CN107795004A - 一种用于淤泥积层的清疏装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排水管道深厚淤积层的清疏装置，具体是一种用于淤泥积层的清疏装置及其工作方法，包括：支撑装置；导轨，所述的导轨设置在支撑装置上；动力和传动装置，所述的动力和传动装置设置在导轨上；钻杆，所述钻杆的一端连接动力和传动装置；钻头，所述的钻头连接钻杆的另一端；控制装置，所述的控制装置与所述的动力和传动装置连接。本发明装置具有智能化、可视化、机械化清淤施工等特点，降低了工作人员劳动强度，避免工人在恶劣环境下施工的危险，极大的提高了管道清淤效率。从安全角度出发并结合工程实践结果表明，该装置效率高且无需人员进入管道内作业，安全可靠，设备简单，操作方便，且已在工程实践中成功运用。

Description

一种用于淤泥积层的清疏装置及其工作方法

[技术领域]

本发明涉及排水管道深厚淤积层的清疏装置，具体是一种用于淤泥积层的清疏装置及其工作方法。

[背景技术]

近年来，城市排水管道淤积、堵塞的问题日益突出。管道中的淤积不仅会造成管道淤堵，引起污水溢出横流，还会侵蚀、破坏管道。然而，污水管道周边环境复杂，清疏作业的安全风险极高，这导致污水管道维护管养、清疏淤积工作难度较大。为解决排水管道淤堵问题，确保排水管网安全、平稳的运行，对排水管道清疏方法的研究具有非常重要的现实意义。

目前，国内外学者在理论研究与工程实践中提出了多种管道清疏方法，如：人工清掏法、绞车疏通法、水冲刷清淤法、高压水射流疏通法、机器人清疏法等。

人工清掏法方法清掏作业的工作量很大，工作效率低，作业人员管内作业安全风险大，常有伤亡事故发生的报道。

绞车疏通法同样需要人员管内穿竹片或导杆，同样会危害工人的生命，而且当堵塞严重时穿绳困难，无法疏通。

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，其难以用于深埋、大管径、长管段的排水管道清淤。

高压水射流疏通法需要大量的洁净水，需要附近有水源的情况，且这种清淤方法设备昂贵，清淤作业成本较高，对大管径管道清疏效率低，加上水出管后压力损失大，射程受到了一定限制，对于较长管道超固结淤积的情况，一般效果不理想。

管道机器人多是在排水管道内部进行检测和穿缆等工作进行研究，虽然国内有大量的穿绳机器人研究，但还未见其在大管径、长管段的排水管道清淤工程中得以推广应用的报道。

还有通沟机清淤法、清淤球清淤法等，通沟机清淤法需要利用空气压缩技术将清淤器从一个检查井送入另一个检查井，然后再利用钢丝绳或软轴回拉清淤器刮除淤积，故其不适用与长管段且硬质、板结淤积管道的清疏。清淤球清淤法是一种预防性的排水管道清淤方法，在管道淤积到一定程度后便不再适用。

中国专利文献CN201500658U中公开的一种大管径污水管道清淤小船以及中国专利文献CN102094454B中公开的改进型大管径污水管道清淤小船，虽可以实现大管径、深埋深污水管道的清淤，但是其需要给小船提供一个水力行进空间，对淤积厚度大的大管径、深埋深管道清疏工程，其实际应用受到限制。此外，其仅靠小船自带电机或水下搅拌装置提供小船前进动力，清疏效率低。而且，上述清淤小船也无法有效的将大块的淤积物(如砖块，石块)和板结的淤积物刮出至检查井内。

上述清疏方法由于其各自的缺点，难以较好的在大管径、长管段、深埋深、超固结淤积的污水主干管清疏工程中运用。

[发明内容]

本发明就是针对上述清疏方法和设备存在问题，以及对城市排水管道，尤其是大管径、长管段、深埋深、超固结淤积污水主干管的不适用性，公开了一种用于排水干管深厚淤积层的清疏装置，其目的在于解决现有管道清淤安全风险高和工作效率低的问题。

为实现上述问题，设计一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于包括：

支撑装置；

导轨，所述的导轨设置在支撑装置上；

动力和传动装置，所述的动力和传动装置设置在导轨上；

钻杆，所述钻杆的一端连接动力和传动装置；

钻头，所述的钻头连接钻杆的另一端；

控制装置，所述的控制装置与所述的动力和传动装置连接。

支撑装置包括支撑台座，所述支撑台座的底部设有若干竖向支腿，所述的支撑台座的侧部设有若干水平支腿。

钻杆包括位于前端的首节钻杆以及与首节钻杆尾端连接的标准节钻杆。

在所述的首节钻杆上套设有一夹紧装置，所述夹紧装置底部设置在夹紧装置支座上，所述的夹紧装置支座固定在支撑装置上。

所述的夹紧装置包括平衡臂、对称设置的两块半圆形钢板、以及对称设置的两块夹紧钢板，所述夹紧钢板的一侧轴向设有半圆形通孔，两块夹紧钢板的半圆形通孔相对从而构成一用于使钻杆通过的圆形通孔，两块夹紧钢板通过半圆形钢板固定，所述夹紧钢板的两侧设有平衡臂。

所述钻杆为中空钢管，所述标准节钻杆的长度为2～3m，标准节钻杆后端可泵入高压水，高压水通过钻杆泵入钻头，沿钻头下部环向设置有喷头，通过喷头喷射出高压水，将淤积层切割破碎。

所述的首节钻杆上设有水下探测摄像机，所述水下探测摄像机与首节钻杆以螺栓连接，随钻杆掘进而不断旋转。

控制系统为微机数控装置，包含动力和传动装置的开关按钮、钻杆高压水注入开关和摄像机显示控制屏。

钻头材质为合金钢，所述的钻头的前端为锥形钻头，钻头的后端为凹型，所述钻头后端与钻杆的前端采用螺纹连接。

所述的工作方法如下：

a)设备定位：设备吊装就位后，支起水平和竖向液压支腿，通过调节液压支腿的长度调；整设备高度并进行定向找正；

b)装置调试：所述清淤装置定位完成后，即可进行调试并钻进，通过控制系统先启动动力装置开关，让钻头做切削运动，再启动传动装置开关使钻杆带动钻头做推进运动，观察钻杆和钻头的运行状态，确定其能在导轨上自由移动，并观察摄像机显示控制屏，确定监控系统是否正常，完成调试工作；

c)清淤施工：通过控制系统的动力和转动装置开关，将压力和转动通过钻杆传递至钻头部位,带动钻杆和钻头一边做直线运动，一边做旋转运动；钻头在钻杆的带动下在管内向前做切削运动，将管内淤泥打碎，在此过程中，沿钻头下部环向布置的喷头喷射出高压水，进一步将淤积层切割破碎并经管内水稀释成浓泥浆；推进一个标准节钻杆长度后，在导轨上采用逐节加长钻杆的方式推动钻头继续掘进，使得钻头不断前进并对管道内的淤积层进行切削破碎，直至达到清淤深度要求；上述过程可通过控制系统的摄像机显示控制屏观测管内工作状态；当钻头钻透一个工作段的淤积层后，反向转动钻杆并带动钻头从管道中回退，经稀释、破碎的淤积物随钻头回退不断流入管道外检查井中；

d)反复清疏：循环c)步骤所述的清淤施工工序，钻头做2～3次往返运动后，可视淤积物的固结程度决定是否更换更大直径的清淤钻头，随着钻头钻头横断面积的增大，可进一步提高出淤效率，循环重复以上工序，直至通过摄像头观测管内淤泥已基本清理完毕，完成一个工作段的清淤工作。

本发明同现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明装置具有智能化、可视化、机械化清淤施工等特点，解决了传统深埋深、长管道、大管径排水管道超固结淤积层清疏工效低、风险高的问题，降低了工作人员劳动强度，避免工人在恶劣环境下施工的危险，极大的提高了管道清淤效率。从安全角度出发并结合工程实践结果表明，该装置效率高且无需人员进入管道内作业，安全可靠，设备简单，操作方便，且已在工程实践中成功运用。

[附图说明]

图1是本发明实施例中清淤装置前视图；

图2是本发明实施例中清淤装置左视图；

图3(a)是本发明实施例中清淤钻头结构示意图与钻杆螺纹连接结构图；

图3(b)是图3(a)的A部放大图；

图4(a)是本发明实施例中夹紧装置的结构示意图；

图4(b)是本发明实施例中图4(a)的侧视图；

如图所示，图中：1—钻头，2—水下探测摄像机，3—夹紧装置，4—钻杆，5—控制装置，6—竖向支腿，7—导轨，8—水平支腿，9—支撑台座，10—动力和传动装置，11—喷头，12—半圆形钢板，13—夹紧钢板，14—平衡臂，15—夹紧装置支座，16—支撑平台板。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为方便描述，本发明所述的“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“水平”、“内部”和“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。

如图1和图2所示，一种用于排水干管深厚淤积层的清疏装置，包括：钻头1、控制系统5、支撑台座9、动力和传动装置10。钻头1通过钻杆4和动力和传动装置10相连，动力和传动装置10放置于支撑台座9之上，控制系统5通过动力和传动装置10带动钻头1做往复运动，达到疏通管内淤积物的目的。

如图3(a)所示，钻头1前部为锥形切削刀头，后部为凹形，材质为合金钢材质且为可替换标准件，根据不同清淤需求分为多种直径。根据所清疏淤积物的硬度不同，还有不同切削原理的清淤钻头可供选择。钻头1下部环向设置了喷头11，钻头1与首节钻杆4以螺纹连接，首节钻杆4后端可接入高压水，高压水通过钻杆4泵入钻头1。钻头1在旋转掘进过程中，可利用喷头11喷射高压水切割破碎土体。

钻杆4为中空钢管，以2～3m为一标准节。首节钻杆4上安装有水下探测摄像机2，水下探测摄像机2与首节钻杆4以螺栓连接，随钻杆掘进而不断旋转。标准节钻杆4穿过夹紧装置3以螺纹连接的方式接长。

如图4(a)、图4(b)所示，夹紧装置3由半圆形钢板12、夹紧钢板13、平衡臂14组成。半圆形钢板12共两块，通过螺栓将夹紧钢板13固定。夹紧钢板13共两块，内部为半圆形孔洞，通过半圆形钢板12固定形成内部圆形孔洞，用于固定钻杆4，钻杆4从圆形孔洞穿过。平衡臂14为圆柱形钢材，用于钻杆4往复运动时保持其平衡、稳定，防止产生过大振动。所述夹紧装置3置于夹紧装置支座15之上，与夹紧装置支座15上部钢板焊接。

标准节钻杆4穿过夹紧装置3后，尾部与动力和传动装置10以螺纹连接。动力和传动装置10放置于支撑台座9上部的导轨7上，与导轨7以螺栓固定连接。所述动力和传动装置10利用液压千斤顶提供动力，通过齿条机齿轮的转动在导轨7上由右向左不断前进，在此过程中，动力和传动装置10将压力和转动传到钻杆4，钻杆4带动钻头1在管道内部不断向前旋转掘进，切削淤泥。在钻杆4和钻头1在掘进的同时，沿钻头1下部环向设置的喷头11喷射高压水切割破碎土体以提高掘进效率。

支撑台座9由夹紧装置支座15、支撑平台板16、竖向支腿6和水平支腿8组成。

如图4(a)、图4(b)所示，夹紧装置支座15为焊接式钢板支座，由上下两块钢板和数个腹板焊接而成。夹紧装置支座15与支撑平台板16采用焊接方式连接，支撑平台板16为实心钢板，上部采用螺栓连接方式固定导轨7，前、后各焊有水平支腿8，下部焊有竖向支腿6。所述水平支腿8和竖向支腿6为可调式伸缩液压支腿，在清疏装置安装时，水平支腿8和竖向支腿6下方以进行设备固定，同时可通过调节水平支腿8和竖向支腿6的长度控制设备整体高度并进行找正。

控制系统5为微机数控装置，包含动力和传动装置的开关按钮、钻杆高压水注入开关和摄像机显示控制屏。所述动力和传动装置的开关为双向开关，可控制钻头前进、退回和停止。所述钻杆高压水注入开关用以控制高压水的注入和停止。所述摄像机显示控制屏，以无线的方式与水下摄像机通讯，用以指导改变钻头姿态或退回更换钻头后重新掘进。

利用上述清淤装置进行清淤工作的方法如下：

第一步：设备定位。设备吊装就位后，支起水平和竖向液压支腿，通过调节液压支腿的长度调整设备高度并进行定向找正。

第二步：装置调试。所述清淤装置定位完成后，即可进行调试并钻进。通过控制系统先启动动力装置开关，让钻头作为切削刀头做切削运动，再启动传动装置开关使钻杆带动切削刀头做推进运动。观察钻杆和切削刀头的运行状态，确定其能在导轨上自由移动，并观察摄像机显示控制屏，确定监控系统是否正常，完成调试工作。

第三步：清淤施工。通过控制系统的动力和转动装置开关，将压力和转动通过钻杆传递至钻头部位,带动转杆和钻头一边做直线运动，一边做旋转运动。切削刀头在钻杆的带动下在管内向前做切削运动，将管内淤泥打碎，在此过程中，沿钻头下部环向布置的喷头喷射出高压水，进一步将淤积层切割破碎并经管内水稀释成浓泥浆。推进一个标准节钻杆长度后，在导轨上采用逐节加长钻杆的方式推动钻头继续掘进，使得切削刀头不断前进并对管道内的淤积层进行切削破碎，直至达到清淤深度要求。上述过程可通过控制系统的摄像机显示控制屏观测管内工作状态。当钻头钻透一个工作段的淤积层后，反向转动钻杆并带动钻头从管道中回退，经稀释、破碎的淤积物随钻头回退不断流入管道外检查井中。

第四步：反复清疏。循环第三步所述的清淤施工工序，一般而言，钻头做2～3次往返运动后，可视淤积物的固结程度决定是否更换更大直径的清淤钻头。随着钻头切削刀头横断面积的增大，可进一步提高出淤效率。循环重复以上工序，直至通过摄像头观测管内淤泥已基本清理完毕，完成一个工作段的清淤工作。

Claims (10)

1.一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于包括：

支撑装置；

导轨，所述的导轨设置在支撑装置上；

动力和传动装置，所述的动力和传动装置设置在导轨上；

钻杆，所述钻杆的一端连接动力和传动装置；

钻头，所述的钻头连接钻杆的另一端；

控制装置，所述的控制装置与所述的动力和传动装置连接。

2.如权利要求1所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于所述的支撑装置包括支撑台座，所述支撑台座的底部设有若干竖向支腿，所述的支撑台座的侧部设有若干水平支腿。

3.如权利要求1所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于所述的钻杆包括位于前端的首节钻杆以及与首节钻杆尾端连接的标准节钻杆。

4.如权利要求3所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于在所述的首节钻杆上套设有一夹紧装置，所述夹紧装置底部设置在夹紧装置支座上，所述的夹紧装置支座固定在支撑装置上。

5.如权利要求4所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于所述的夹紧装置包括平衡臂、对称设置的两块半圆形钢板、以及对称设置的两块夹紧钢板，所述夹紧钢板的一侧轴向设有半圆形通孔，两块夹紧钢板的半圆形通孔相对从而构成一用于使钻杆通过的圆形通孔，两块夹紧钢板通过半圆形钢板固定，所述夹紧钢板的两侧设有平衡臂。

6.如权利要求3所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于所述钻杆为中空钢管，所述标准节钻杆的长度为2～3m，标准节钻杆后端可泵入高压水，高压水通过钻杆泵入钻头，沿钻头下部环向设置有喷头。

7.如权利要求6所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于所述的首节钻杆上设有水下探测摄像机，所述水下探测摄像机与首节钻杆以螺栓连接，随钻杆掘进而不断旋转。

8.如权利要求7所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于所述控制系统为微机数控装置，包含动力和传动装置的开关按钮、钻杆高压水注入开关和摄像机显示控制屏。

9.如权利要求1所述的一种用于淤泥积层的清疏装置，其特征在于所述的钻头材质为合金钢，所述的钻头的前端为锥形钻头，钻头的后端为凹型，所述钻头后端与钻杆的前端采用螺纹连接。

10.一种如权利要求1所述的用于淤泥积层的清疏装置的工作方法，其特征在于所述的工作方法如下：

a)设备定位：设备吊装就位后，支起水平和竖向液压支腿，通过调节液压支腿的长度调；整设备高度并进行定向找正；

b)装置调试：所述清淤装置定位完成后，即可进行调试并钻进，通过控制系统先启动动力装置开关，让钻头做切削运动，再启动传动装置开关使钻杆带动钻头做推进运动，观察钻杆和钻头的运行状态，确定其能在导轨上自由移动，并观察摄像机显示控制屏，确定监控系统是否正常，完成调试工作；

c)清淤施工：通过控制系统的动力和转动装置开关，将压力和转动通过钻杆传递至钻头部位,带动钻杆和钻头一边做直线运动，一边做旋转运动；钻头在钻杆的带动下在管内向前做切削运动，将管内淤泥打碎，在此过程中，沿钻头下部环向布置的喷头喷射出高压水，进一步将淤积层切割破碎并经管内水稀释成浓泥浆；推进一个标准节钻杆长度后，在导轨上采用逐节加长钻杆的方式推动钻头继续掘进，使得钻头不断前进并对管道内的淤积层进行切削破碎，直至达到清淤深度要求；上述过程可通过控制系统的摄像机显示控制屏观测管内工作状态；当钻头钻透一个工作段的淤积层后，反向转动钻杆并带动钻头从管道中回退，经稀释、破碎的淤积物随钻头回退不断流入管道外检查井中；

d)反复清疏：循环c)步骤所述的清淤施工工序，钻头做2～3次往返运动后，可视淤积物的固结程度决定是否更换更大直径的清淤钻头，随着钻头钻头横断面积的增大，可进一步提高出淤效率，循环重复以上工序，直至通过摄像头观测管内淤泥已基本清理完毕，完成一个工作段的清淤工作。