CN107574851A - 一种清除水电站水库淤积物的清淤机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用自然力量就能轻易地清除水电站水库淤积物的清淤机器，即一种清除水电站水库淤积物的清淤机。特别涉及一种能彻底清除水库淤积物的新方法和新设备，该方法的先进和新颖之处就在于充分利用自然的力量驱动该设备实现彻底清除水电站库区淤积物，或用于疏浚类似于黄河的一些‘天河’河段的河床等工程，属于水利领域。

Description

一种清除水电站水库淤积物的清淤机

技术领域

本发明涉及一种清除水电站水库淤积物的清淤机，属于水利领域的一种新方法或新装备。本发明是运用本案已经取得专利权的“借力使力，以流治流”(专利号2009100946370)那一套控流技术原理，设计并制造出这种专门清除水电站水库淤积物的清淤机，该机先进和新颖之处就在于利用自然的力量将大坝上游库区所有的淤积物彻底地排出水库下游，还原水电站原来的畜水功能和发电能力，同时将淤积物再生资源化，把沉积的植物所必须的养料集中归还库区下游植物，还原大坝下游生态平衡，随时做到水库蓄水和排沙两不误，既节能又环保地彻底清除发电站水库的淤积物。该发明方法还具有广泛的实用性，适用于被淤积废旧了的水库改造，或用于疏浚类似于黄河的一些‘天河’河段的河床等工程。

背景技术

随着全球经济社会的发展，人类在河流上修建的水电站和畜水的水库越来越多，越来越宏大，但都随着使用时间的延长，大多数水库因泥沙淤积问题而使得水库的蓄水效能和发电能力大幅度降低，不但缩短了电站的使用寿命，也让为修建这些水利工程而建设的附属建筑因此失去作用，造成资源的严重浪费，例如淤积问题最严重的我国三门峡水电站，不但因黄河的泥沙严重淤积而失去了水库应有的蓄水功能，主汛期还给库区造成直接的黄河水泛滥，还大大减少了电力生产，使电站几近报废；就是新建成的长江三峡大坝，它每年就会产生一立方公里的淤积物，使电站的用寿命由上百年缩短至几十年；全球沙漠地区的水电站和水库的这一问题也不例外。所以，水库淤积这个难题一直困扼着全球的水电站，随着人类对河流的无休止的开发，淤积问题使河流上适宜修建水库的坝址越来越少，远远满足不了社会发展对水资源开发利用的要求，需要进一步开发和利用水资源以支持经济社会的可持续发展；另一方面，虽然随着国家对环境保护力度加大和人们生活水平的改善，水土保持取得显著效果，加之泥沙资源化利用和淤填造地的不断推进，进入水库的泥沙数量明显减少，利用水库自然排沙结合人工挖沙清淤维持水库持续利用成为可能；以往水利枢纽建设多是修建大坝形成单一水库，主要是利用死库容拦沙和异重流排沙；个别水库也开展过单纯的水库人工挖沙清淤。可是直到现在，水库所有的清淤方式方法仍然不够理想，清淤成本不但高而且还不彻底，也就是说，到目前为止，还没有一套高效的清淤方法和一种能够既节能又环保地把淤积物彻底排出库外的机械设备。

发明内容：

本发明为了解决上叙现有技术中的不足，提供一种施工成本很低、操作简便、结构简约，节能又高效、能够利用利用自然之物和力把淤积物彻底排出库外的方法及其机械设备：一种专门清除水电站水库淤积(或疏浚河床)的清淤机。

本案发明的目的在于应用这种清淤机利用自然之物和力，实现轻易地彻底地清除水库淤积物，其功效相当于再造一坐坐水电站和水库。

本案发明的另一目的在于运用了这项清淤技术，人类就能更多更广泛地利用含沙量大的河流建水电站，或疏浚河床(如黄河一些‘天河’河段的河床)，满足社会发展对水资源开发利用的要求，进一步开发和利用水资源，为社会提供更多的清洁能源、促进节能减排，更有力地支持经济社会的可持续发展。

本发明采用的技术方案是：发明一种利用自然之物和力去排除水库泥沙淤积物的方法，并根据这一发明的原理需要设计制造出一种专门清除水电站水库淤积物的清淤机及其运行步骤：

(1)、本发明的一种清除水库泥沙淤积的方法是：应用本案已经取得发明专利的“借力使力，以流治流”(专利号2009100946370)控流技术，设计制造出一种能把水位差产生的压强用机械转换成流体动力，即把自然的势能转换成所需要的动能去驱动机械，并利用水这一物质本身做载体去完成彻底清淤；这种机械装备就是——一种清除水电站水库淤积物的清淤机。

(2)、该清淤机的组成及其结构主要由阀门箱、输淤管和工作头三大部分构成，很简约，使用时只要把输流管连接到所需要的长度，再与阀门箱和工作头相连接，就组成了该清淤机。

(3)、运行步骤和原理：第一步把清淤机的闸伐箱在水下紧贴着水库大坝排沙口处安置妥当，工作头与操作船相连，然后把输淤管、工作头一一沉入到水下淤积物处；第二步开启大坝排沙闸门，再开启清淤机阀门，清淤机就利用水位差把具有势能的静止水转换成具有动能的流动水流、自然流入输淤管去驱动清淤机工作头旋转、搅动淤积物悬浮于水中，悬浮于水中的淤积物被这股流动水流夹载着吸入输淤管，由输淤管经排沙口排出水库大坝的下游。

整个方案节能还保，操作简便、安全可靠，非常适用于各种水库的清淤和河道的疏通工程，也适用于维修废旧水库的改造工程，具有极强的推广应用价值和复制性。

附图说明

图1是该清淤机的主要零部件名称和结构及其功能原理示意图。

图中：阀门外壳1-1、阀门1-2、硬橡胶1-3、钢圈1-4、连接圈1-5、锥形螺旋杆1-6、监控头1-7、滚边龙骨1-8、马鞍吸水口1-9、圆头龙骨1-10、半球搅淤头1-11、带槽圆刀1-12、月牙凹槽1-13、水位差H。

图2是该清淤机三大组件名称和安装及其运行示意图。

图中：大坝2-1、排沙闸门2-2、排沙口2-3、阀门箱2-4、钢圈螺旋输淤管2-5、工作头2-6、淤积物2-7、操作船2-8、钢缆绳2-9。

具体实施方式：

下面结合附图1和附图2，对本案发明的一种清除水电站水库淤积的清淤机器，包括该机部件的结构、安装方式、运行原理和操作步骤作如下详细说明：

如附图2所示的清淤机外部结构主要由：阀门箱2-4、输淤管2-5和工作头2-6三大主件构成；附图1所示的构成清淤机三大主件的各零部件名称、布设及其功能和原理分别是：

第一部分阀门箱2-4：由阀门外壳1-1和阀门1-2组成，这样简约布设，的目的是因为排沙闸门是大坝的永久性布设，不宜代劳，所以，必须根据该机工作时需要频繁调控流速、加长或移动输淤管或开关机器而设置。

第二部分钢圈螺旋输淤管2-5：由硬橡胶1-3和钢圈1-4做成一定长度的钢圈螺旋输淤管单元，这样布设的目的在于让此管既能承受百多米水下巨大压力和长期的沙石冲刷，又能弯折自如地工作；此管或可利用同一型号的废旧轮胎制作而成(以下或简称输淤管)。

第三部分工作头2-6：由锥形螺旋杆1-6、监控头1-7、滚边龙骨1-8、马鞍形吸水口1-9、圆头龙骨1-10、半球搅淤头1-11、带槽圆刀1-12构成：(1)锥形螺旋杆1-5的有益之处和原理是：之所以要把这能量转换装置设计成头小尾大的锥形螺旋杆而不是螺旋桨或涡轮，其作用有三，一是螺旋杆更能耐得住沙粒的长期冲刷打磨，二是可以避免受各种垃圾杂物的粘连缠绕，三是锥形的螺旋杆能将水的动能最大化地转换成动力，所需动力大小，只需在设制时调整锥形螺旋杆的长度即可；(2)滚边龙骨1-8和圆头龙骨1-10的有益之处和原理是：工作部的前锋和支撑部位，必须设计成空心圆头上面才能装半球搅头1-11，并跟滚边龙骨1-8一样具备圆滑性，能避免各种垃圾杂物的粘连缠绕或牵挂堵塞，又能使运作效率最大化；(3)带槽圆刀1-12的有益之处和原理是：在半球面上安装带槽圆刀，在水流的作用下月牙凹槽1-13能使圆刀在半球尖锋上自行旋转，这样就使得半球搅淤头对淤积物灵活地可剥可削可刮还可割，既能将淤积物充分搅起悬浮于水中，还可以甩掉和避免各种垃圾杂物的牵挂缠绕或粘连堵塞；(4)马鞍形吸水口1-9的有益之处和原理是：由于水位差而具备势能的静止水转换成具有动能的急流，势能与动能之间的转换过程短促狭窄而又不完全在所需的工作面，马鞍形吸水口则能把短促形成的急流完全归纳到一个狭窄的工作面，让工作头充分利用已经形成的动能使水流急速冲刷和夹带作业面上松散或悬浮的淤积物，由于该吸水口的形状就是半截马鞍的形状，故名曰：马鞍形吸水口；工作头的操作技巧在于清除不太厚的淤积物时只要需平移工作头即可，若清除太厚的淤积物时只需将工作头上下移动即可蚕食之，简化了操作方法又省掉了许多辅助装置；(5)实际运用时，应把工作头布设成同一规格的左右两个，也就是可同向或异向旋转的一对，这样才能造成工作头或上或下或左或右的工作时都会自动的平衡移动作业。

用于疏浚类似于黄河的一些‘天河’河段的河床清淤机，则只需将本机工作头的规格尺寸缩小，输淤管和阀门无需特别设制，选用常规的组装即可。

安装方式：先在水面上把输淤管2-5用连接圈1-5连接至所需要的长度，两头再分别与阀门箱2-4和工作头2-6也用连接圈相连接即组合成一台清淤机，然后把清淤机的闸伐箱紧贴着水库大坝2-1的大坝排沙口2-3安置妥当，再把工作头经钢缆绳2-9与操作船2-8相连，最后把输淤管、工作头一一沉入到水下安置在具定位置。

该机的运行原理是：运用本案《一种快捷抗洪救灾阻止海难发生的系列设备及辅助装置》中“借力使力，以流治流”(专利号2009100946370)的控流技术，在本案里进一步发明出“利用水位差，把具有势能的静止水通过机械转换成具有动能的流动水流，利用这股具有动能的水流驱动机器，同时也利用这股水流作为载体输送淤积物”的构思，发明制造出这种能把具有势能的静止水转换成具有动能的流动水的机器；确切地讲，这种机器就是利用水位差H，把水平面一百多米以下、具有强大势能的静止水转换成具有强大动能的流动水、驱动该机锥形螺旋杆1-6带动半球搅淤头1-11搅得淤积物2-7悬浮于水中，并同时利用这股水流夹带着悬浮的淤积物通过输淤管2-5排至大坝排沙口2-3冲出水库下游，实现借助自然之物和力，轻易地彻底清除水库淤积物之目的。

操作步骤：以清淤三门峡水库库区的淤积物为例，第一步组装主：先在水面上把输淤管2-5连接至所需要的长度，两头再分别与阀门箱2-4和工作头2-6相连接即组成一台清淤机；第二步布设：把清淤机的闸伐箱紧贴着水库大坝2-1的大坝排沙口2-3安置妥当，再把工作头经钢缆绳2-9与操作船2-8相连，最后把输淤管、工作头一一沉入到水下具定位置；第三步开机：先开启大坝排沙口的闸门2-2，再开启清淤机阀门1-2，一百多米的水位差1-H产生的强大水流就会自动地推动锥形螺旋杆1-6旋转带动半球搅淤头1-11，把溶淤积物搅悬浮于水中，急速流动的水流就自然地夹带着悬浮的淤积物由马鞍吸淤口1-9流入输淤管2-5，通过输淤管排至大坝下游；第四步操作：操作船2-9只管在水面通过监控头1-7操纵钢缆绳移动输淤管和工作头，在清除不太厚的淤积物时只要平移工作头即可，若清除太厚的淤积物时只需将工作头上下移动即可蚕食之，如此连续操作，只需几十天的昼夜运转，即可彻底清除掉整个水库的淤积物。

Claims (7)

1.一种清除水电站水库淤积物的清淤机，该机的主要零部件系由：阀门外壳1-1、阀门1-2、硬橡胶1-3、钢圈1-4、连接圈1-5、锥形螺旋杆1-6、监控头1-7、滚边龙骨1-8、马鞍吸水口1-9、圆头龙骨1-10、半球搅淤头1-11、带槽圆刀1-12、外形上由阀门箱2-4、钢圈螺旋输淤管2-5、工作头2-6组装而成；其技术特征在于：该机原理构思是基于本案已发明的《一种快捷抗洪救灾阻止海难发生的系列设备及辅助装置》(专利号2009100946370)中“借力使力，以流治流”的控流技术，进一步发明出“利用水位差，把具有势能的静止水，通过机械转换成具有动能的流动水流，然后利用这股具有动能的水流驱动该清淤机，把淤积物搅悬浮于水中，同时利用这股水流夹带着悬浮于水中的淤积物通过输淤管排出水坝外”的构思，运用水流的特定规律和的相应的机械原理设计制造成出以上零部件，组装成一种能把具有势能的静水转换成具有动能的流水的清淤机，实现利用自然之物和力，轻易地彻底清除水库淤积物之目的；本案方法还可以用于疏通河道，例如类似于黄河的一些‘天河’河段。

2.如权利要求1所述的一种清除水电站水库淤积物的清淤机，该机三大部件之一的阀门箱2-4：系由阀门外壳1-1和阀门1-2组成，这样简约布设，其特征在于：排沙闸门是大坝的永久性布设，不宜代劳，所以必须根据该机工作时需要频繁调控流速、加长或移动输淤管或开关机器而设置。

3.如权利要求1所述的一种清除水电站水库淤积物的清淤机，该机三大部件之二的输淤管2-5：系由硬橡胶1-3和钢圈1-4做成一定长度的钢圈螺旋输淤管单元，其技术特征在于：让此管既能承受百多米水下巨大压力和长期的沙石冲刷，又能弯折自如地工作；此管或可利用同一型号的废旧轮胎制作而成。

4.如权利要求1所述的一种清除水电站水库淤积物的清淤机，该机三大部件之三的工作头2-6：系由锥形螺旋杆1-6、监控头1-7、滚边龙骨1-8、马鞍形吸水口1-9、圆头龙骨1-10、半球搅淤头1-11、带槽圆刀1-12构成：其技术特征在于：(1)锥形螺旋杆1-5的有益之处和原理是：之所以要把这能量转换装置设计成头小尾大的锥形螺旋杆而不是螺旋桨或涡轮，其作用有三，一是螺旋杆更能耐得住沙粒的长期冲刷打磨，二是可以避免受各种垃圾杂物的粘连缠绕，三是锥形的螺旋杆能将水的动能最大化地转换成动力，所需动力大小，只需在设制时调整锥形螺旋杆的长度即可；(2)滚边龙骨1-8和圆头龙骨1-10的有益之处和原理是：工作部的前锋和支撑部位，必须设计成空心圆头上面才能装半球搅头1-11，并跟滚边龙骨1-8一样具备圆滑性，能避免各种垃圾杂物的粘连缠绕或牵挂堵塞，又能使运作效率最大化；(3)带槽圆刀1-12的有益之处和原理是：在半球面上安装带槽圆刀，在水流的作用下月牙凹槽1-13能使圆刀在半球尖锋上自行旋转，这样就使得半球搅淤头对淤积物灵活地可剥可削可刮还可割，既能将淤积物充分搅起悬浮于水中，还可以甩掉和避免各种垃圾杂物的牵挂缠绕或粘连堵塞；(4)马鞍形吸水口1-9的有益之处和原理是：由于水位差而具备势能的静止水转换成具有动能的急流，势能与动能之间的转换过程短促狭窄而又不完全在所需的工作面，马鞍形吸水口则能把短促形成的急流完全归纳到一个狭窄的工作面，让工作头充分利用已经形成的动能使水流急速冲刷和夹带作业面上松散或悬浮的淤积物，由于该吸水口的形状就是半截马鞍的形状，故名曰：马鞍形吸水口；工作头的操作技巧在于清除不太厚的淤积物时只要需平移工作头即可，若清除太厚的淤积物时只需将工作头上下移动即可蚕食之，简化了操作方法又省掉了许多辅助装置；(5)实际运用时，应把工作头布设成同一规格的左右两个，也就是可同向或异向旋转的一对，这样才能造成工作头或上或下或左或右的工作时都会自动的平衡移动作业。

5.如权利要求1所述的一种清除水电站水库淤积物的清淤机，其技术特征在于所叙的运行原理：该机是利用水位差1-H，把水平面一百多米以下、具有强大势能的静止水转换成一股具有强大动能的流水、并用这股流水去驱动该机锥形螺旋杆1-5带动搅淤头1-8搅溶淤积物2-7，同时利用这股流水夹带着搅溶的淤积物通过输淤管2-5排出大坝排沙口2-3冲至水库下游。

6.如权利要求1所述的一种清除水电站水库淤积物的清淤机，其技术特征在于所叙的运行方式和操作步骤：以清淤三门峡水库库区的淤积物为例，第一步组装主：先在水面上把输淤管2-5用连接圈1-5连接至所需要的长度，两头再分别与阀门箱2-4和工作头2-6也用连接圈相连接即组合成一台清淤机，第二步布设：把清淤机的闸伐箱紧贴着水库大坝2-1的大坝排沙口2-3安置妥当，再把工作头经钢缆绳2-9与操作船2-8相连，最后把输淤管、工作头一一沉入到水下具定位置：第三步开机：先开启大坝排沙口的闸门2-2，再开启清淤机阀门1-2，一百多米的水位差1-H产生的强大水流就会自动地推动锥形螺旋杆1-6旋转带动半球搅淤头1-11，把溶淤积物搅悬浮于水中，急速流动的水流就自然地夹带着悬浮的淤积物由马鞍吸淤口1-9流入输淤管2-5，通过输淤管排至大坝下游；第四步操作：操作船2-9只管在水面通过监控头1-7操纵钢缆绳移动输淤管和工作头，在清除不太厚的淤积物时只要平移工作头即可，若清除太厚的淤积物时只需将工作头上下移动即可蚕食之，如此连续操作，只需几十天的昼夜运转，即可彻底清除掉整个水库的淤积物。

7.如权利要求1所述的一种清除水电站水库淤积物的清淤机，所叙的用于疏浚类似于黄河的一些‘天河’河段的河床清淤机，其技术特征在于方法和原理跟清除水电站水库淤积物的清淤机一样，只需将本案这种清除水电站水库淤积物的清淤机的工作头之规格尺寸缩小，输淤管和阀门无需特别设制，选用常规的组装即可。