CN107724449A - 涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法 - Google Patents

涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法 Download PDF

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Abstract

涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法，将垂直状的进气管路与涡流式气体扰动组件连接，外接的空压机通过该进气管路向涡流式气体扰动组件通入高压气体，高压气体进入涡流式气体扰动组件的各个气室，然后从喷嘴喷出，喷射方向正对了呈45°的导气斜面，该斜面将气体往向上的方向弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动，将河口细颗粒泥沙扰动疏浚。本发明通过向细颗粒泥沙输送高压气体，将底部细颗粒泥沙搅动至中、上层水体，减缓了新淤土和浮泥在床面不断落淤、逐步密实的过程，改变了含沙水体垂向密度分布，极大地延长了含沙水体中泥沙乘潮输移距离，缓解了航道回淤引起通航水深不足的压力，降低了现有航道疏浚技术能耗成本。

Description

涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法
技术领域
本发明涉及河(航)道用疏浚装置及疏浚技术领域，尤其涉及一种应用于河道的河口区域新淤土和浮泥等细颗粒泥沙的乘潮疏浚的涡流式气体扰动疏浚装置及其配套的河口细颗粒泥沙疏浚方法。
背景技术
目前，由于洪水、长时间降雨导致泥沙随着水流流动等因素，河道的河口区域通常会被各种细颗粒泥沙淤积，而这种淤积会影响到河道的防洪、排涝、灌溉、供水、通航等各项功能的正常发挥，为恢复河道正常功能，必须进行河道清淤疏浚工程，使河道通过治理变深、变宽，河水变清，使得群众的生产条件和居住环境得到明显改善，达到“水清，河畅，岸绿，景美”的目标。
目前，现有技术下的河道疏浚机具的动力型式以机械式或水力式等为主，其主要表现为：
(1)高压爆破-在疏浚机布置高压气管，通过高压气体射流形成高能量冲击波，以实现破土效能，进而装入船舱运走；
(2)真空抽吸-在疏浚机布置高压蒸汽，通过蒸汽冷凝形成负压真空，对河床和边滩淤积物进行抽取，以实现疏浚效能；
(3)空气升液-在疏浚机布置双条供气管路，输送有压气体，一条形成负压提升浑水，一条通过气孔筛选物质，以实现升液效能。
而经过现场操作人员长时间反复作业后的反馈，现有技术的上述工艺手段都是依靠动力来扰动河底(床)上固结的淤泥，并通过船舶及船舶配套的管道设备把泥沙输运或转移，最后在抛入指定区域，所以在各个环节均存在大量的能源耗费，而且现有技术下的工艺手段应对河口细颗粒泥沙的效果不佳，且整体效率低、能耗大、对河口细颗粒泥沙的疏浚针对性不足等问题，所以严重影响河口航道维护治理的难度和经济成本。
综上所述，目前需要一种新型的河口细颗粒泥沙疏浚装置及配套的河口细颗粒泥沙疏浚方法，能解决现有技术下的机械式或水力式疏浚手段的缺陷，填补河道疏浚技术中的空白。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法，作为一套新型的疏浚机具及疏浚方法，在确保对各种疏浚船普适安装的基础上，克服了传统疏浚技术中挖、运、抛的工艺流程带来的巨量能源损耗问题，该机具工艺流程是通过空压机注入扰动气体，利用耙具涡流室增加涡流室内气体紊动强度，进而扰动细颗粒泥沙，促使细颗粒泥沙向表、中层水体悬浮，依靠表、中层强落潮潮流动力将回淤物质输送向外海，本发明充分利用河口地区潮汐动力和细颗粒泥沙运动特性等自然条件，有效降低航道维护难度和疏浚成本。
本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法，其具体结构和实施步骤如下所述：
涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，包括垂直状的进气管路，其特征在于：
所述的进气管路与一涡流式气体扰动组件连接，外接的空压机通过该进气管路向涡流式气体扰动组件通入高压气体，高压气体进入涡流式气体扰动组件的各个气室，然后从喷嘴喷出，将河口细颗粒泥沙扰动疏浚。
根据本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其特征在于，所述的涡流式气体扰动组件包括涡流式气体扰动气室、高压气体输送管路、喷嘴组和吊装用挂环，其中，涡流式气体扰动气室共有4～6个，呈直线型的按横向顺序排列连接，每个涡流式气体扰动气室均为底部封闭而上部开口的盒状，涡流式气体扰动气室内部的一侧设置有进气舱、另一侧则设置有导气斜面，进气管路与设置在涡流式气体扰动气室侧部的高压气体输送管路连通，而高压气体输送管路的各个输送分路通入各个涡流式气体扰动气室的进气舱，喷嘴组则安装在进气舱的垂直隔板上，且喷嘴组的喷射方向正对了导气斜面，吊装用挂环设置在涡流式气体扰动气室的侧面，吊装用挂环与船舶吊运钢缆连接，将整个涡流式气体扰动组件置入或吊出河道。
根据本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其特征在于，所述的喷嘴组呈上下两组并列设置，每组喷嘴组由8～10个喷嘴底座和喷嘴组成，其中，喷嘴底座采用焊接的方式焊接设置在进气舱的垂直隔板上，而喷嘴则采用螺纹连接的方式旋接在喷嘴底座上。
根据本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其特征在于，所述的导气斜面其具体为一45°的斜面，由于喷嘴组的喷射方向正对了导气斜面，将气体往向上的方向弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动。
此处设计目的在于，由于本发明适用于细颗粒泥沙的河口细颗粒泥沙疏浚，如将喷嘴组直接采用向上喷射的设置，则可能会堵塞喷头，故采用了横向喷射，再被呈45°设置的导气斜面向上弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动，使得含细颗粒泥沙的水流被搅动至中、上层水体，减缓了新淤土和浮泥在床面不断落淤、逐步密实的过程，即，改变了含沙水体垂向密度分布，极大地延长了含沙水体中泥沙乘潮输移距离。
5.河口细颗粒泥沙疏浚方法，基于上述的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其具体步骤如下所述：
1)进行涡流式气体扰动组件的装配：
将4～6个涡流式气体扰动气室呈直线型的按横向顺序排列连接，然后将高压气体输送管路的各个输送分路通入各个涡流式气体扰动气室的进气舱，确认连接无误，最后将喷嘴组的喷嘴旋接在各个喷气底座上，如只需对部分喷嘴开启时，可将其他喷嘴用堵头替换，进行封堵；
2)外部供气组件与涡流式气体扰动组件的连接：
将空压机与进气管路连接，而进气管路与设置在涡流式气体扰动气室侧部的高压气体输送管路连通，此时先开启空压机通入压缩空气进行喷气测试，并通过外部设置的空气压力计监测压力，确认正常运作后关闭空压机；
3)涡流式气体扰动组件与工程船的连接作业：
整个涡流式气体扰动组件采用工程船实现运输定位-将涡流式气体扰动组件放置于甲板，将其运至预定疏浚地点，并在工程船上布置牵引索，牵引索一端与工程船上系缆柱相连，另一端与涡流式气体扰动组件的端部相连；
4)涡流式气体扰动组件与船舶吊运钢缆的连接作业：
使用吊运装置布置船舶吊运钢缆，船舶吊运钢缆的一端与吊运装置连接，另一端则采用D型或弓形卸扣与涡流式气体扰动组件的吊装用挂环连接；
5)涡流式气体扰动组件的入水疏浚作业：
吊运装置通过船舶吊运钢缆提升整个涡流式气体扰动组件，将其平行放置入水中，确认入水坐底后，设置压力气体参数，开启外接的空压机输送压缩空气，观察水面气泡，确认输气正常，启动工程船，通过牵引索将涡流式气体扰动组件拖曳进行疏浚作业，此时，压缩空气通过进气管路和高压气体输送管路输送至各个进气舱的喷嘴组处，喷嘴组的喷嘴横向输出高压气体，再被呈45°设置的导气斜面向上弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动，使得含细颗粒泥沙的水流被搅动至中、上层水体，进行疏浚作业，待作业结束后，关闭空压机，放松牵引绳，通过吊运装置提升涡流式气体扰动组件放至甲板，以便下次作业。
6.如权利要求5所述的河口细颗粒泥沙疏浚方法，其特征在于，步骤1)～5)中的涡流式气体扰动组件的涡流式气体扰动气室的具体装配数量由河口区域的宽度或需要疏浚的细泥沙颗粒的分布情况决定。
使用本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法获得了如下有益效果：
1.本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法，通过向细颗粒泥沙输送高压气体，将底部细颗粒泥沙搅动至中、上层水体，减缓了新淤土和浮泥在床面不断落淤、逐步密实的过程，改变了含沙水体垂向密度分布，极大地延长了含沙水体中泥沙乘潮输移距离，缓解了航道回淤引起通航水深不足的压力；
2.本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法，大大降低了现有航道疏浚技术能耗成本。
附图说明
图1为本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法的装置部分的具体结构立体示意图；
图2为本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法的装置部分的俯视图。
图中：1-进气管路，A-涡流式气体扰动组件，A1-涡流式气体扰动气室，A1a-进气舱，A1b-导气斜面，A1c-垂直隔板，A2-高压气体输送管路，A2a-输送分路，A3-喷嘴组，A3a-喷嘴底座，A3b-喷嘴，A4-吊装用挂环。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法做进一步的描述。
实施例
如图1～图2所示，涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，包括垂直状的进气管路1，该进气管路与一涡流式气体扰动组件A连接，外接的空压机通过该进气管路向涡流式气体扰动组件通入高压气体，高压气体进入涡流式气体扰动组件的各个气室，然后从喷嘴喷出，将河口细颗粒泥沙扰动疏浚。
涡流式气体扰动组件A包括涡流式气体扰动气室A1、高压气体输送管路A2、喷嘴组A3和吊装用挂环A4，其中，涡流式气体扰动气室共有4～6个(本实施例中为4 个)，呈直线型的按横向顺序排列连接，每个涡流式气体扰动气室均为底部封闭而上部开口的盒状，涡流式气体扰动气室内部的一侧设置有进气舱A1a、另一侧则设置有导气斜面A1b，进气管路1与设置在涡流式气体扰动气室侧部的高压气体输送管路连通，而高压气体输送管路的各个输送分路A2a通入各个涡流式气体扰动气室的进气舱，喷嘴组A3则安装在进气舱的垂直隔板A1c上，且喷嘴组的喷射方向正对了导气斜面，吊装用挂环设置在涡流式气体扰动气室的侧面，吊装用挂环与船舶吊运钢缆连接，将整个涡流式气体扰动组件置入或吊出河道。
喷嘴组A3呈上下两组并列设置，每组喷嘴组由8～10个喷嘴底座A3a和喷嘴A3b(本实施例中为8个喷嘴底座和喷嘴)组成，其中，喷嘴底座采用焊接的方式焊接设置在进气舱A1a的垂直隔板A1c上，而喷嘴则采用螺纹连接的方式旋接在喷嘴底座上。
导气斜面A1b其具体为一45°的斜面，由于喷嘴组A3的喷射方向正对了导气斜面，将气体往向上的方向弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动。
由于本发明适用于细颗粒泥沙的河口细颗粒泥沙疏浚，如将喷嘴组直接采用向上喷射的设置，则可能会堵塞喷头，故采用了横向喷射，再被呈45°设置的导气斜面向上弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动，使得含细颗粒泥沙的水流被搅动至中、上层水体，减缓了新淤土和浮泥在床面不断落淤、逐步密实的过程，即，改变了含沙水体垂向密度分布，极大地延长了含沙水体中泥沙乘潮输移距离。
河口细颗粒泥沙疏浚方法，基于上述所有的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其具体步骤如下所述：
1)进行涡流式气体扰动组件A的装配：
将4～6个(本实施例中为4个)涡流式气体扰动气室A1呈直线型的按横向顺序排列连接，然后将高压气体输送管路A2的各个输送分路A2a通入各个涡流式气体扰动气室的进气舱A1a，确认连接无误，最后将喷嘴组A3的喷嘴A3b旋接在各个喷气底座A3a上，如只需对部分喷嘴开启时，可将其他喷嘴用堵头替换，进行封堵；
2)外部供气组件与涡流式气体扰动组件A的连接：
将空压机与进气管路1连接，而进气管路与设置在涡流式气体扰动气室A1侧部的高压气体输送管路A2连通，此时先开启空压机通入压缩空气进行喷气测试，并通过外部设置的空气压力计监测压力，确认正常运作后关闭空压机；
3)涡流式气体扰动组件A与工程船的连接作业：
整个涡流式气体扰动组件采用工程船实现运输定位-将涡流式气体扰动组件放置于甲板，将其运至预定疏浚地点，并在工程船上布置牵引索，牵引索一端与工程船上系缆柱相连，另一端与涡流式气体扰动组件的端部相连；
4)涡流式气体扰动组件A与船舶吊运钢缆的连接作业：
使用吊运装置布置船舶吊运钢缆，船舶吊运钢缆的一端与吊运装置连接，另一端则采用D型或弓形卸扣与涡流式气体扰动组件的吊装用挂环A4连接；
5)涡流式气体扰动组件A的入水疏浚作业：
吊运装置通过船舶吊运钢缆提升整个涡流式气体扰动组件，将其平行放置入水中，确认入水坐底后，设置压力气体参数，开启外接的空压机输送压缩空气，观察水面气泡，确认输气正常，启动工程船，通过牵引索将涡流式气体扰动组件拖曳进行疏浚作业，此时，压缩空气通过进气管路1和高压气体输送管路A2输送至各个进气舱A1a 的喷嘴组A3处，喷嘴组的喷嘴A3b横向输出高压气体，再被呈45°设置的导气斜面 A1b向上弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动，使得含细颗粒泥沙的水流被搅动至中、上层水体，进行疏浚作业，待作业结束后，关闭空压机，放松牵引绳，通过吊运装置提升涡流式气体扰动组件放至甲板，以便下次作业。
步骤1)～5)中的涡流式气体扰动组件A的涡流式气体扰动气室A1的具体装配数量由河口区域的宽度或需要疏浚的细泥沙颗粒的分布情况决定。
本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法，通过向细颗粒泥沙输送高压气体，将底部细颗粒泥沙搅动至中、上层水体，减缓了新淤土和浮泥在床面不断落淤、逐步密实的过程，改变了含沙水体垂向密度分布，极大地延长了含沙水体中泥沙乘潮输移距离，缓解了航道回淤引起通航水深不足的压力；本发明的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置及疏浚方法，大大降低了现有航道疏浚技术能耗成本。

Claims (6)

1.涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，包括垂直状的进气管路(1)，其特征在于：
所述的进气管路(1)与一涡流式气体扰动组件(A)连接，外接的空压机通过该进气管路向涡流式气体扰动组件通入高压气体，高压气体进入涡流式气体扰动组件的各个气室，然后从喷嘴喷出，将河口细颗粒泥沙扰动疏浚。
2.如权利要求1所述的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其特征在于，所述的涡流式气体扰动组件(A)包括涡流式气体扰动气室(A1)、高压气体输送管路(A2)、喷嘴组(A3)和吊装用挂环(A4)，其中，涡流式气体扰动气室共有4～6个，呈直线型的按横向顺序排列连接，每个涡流式气体扰动气室均为底部封闭而上部开口的盒状，涡流式气体扰动气室内部的一侧设置有进气舱(A1a)、另一侧则设置有导气斜面(A1b)，进气管路(1)与设置在涡流式气体扰动气室侧部的高压气体输送管路连通，而高压气体输送管路的各个输送分路(A2a)通入各个涡流式气体扰动气室的进气舱，喷嘴组(A3)则安装在进气舱的垂直隔板(A1c)上，且喷嘴组的喷射方向正对了导气斜面，吊装用挂环设置在涡流式气体扰动气室的侧面，吊装用挂环与船舶吊运钢缆连接，将整个涡流式气体扰动组件置入或吊出河道。
3.如权利要求2所述的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其特征在于，所述的喷嘴组(A3)呈上下两组并列设置，每组喷嘴组由8～10个喷嘴底座(A3a)和喷嘴(A3b)组成，其中，喷嘴底座采用焊接的方式焊接设置在进气舱(A1a)的垂直隔板(A1c)上，而喷嘴则采用螺纹连接的方式旋接在喷嘴底座上。
4.如权利要求2所述的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其特征在于，所述的导气斜面(A1b)其具体为一45°的斜面，由于喷嘴组(A3)的喷射方向正对了导气斜面，将气体往向上的方向弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动。
5.河口细颗粒泥沙疏浚方法，基于上述所有权利要求的涡流式气体扰动河口细颗粒泥沙疏浚装置，其具体步骤如下所述：
1)进行涡流式气体扰动组件(A)的装配：
将4～6个涡流式气体扰动气室(A1)呈直线型的按横向顺序排列连接，然后将高压气体输送管路(A2)的各个输送分路(A2a)通入各个涡流式气体扰动气室的进气舱(A1a)，确认连接无误，最后将喷嘴组(A3)的喷嘴(A3b)旋接在各个喷气底座(A3a)上，如只需对部分喷嘴开启时，可将其他喷嘴用堵头替换，进行封堵；
2)外部供气组件与涡流式气体扰动组件(A)的连接：
将空压机与进气管路(1)连接，而进气管路与设置在涡流式气体扰动气室(A1)侧部的高压气体输送管路(A2)连通，此时先开启空压机通入压缩空气进行喷气测试，并通过外部设置的空气压力计监测压力，确认正常运作后关闭空压机；
3)涡流式气体扰动组件(A)与工程船的连接作业：
整个涡流式气体扰动组件采用工程船实现运输定位-将涡流式气体扰动组件放置于甲板，将其运至预定疏浚地点，并在工程船上布置牵引索，牵引索一端与工程船上系缆柱相连，另一端与涡流式气体扰动组件的端部相连；
4)涡流式气体扰动组件(A)与船舶吊运钢缆的连接作业：
使用吊运装置布置船舶吊运钢缆，船舶吊运钢缆的一端与吊运装置连接，另一端则采用D型或弓形卸扣与涡流式气体扰动组件的吊装用挂环(A4)连接；
5)涡流式气体扰动组件(A)的入水疏浚作业：
吊运装置通过船舶吊运钢缆提升整个涡流式气体扰动组件，将其平行放置入水中，确认入水坐底后，设置压力气体参数，开启外接的空压机输送压缩空气，观察水面气泡，确认输气正常，启动工程船，通过牵引索将涡流式气体扰动组件拖曳进行疏浚作业，此时，压缩空气通过进气管路(1)和高压气体输送管路(A2)输送至各个进气舱(A1a)的喷嘴组(A3)处，喷嘴组的喷嘴(A3b)横向输出高压气体，再被呈45°设置的导气斜面(A1b)向上弹射，带动了含细颗粒泥沙的水体也往上运动，使得含细颗粒泥沙的水流被搅动至中、上层水体，进行疏浚作业，待作业结束后，关闭空压机，放松牵引绳，通过吊运装置提升涡流式气体扰动组件放至甲板，以便下次作业。
6.如权利要求5所述的河口细颗粒泥沙疏浚方法，其特征在于，步骤1)～5)中的涡流式气体扰动组件(A)的涡流式气体扰动气室(A1)的具体装配数量由河口区域的宽度或需要疏浚的细泥沙颗粒的分布情况决定。
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