减少或消除由浑浊形成的羽流并且可以增加溢流系统的能力。
虽然套管28被示出为柱形管和多个柱形管，但是套管28可以具有不同的形状和/或构造，以有助于形成具有期望截面面积的流动通道。一些实施例诸如图4a至图4b的实施例不包括套管。
虽然术语上部水用于进入和流动通过溢流系统的混合物，但是这可以是液体和/或液体和被挖掘并保持悬浮的颗粒的组合。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替代发明中的元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情形或材料适合于本发明教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (29)

1.一种用于料斗式挖泥船的可调节溢流系统，所述溢流系统包括：
溢流管；
入口，用于从料斗获取上部水；以及
收集器，收集进入所述入口的所述上部水的流并将所述上部水的流引导到所述溢流管，具有基本上水平的顶部的所述收集器界定用于所述上部水进入所述收集器的流动路径的顶部，以确保基本上径向的流进入到所述收集器中，其中，所述溢流管和所述入口中的至少一个是能调节的，以用于控制进入所述溢流系统的流。
2.根据权利要求1所述的溢流系统，其中，所述溢流管的高度是能调节的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，所述溢流系统还包括：
套管，所述套管连接到所述收集器并在所述溢流管内延伸，其中，所述套管、所述溢流管的内侧和/或所述收集器形成通过所述溢流管的流动通道。
4.根据权利要求3所述的溢流系统，其中，所述套管包括管状柱体，所述管状柱体在所述溢流管内从所述收集器延伸，以在所述溢流管的内侧和所述套管之间形成环形流动通道。
5.根据权利要求3所述的溢流系统，其中，所述套管包括管道，所述管道连接到所述收集器并在所述溢流管的内部延伸，以形成通过所述管道的流动通道。
6.根据权利要求5所述的溢流系统，所述溢流系统还包括一个或多个附加管道，所述一个或多个附加管道连接到所述收集器以形成通过所述一个或多个附加管道的一个或多个附加流动通道。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的溢流系统，其中，所述一个或多个管道是柔性的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，所述溢流系统还包括：
水位感测设备，用于感测在所述料斗中的所述上部水的水位。
9.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述入口包括多个入口。
10.根据权利要求9所述的溢流系统，其中，所述多个入口是径向入口。
11.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述收集器包括在所述入口处围绕所述溢流管的内周缘的收集器环。
12.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，所述溢流系统还包括：
滑动件，用于选择性地控制所述入口的尺寸。
13.根据权利要求12所述的溢流系统，其中，所述滑动件由浮子控制。
14.根据权利要求12所述的溢流系统，所述溢流系统还包括：
压力传感器，用于感测在所述入口附近的压力；
致动器系统，用于控制所述滑动件；以及
处理单元，用于接收压力传感器读数并基于所感测的压力来控制所述致动器系统。
15.根据权利要求14所述的溢流系统，其中，所述处理单元控制所述致动器系统以调节所述滑动件，从而使得所述压力传感器处的压力保持在设定值或高于该设定值。
16.根据权利要求15所述的溢流系统，其中，所述设定值大于当地大气压。
17.根据权利要求1至8中任一项所述的溢流系统，其中，所述收集器的所述顶部包括盖，所述盖相对于所述溢流管能选择性地上下移动，以用于调节所述入口，从而控制进入所述溢流系统的流。
18.根据权利要求17所述的溢流系统，其中，所述盖至少与所述溢流管和所述收集器中的较大者一样大。
19.根据权利要求17至18中任一项所述的溢流系统，所述溢流系统还包括位于所述盖上的多个肋部件，以用于引导流进入所述溢流系统。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的溢流系统，其中，所述盖由浮子控制。
21.根据权利要求17至19所述的溢流系统，所述溢流系统还包括用于控制所述盖的运动的控制系统，所述控制系统包括：
压力传感器，用于感测所述入口附近的压力；
致动器系统，用于控制所述盖的运动；以及
处理单元，用于接收压力传感器读数并基于所感测的压力来控制所述致动器系统。
22.一种包括前述权利要求中任一项所述的溢流系统的船。
23.根据权利要求22所述的船，其中，所述溢流管和/或流动通道延伸至所述船的底部。
24.根据权利要求22至23中任一项所述的船，其中，所述溢流管和/或流动通道延伸超过所述船的底部。
25.一种使上部水从料斗流动到船的排放口的方法，所述方法包括：
基于溢流设备的入口处的压力调节溢流系统；
通过利用收集器的基本上水平的顶部界定进入所述收集器的流动路径的顶部，使所述上部水从所述料斗通过所述溢流系统的入口沿基本上径向方向流动进入所述收集器；
使所述上部水从所述入口在所述溢流系统内流到所述收集器；以及
使所述上部水从所述收集器流动到溢流管。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，使所述上部水从所述收集器流动到所述溢流管的步骤包括：使所述上部水从所述收集器流动到所述溢流管内的流动通道。
27.根据权利要求25至26中任一项所述的方法，其中，调节所述溢流系统的步骤包括：
调节所述溢流系统的高度。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中，调节所述溢流系统的步骤包括：
调节所述溢流系统的入口的尺寸。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中，调节所述溢流系统的步骤包括：
相对于所述料斗中的所述上部水的水位调节所述溢流系统的入口。
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