CN108350677A - 排箫式溢流系统 - Google Patents

Abstract

一种用于料斗式挖泥船(10)的溢流系统(20)，该溢流系统包括溢流管(22)；以及多个管道(26a‑26e)，与溢流管(22)相邻且基本上平行于该溢流管。多个管道(26a‑26e)具有在不同高度处的入口(28a‑28e)，以用于从料斗(18)吸收水头。多个管道(26a‑26e)在入口(28a‑28e)下游点处流体地连接到溢流管(22)。

Description

排箫式溢流系统

背景技术

耙吸式挖泥船(“TSHD”)为可用于在海上或开阔水面中疏浚的船。TSHD通常使用抽吸管，抽吸管的一端可降低到海床，并且用于吸取与水混合的固体，诸如沙子、污泥、淤泥或沉淀物。该抽吸管的下端可设置有吸水头部或耙头。将与水混合的固体材料通过抽吸管泵入挖泥船的料斗中。当在挖泥斗中时，混合物的速度降低，并且这种速度降低允许悬浮在混合物中的组分沉降。过量的水然后通过溢流而从料斗溢流出，以允许TSHD内的更多负载容量。

来自料斗的水通过进入盘流入溢流中或直接从顶部流入到溢流中。然后该溢流体积被释放到挖泥船外部的水表面下面。由于溢流的大致竖直流动取向，所以溢流的横截面面积和速度、溢流体积通常与空气混合。该混合可减小混合物的比重，引起溢流混合物粘到船舶的船体和水下船的边界流。也可含有尚未沉降的较轻的颗粒该混合物以及释放的溢流体积、船体、螺旋桨、船的速度和水流之间的相互作用可紧紧跟随疏浚过程形成羽流。该混合物的沉降可然后对本地环境具有不利影响。流量中的空气也引起溢流中的阻力，从而减少溢流的有效输送能力。

在WO 2013/119107中公开了一种对抗由悬浮的颗粒引起的该羽流的方法。被动溢流设备用于把水头(head water，上游)排掉，并且使该水头流过导管到与海底邻接的出口，以将水头递送到海底附近，从而使对海洋生物的影响最小化。美国专利第3,975,842号公开了一种系统，该系统也试图通过将溢流引导到抽吸头以用作用于使待抽吸的泥土松散的液体供应源，而使环境影响最小化，因此形成溢流被回收利用的闭合系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种用于料斗式挖泥船的溢流系统包括溢流管；以及多个管道，多个管道与溢流管相邻且基本上平行于溢流管。多个管道具有在不同高度处的入口，以用于从料斗吸收水头。多个管道在入口的下游的点处流体连接到溢流管。

这样的溢流系统提供了一种简单系统，该简单系统具有很少或不具有可处置料斗中流体液面变化的移动零件，从而使来自料斗的液体溢流，同时使溢流中的空气最小化和/或消除溢流中的空气。初始到一个或多个管道中的流量提供到更小空间中的流量控制，并且下游的流体连接可允许流量中的任何空气通过溢流管漏出。随着水位上升或下降，使用不同数量的管道，从而保持溢流容量与当时所需的溢流容量一致。这可使溢流系统的容量最大化，并且减少或消除在离开溢流系统时的浊度和/或羽流，从而防止受到这样的羽流造成的环境损坏。

根据一个实施例，多个管道至少部分地围绕溢流管。这些管道可然后在流体连接之前与溢流管形成基本上平行的流动路径。

根据一个实施例，多个管道中的每个都包括充当管道的入口的敞开顶部。在其他实施例中，入口可例如不同地定位在具有闭合的顶部的管道的侧面周围，和/或为多个入口。

根据一个实施例，多个管道按照从具有最高定位的入口的管道到具有最低定位的入口的管道的次序被定位在溢流管周围。这些入口可具有从一个到另一个的平顺过渡(例如，倾斜的顶部)，或可在不同位置处具有水平入口。当液位上升或下降时，平顺过渡可容易地帮助从一个管道到使用另一个(或少一个)的过渡流。不同位置处的水平入口可制造更加简单。

根据一个实施例，多个管道中的至少一个在直径和/或入口大小上变化。可选地，多个管道中的每个在直径和/或入口大小上变化。在直径和/或入口大小上的变化允许控制到管道中的且通过管道的流量。这可帮助允许更多或更少的流量到管道中，控制加速度和/或速度和其他因素，最终允许使浊度和/或流量中混合的空气最小化。

根据一个实施例，溢流管延伸以使从多个管道吸收到溢流管中的水头溢流。管道可直接连接到溢流管，用于离开溢流系统。这样的系统允许例如通过将管道放置在过去的(past，已有的，现有的)系统的溢流管的内部，使过去的溢流容易地适应管道的使用。交替地，管道可以另一种方式连接到溢流管以使来自管道的液体流到溢流管中，并且最终流到溢流系统的出口。

根据一个实施例，溢流管包括能够从料斗吸收水头且从溢流系统释放空气的开口。这可在溢流管的顶部(例如，敞开顶部)处、在侧面的周围，或在另一个位置中。可选地，可存在多个开口。

根据一个实施例，溢流管的开口位于比多个管道的入口更高的位置处。只是在使用所有管道且液位仍然太高的时候，这允许开口被用作溢流系统的入口。当不需要流动时，这大致使开口让放出的空气免于流过管道。在紧急情况下该开口也是有用的，例如，当需要从料斗非常快速地释放液体时，溢流管和管道都能够使液体流过。

根据一个实施例，多个管道在溢流槽道处流体连接到溢流管。可选地，溢流槽道的横截面大于溢流管。还可选地，溢流槽道的横截面基本上等于多个管道和溢流管的横截面之和。通过在溢流槽道处将多个管道连接到溢流管，可更好地控制在混合物中的流量且因而更好地控制浊度。当溢流槽道的横截面更大和/或基本上等于多个管道和溢流管的横截面之和时，通过每个管道的流量可接合在一起，并且释放通过溢流管的流量中的任何空气。

根据一个实施例，多个管道中的每个具有的横截面面积比溢流管的横截面面积小。这允许受控的更小的流动面积，从而保持较低的速度流以减少或消除浊度和任何导致的羽流。

根据一个实施例，管道中的至少一个的横截面随从入口进行到下游而减小。当接近与流体槽道和/或溢流管的流体连接时，管道的横截面的该减小可允许使流动慢下来，从而帮助消除在离开溢流系统时可引起羽流的浊度和混合作用。可选地，溢流管的横截面扩大，而至少一个管道的横截面减小。还可选地，至少一个管道的横截面的减小对应于溢流管的横截面的扩大。这可允许溢流系统的标准外包装，并且帮助控制通过溢流系统的流量。保持标准的外径可允许过去的溢流系统适应使用多个管道，例如，将形成新的中央溢流的多个管道放置在过去的系统内部，并且相应地设定横截面面积、入口和入口高度。

根据一个实施例，一种船包括根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统。可选地，溢流系统延伸到船的底部。

根据一个实施例，溢流系统延伸超出船的底部。这可帮助在远离船的船体的点处释放溢流，这可帮助使羽流最小化或消除羽流。

根据本发明的第二方面，一种用于溢流系统(溢流系统包括具有料斗中的管子的溢流管)的溢流系统附加装置包括：

多个管道，每个管道具有在不同高度处的入口。多个管道能与溢流管相邻连接的或可连接到溢流管的内部，使得多个管道的入口将搁置在比溢流管的入口更低的水平处，并且使得多个管道在入口下游流体连接到溢流管。这样的系统可适应当前或现有的溢流管，从而能够针对料斗中液位改变在容量上逐渐地或递减地作出响应。

根据一个实施例，多个管道中的每个包括充当管道的入口的敞开顶部。

根据一个实施例，多个管道中的至少一个在直径和/或入口大小上变化。可选地，多个管道中的每个都在直径和/或入口大小上变化。直径和/或入口大小的变化可帮助控制到管道中且通过管道的流量，以实现期望的流速，并且从而帮助适当地响应于容量的不同需求，同时使可导致离开溢流系统的羽流的流型最小化或消除该流型。

根据一个实施例，多个管道中的每个具有的横截面面积比溢流管的横截面面积小。这可允许管道用于正常的受控溢流，并且溢流管仅用于特殊情况下，例如，当需要紧急溢流时。

根据一个实施例，多个管道可连接到溢流管的内部，并且在多个管道内形成具有更小的横截面面积的新的中央溢流管。这样的系统可允许容易地适应过去的溢流系统和/或溢流管。

根据本发明的第三方面，一种形成溢流系统的方法包括将多个管道连接成邻近料斗中的溢流管；以及将多个管道在入口下游流体连接到溢流管，使得进入多个管道的入口的液体将在入口下游被输送到溢流管，其中多个管道被设定大小和/或定位成使得到每个管道的相应的入口处于不同高度。这样的方法可形成溢流系统，该溢流系统可快速地响应且容易地响应溢流系统的容量的不同需求，同时维持对流入溢流系统中且通过溢流系统的流量的控制，以减少或消除可导致在离开时羽流的浊度、混合作用和其他事项。

根据一个实施例，将多个管道连接成邻近料斗中的溢流管的步骤包括将多个管道至少部分地连接在溢流管的周围。这可为在溢流管的外部或内部。

根据本发明的另外的方面，一种使液体流过溢流系统的方法包括使来自料斗的水头流过溢流系统中的管道的至少一个入口；以及使来自至少一个管道的水头流到流动槽道，流动槽道流体连接到多个管道且流体连接到溢流管。溢流系统包括溢流管和与溢流管相邻的多个管道，多个管道中的每个包括的入口与多个管道中的另一个管道的入口处于不同高度处。这样的方法可允许快速和容易地响应于对溢流系统中容量的不同需求，同时维持对流到溢流系统中且通过溢流系统的流量的控制，从而减少或消除可导致在离开时羽流的浊度、混合作用和其他事项。

附图说明

图1示出在疏浚操作期间的耙吸式挖泥船。

图2A示出具有溢流管和多个管道的溢流系统的侧视图。

图2B示出图2A的溢流系统的部分的透视图。

图2C示出用于溢流系统的管道的可替代实施例的侧视图。

图3示出溢流系统的第二实施例的横截面视图。

具体实施方式

图1示出在疏浚操作期间的耙吸式挖泥船(“TSHD”)10。耙吸式挖泥船10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)。料斗中过量的液体溢流，并且由于空气与溢流的混合、溢流的竖直取向，以及引起溢流水与空气混合的速度和总流量，所以羽流14形成。

羽流14可对本地海洋群落生境具有不利影响，因为它减少进入到水体中的光。此外，在一些情况下，沉降颗粒扼杀底部生命，并且悬浮液可减少微生物繁衍发展的能力。流量中的气泡也引起溢流中的阻力，减少溢流的有效输送能力。形成可调节的溢流以控制流到溢流中且通过溢流的水头的流，可帮助减少浊度以及进入水头中空气的混合，因此减少或消除离开船10的羽流14。

图2A示出挖泥料斗18或TSHD内的加载空间，以及可将水头从料斗18输送回到液状体中的溢流系统20的侧视图。图2B示出溢流系统20的透明透视图，其中为了便于观察，未示出一些管道26。图2C示出用于溢流系统20的管道26a-26e的可替代实施例的侧视图。溢流系统20包括具有开口24的溢流管22、具有入口28a-28e的管道26a-26e、流动槽道30和流体出口32。

溢流系统20具有在该实施例中示出的五个管道26a-26e，但是在该实施例或其他实施例中可包括更多或更少的管道(例如，全部在溢流管22周围延伸的总共8个)。管道26a-26e可延伸到料斗18中的不同高度，和/或可具有不同横截面面积和/或入口28a-28e。每个管道26在顶部处敞开，顶部充当用于每个管道26的入口28。在其他实施例中，诸如图2C中所示的，每个管道26a-26e可在顶部处闭合，并且在一侧上具有一个或多个入口28a-28e。

溢流管22可搁置为与管道26a-26e相邻，并且管道26a-26e可至少部分地在溢流管周围延伸，以允许其中的流基本上平行于溢流管的流。在所示的实施例中，管道26a-26e按照在溢流管22周围延伸的最高到最短的次序。这按照在溢流管22周围延伸的最高高度到最低高度的次序设定入口28a-28e。在入口28a-28e下游，管道26a-26e在流动槽道30处流体连接到溢流管22。如在图2B中可看到的，这是溢流管22和管道26a-26e流入的下游部分。在该实施例中，示出其横截面大约等于组合的管道26a-26e和溢流管22的横截面，但是在其他实施例中，横截面可更小，例如，流动槽道30可仅为溢流管22的延伸部分或更多。

溢流管22中的开口24在溢流管22的顶部处，并且通常搁置在比管道26a-26e的入口28a-28e中的任一个更高的位置处。该位置也被设定为通常高于料斗18中的预期液位。当需要迅速移除液体时，这允许开口24被用作紧急排出的入口。开口24也可用作入口，允许溢流中的任何困住的空气气泡通过溢流管22漏出。虽然开口24被示为图2A中的溢流管22的顶部处的开口，但是可使用用作入口和/或出口的一个或多个开口，并且一个或多个开口可与所示的不同地被设定大小和/或定位，例如，在溢流管22的侧面径向取向。

溢流系统10的出口32可在船10的底部处、在船10下面的点处，或在另一个点处。出口32必须在溢流系统20的最低流体液面的下面，以便避免将空气气泡附加地引入到溢流混合物中。

在操作中，如上面讨论的，TSHD抽吸液体和碎片的混合物，并且将该混合物沉积到挖泥斗18中。随着颗粒和碎片沉降，挖泥斗18中的水头继续上升。当水头达到最低管道入口26e的水平时，水头通过入口26e进入溢流系统20。水头流过管道26e到流动槽道30中，并且最后到出口32。当料斗18中的水上升时，该水达到水位允许流入管道26a-26e中的多个中的入口中的水平。这允许充分摄入水头用于料斗18中的适当排出，同时控制溢流量以及流到流动槽道30中且通过溢流系统20的流量。

管道26a-26e中每个可基于其入口和横截面面积，处置一定量的流量，并且当流量上升时，使用一个或多个附加管道26a-26e，从而通过达到附加入口28a-28e，给予溢流系统20更多容量。一旦流量通过一个或多个管道26a-26e到达在入口28a-28e下游的槽30，混合物速度就很多，并且流量中的任何空气可上升，并且通过溢流管22离开开口24，从而允许大部分液体或仅液体流过流动槽道30到出口32。

溢流系统20工作以控制流到溢流系统20中且通过溢流系统20的水头的摄取量、速度和流量，以减少或消除混合物中的空气，并且从而减少或消除由于该空气而产生的离开船的任何羽流。这用简单的自我调节系统来完成，该简单的自我调节系统具有很少或不具有移动的零件。与溢流管22相邻的具有入口28a-28e的多个管道26a-26e每个设定有一定入口位置和流动面积以提供一溢流系统，该溢流系统可逐渐或递减地对溢流系统22的容量做出反应。因为管道26a-26e为设定零件，所以它们可被添加到现有的溢流系统，连接到现有溢流管的下游，为现有溢流管提供基于料斗18中的液位使容量变化的能力。

具有不同入口28a-28e高度以允许流入到溢流系统20中的该系统处置料斗18中流体液面的变化，并且因此用具有很少或不具有移动零件的简单设计来处置溢流系统中的总流量。这可致使更可靠的系统或溢流系统20的更长的预期使用期限，溢流系统20可处置溢流液体的所需容量中的大波动，同时通过允许通过溢流管22从开口24漏出，使溢流中的空气最小化和/或消除溢流中的空气。因为管道26a-26e的横截面相对较小，所以来自多个小管道26a-26e的较大的壁摩擦也可帮助控制流量。这确保更清洁的溢流液体以在流从溢流系统20离开时减少或避免浊度和/或羽流，并且确保溢流系统20的最大化的容量。

图3示出溢流系统20’的第二实施例的横截面视图。与图2A至图2B中的类似地标记零件。溢流系统20’包括具有开口24的溢流管22，具有入口28a、入口28i的管道26a、管道26i，流动槽道30、流体出口32和锥体33。

该实施例与图2A至图2C中的溢流系统20非常类似地建立、连接和起作用，仅溢流系统20’包括更多数量的管道(总共16个)。每个管道26的横截面从每个管道26的入口28到所连接到流动槽道30的点减小。附加地，管道成形为具有入口28水平的更平滑的过渡，从而当管道的入口28另外间隔开时，不允许液体和/或压力的附加积聚。

锥体33是溢流系统的可选特征，并且可帮助控制到溢流系统20’中的流量。

在该实施例中，管道26的横截面的减少与溢流管22的横截面的增加相结合，使得溢流的整体总横截面保持恒定。通过减小从入口到管道进入流动槽道30的点的管道的横截面面积(如在26a、26i的横截面中示出的)，甚至当释放混合物中的空气时，可使加速和流动减慢，确保大部分液体或仅液体流过流动槽道30到出口32。这还帮助减少或消除由溢流液体生成的任何羽流。

溢流系统20’示出可用于使现有溢流管适应管道26和中央溢流管的使用的简单方式。管道26和中央溢流管22可简单装配在现有溢流周边内以提供溢流系统20’的益处，从而容易地处置料斗18中流体液面的变化，并且因此用简单的设计处置溢流系统中的总流量，以使流动变慢，并且减少或消除来自溢流的任何羽流。

虽然管道26a-26f被示为圆柱形，并且放置在溢流管22的周围，但是管道可为不同形状和/或配置以辅助形成具体不同水平处的入口且具有期望的横截面面积和入口的多个流动槽道。例如，管道可成形为在外周周围一起形成圆筒，或可放置在溢流管22内部(确保溢流管入口24升高到高于管道入口)以在溢流管内形成流动槽道。这可带来相同的优点，并且当使现有系统适应使用管道时可更容易。另外的部件(诸如过滤器和/或其他现有装置)可与溢流系统组合，以另外减少羽流。这些可放置在溢流系统内的任何地方，包括在管道和/或中央溢流管中。

虽然术语水头用于进入且流过溢流系统的混合物，但是这可为液体和/或液体和被疏浚且保持悬浮的颗粒的组合。

该系统被称为没有移动零件，这与管道入口和溢流入口之间的运动有关。附加系统可用于移动零件或整个溢流系统，例如，允许溢流管入口24和管道入口28移动以大致遵循料斗中的水位。

虽然已经参考示例性实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解，可做出各种改变，并且可用等同物替代其元件，而不脱离本发明的范围。此外，在不脱离其实质范围的情况下，可做出许多修改，以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因而，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书的范围内的所有实施例。

Claims (28)

1.一种用于料斗式挖泥船的溢流系统，所述溢流系统包括：

溢流管；以及

多个管道，与所述溢流管相邻且基本上平行于所述溢流管，所述多个管道具有在不同高度处的入口，以用于从料斗吸收水头；其中所述多个管道在所述入口的下游点处流体地连接到所述溢流管。

2.根据权利要求1所述的溢流系统，其中，所述多个管道至少部分地围绕所述溢流管。

3.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的每个都包括充当该管道的入口的敞开顶部。

4.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道按照从具有最高定位的入口的管道到具有最低定位的入口的管道的次序被定位在所述溢流管周围。

5.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的至少一个在直径和/或入口大小上变化。

6.根据权利要求5所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的每个都在直径和/或入口大小上变化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述溢流管延伸以使从所述多个管道吸收到所述溢流管中的水头溢流。

8.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述溢流管包括能够从所述料斗吸收水头且从所述溢流系统释放空气的开口。

9.根据权利要求8所述的溢流系统，其中，所述溢流管的开口位于比所述多个管道的入口更高的位置处。

10.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道在溢流槽道处流体连接到所述溢流管。

11.根据权利要求10所述的溢流系统，其中，在横截面方面所述溢流槽道大于所述溢流管。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的溢流系统，其中，所述溢流槽道的横截面基本上等于所述多个管道与所述溢流管的横截面之和。

13.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道中每个具有的横截面面积都小于所述溢流管的横截面面积。

14.根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的至少一个管道的横截面随从所述入口进行到下游而减小。

15.根据权利要求14所述的溢流系统，其中，所述溢流管的横截面扩大，而所述至少一个管道的横截面减小。

16.根据权利要求15所述的溢流系统，其中，所述至少一个管道的横截面的所述减小对应于所述溢流管的横截面的所述扩大。

17.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的溢流系统的船。

18.根据权利要求17所述的船，其中，所述溢流系统延伸到所述船的底部。

19.根据权利要求17至18中任一项所述的船，其中，所述溢流系统延伸超出所述船的底部。

20.一种用于溢流系统的溢流系统附加装置，所述溢流系统包括具有料斗中的管子的溢流管，所述附加装置包括：

多个管道，每个管道具有在不同高度处的入口、该多个管道能与所述溢流管相邻连接或能连接到所述溢流管的内部，使得所述多个管道的所述入口将放置在比所述溢流管的入口更低的水平处，并且使得所述多个管道流体在入口下游连接到所述溢流管。

21.根据权利要求20所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的每个都包括充当该管道的入口的敞开顶部。

22.根据权利要求20至21中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的至少一个在直径和/或入口大小上变化。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的每个都在直径和/或入口大小上变化。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道中的每个具有的横截面面积都小于所述溢流管的横截面面积。

25.根据权利要求20至14中任一项所述的溢流系统，其中，所述多个管道能连接到所述溢流管的内部，并且在所述多个管道内形成具有更小横截面面积的新的中央溢流管。

26.一种形成溢流系统的方法，所述方法包括：

邻近料斗中的溢流管连接多个管道；以及

将所述多个管道流体在入口下游连接到所述溢流管，使得进入所述多个管道的入口的液体将在所述入口的下游被输送到所述溢流管，其中所述多个管道被定尺寸成和/或定位成使得到每个管道的相应的入口处于不同高度。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，邻近料斗中的溢流管连接多个管道的步骤包括：至少部分地围绕所述溢流管连接多个管道。

28.一种使液体流过溢流系统的方法，所述方法包括：

使来自料斗的水头流过溢流系统中的管道的至少一个入口，所述溢流系统包括溢流管和与所述溢流管相邻的多个管道，所述多个管道中的每个包括的入口与所述多个管道中的其他管道的入口在不同的高度处；以及

使来自至少一个管道的水头流到流动槽道，所述流动槽道流体地连接到所述多个管道且流体地连接到所述溢流管。