CN1085281C - 疏浚装置及其疏浚方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种疏浚时能有效地大量吸出堆积在水库、河流、港湾等的水底的泥砂、可节省运送所需的能量、且可防止浑水扩散的疏浚方法及疏浚装置。为了实现该目的，本发明具有与大气连通并埋没于水中的壳体2、102。在该壳体2、102上连接着下端具有吸入部7、106的吸入管3、105。另外还具有将前述壳体2、102内的水排出并在壳体2、102内的水面与外部水面之间形成水位差的排水泵12、124，以及拆卸自如地设在前述吸入管3、105中途部位的容器109。利用外部水面与壳体2、102内的水面之间的水位差产生的虹吸原理将泥砂从吸入管3、105吸入容器109内，一旦容器109装满，就可将容器109取下以回收泥砂。

Description

疏浚装置及其疏浚方法

技术领域

本发明涉及有效地疏浚堆积在水库、湖沼或港湾的大量泥砂的疏浚装置及其方法。

背景技术

在现在的水库中，有的泥砂堆积量已达到全部贮水量的80％以上，而且许多水库的泥砂堆积正在急剧增加，水库的功能正在减退。

因此，需要有效地清除泥砂的疏浚方法。

传统的疏浚方法已知的有使用铲斗、起重绞车、戽斗和泵的，或利用虹吸原理的，根据泥砂的堆积情况而选择适宜的方法。

技术课题

疏浚方法有上述各种，但均存在以下问题。

即，除了利用虹吸原理的以外，其余方法都是依赖需要巨大动力的机械，装置体积庞大，成本高。而且不能对疏浚时产生的浑水进行处理。

而使用泥砂泵的方法，或利用虹吸原理的方法则在运送混相流体(泥砂和液体混合的流体)方面存在问题。即，混相流体在导管内运送时阻力非常大，使运送所需的能量消耗巨大。因此，可运送的泥砂中的砂砾粒子的大小一般限定在5mm左右，含有大粒径砂砾的泥砂就很难疏浚。

另外，在利用虹吸原理的场合，向水库外排放的水量太大(达到80％左右)，而且浑水是不经处理就排放。故在利用虹吸原理的场合，必须注意水与泥砂的混合比率。即，吸入管如果过于接触水底，泥砂的含量就会急剧上升，会降低流速而导致管道堵塞。另外，如果吸入管离水底过远，又会只吸入水而使疏浚效率大大降低，且会产生大量的浑水。因此在利用虹吸原理的场合，需要使吸入口与水底保持一定的间隔，而目前技术上不能解决这一问题。

发明的公开

本发明正是为了解决上述问题，目的在于提供一种疏浚时能有效地大量吸出堆积在水底的泥砂、运送所耗费的能量少、且可防止浑水扩散的疏浚装置及其疏浚方法。

本发明的疏浚装置的特点在于，具有与大气相通且埋没于水中的壳体、与该壳体连接且下端设有吸入部的吸入管、将前述壳体内的水排出且在壳体内的水面与外部水面之间形成水位差的排水泵、拆卸自如地设置在吸入管中途部分的容器。

最好设置可将堆积在前述壳体内的泥砂排出、且与壳体内部相通的皮带式传送带。

另外，最好在前述壳体的下部形成袋状部，并将前述吸入管与该袋状部连接，在该袋状部内设置将从吸入管流入的泥砂向横向引导的引导板。

最好将前述壳体的上端转动自如地设在疏浚船上，在前述壳体上设置与大气连通的第1浮筒，并设置向该第1浮筒给排水以调节浮力的第1给排水泵。

另外，最好在前述吸入管上设置与大气连通的第2浮筒，并设置向该第2浮筒给排水以调节浮力的第2给排水泵。

或者，也可以在前述吸入管中途部位设置拆卸自如的、供泥砂从吸入管流入的容器。

在这种场合，最好在前述容器上设置与大气连通的第3浮筒，并设置向该第3浮筒给排水以调节浮力的第3给排水泵。

另外，可以在前述吸入管的下端安装覆盖前述吸入部的圆顶罩。

最好在前述吸入管上安装覆盖前述吸入部下方、具有吸入孔的水底接触板。

在这种场合，最好在前述水底接触板下侧面设置插入水底的桩子状凸起。

在这种场合，可以设置使前述水底接触板振动的振动装置。

或者，可以将前述水底接触板做成能以吸入管的轴线为中心旋转的结构，并设置使该水底接触板旋转的电动机。

另外，最好设置将前述排水泵从前述壳体排出的浑水贮存的沉淀槽。

在这种场合，可以设置将贮存在前述沉淀槽中的水向前述圆顶内喷出的循环泵。

本发明的疏浚方法的特点在于，采用上述疏浚装置，用前述排水泵将前述壳体内的水排出后在壳体内形成空间，并在该壳体内的水面与外部水面之间形成水位差，利用该水位差所产生的水流，从前述的吸入管吸入泥砂。

最好一边用前述吸入管将泥砂吸入前述壳体内，通过与壳体内部相通的皮带式传送带将堆积在该壳体内的泥砂运送到外部，一边进行疏浚。

或者最好在前述吸入管的中途部位设置拆卸自如的容器，将泥砂吸入该容器内进行疏浚。

对附图的简单说明

图1是从侧面概略表示第1实施例的说明图。

图2是第1实施例的俯视图。

图3是罩子的仰视图。

图4是从侧面概略表示第2实施例的说明图。

图5是罩子和水底接触板的部位的剖视说明图。

图6是容器的概略说明图。

图7是凸起的又一实施例的剖视说明图。

图8是水底接触板又一实施例的说明图。

实施例

以下结合附图说明本发明的最佳实施例，但不言而喻，本发明不受该实施例的限制，可在不脱离本发明精神的范围内作种种改变，这些改变也属于本发明的范围。

第1实施例

图1、图2、图3表示第1实施例。

19是疏浚船的船体。船体19如图2所示，平面形态呈大致U字形。螺钉20设在U字形船体19的各后端部，便于船体19的一直前进和左右旋转。

2是壳体，从上部到中途部位为上端敞开的筒状，下端封闭，形成载面积大于中途部位的袋状部21。壳体2位于船体19的U字形的凹部内，在其上端部附近，轴支承于横向设置在船体19上的轴1上，下端部可沿箭头26方向(上下方向)呈圆弧状转动。

9是运送用的传送带，在壳体2内沿壳体2设置，下部位于袋状部21内，上端面对壳体2的上端开口部，可将袋状部21内含砂砾的泥砂(以下称泥砂)运出到设在船体19上的容器36内。传送带9可以使用皮带式传送带等，虽无特别限定，但为了可靠地将含水的泥砂沿倾斜的运送路径运出，最好是使用戽斗式的传送带。

12是控制水位用的排水泵，设置在船体19上，可通过延伸到袋状部21内的排水管12a将袋状部21内的水排出。通过将袋状部21内的水排出来形成空间部24。排出的水流入沉淀槽18内。

壳体的下端设有第1浮筒10，浮筒10的上侧部与袋状部21的上部通过连通管14连通，故浮筒10与大气相通。

13是排水泵，通过管道22向浮筒10内给排水，调节浮筒10内的水量，就可调节作用于浮筒10、进而作用于壳体2上的浮力。这样一来，壳体2可以任意的倾斜角度没入水中，可对浅水底、深水底进行泥砂疏浚。

44是将壳体2吊起保持的吊索。该吊索44可以从船体19拉出所需的长度。

壳体2相对船体19的前进方向而向后倾斜。这样不会妨碍船体19的前进。

3是吸入管，上端与袋状部21的上部连通，下端则面对水底。这样壳体2就与水中连通。如上所述，通过用排水泵12将壳体2内的水排出，在水面与袋状部21内的水面之间就产生了水位差，利用虹吸原理，使水底的泥砂与水一起通过吸入管3而流入袋状部21内。为了在袋状部21内保持一定的水位，将排水泵12的排水量设定得多于通过吸入管3而流入袋状部21内的泥砂等的量。28是水位感知开关，譬如设置上下2个带磁铁的浮筒和通过该磁铁而接通、断开的舌簧开关(未图示)，当浮筒上升且上方的舌簧开关接通时就使排水泵12工作，而当浮筒下降且下方的舌簧接通时就使排水泵12停止工作。

在吸入管3向袋状部21敞开的部位，设有覆盖该开口部31上方且大致水平延伸的遮盖体29，或前端比水平位置略向下弯曲的引导板39。这样，从吸入管3流入的泥砂就被遮盖体29或引导板39沿大致水平方向引导，在这一过程中，比重大的土石类就沉降于下方的聚集部37，并载于传送带9上，由传送带9运送到外部的容器36内。

从而，通过排出口32而流入遮盖体29或引导板39上方的水中就只含有颗粒较小的泥砂。前述排水管12a为了将该遮盖体29或引导板39上方部位的水排出，前端向该部位敞开。

其次，为了在壳体2的倾斜角度发生变化的情况下，前端也能接近水底，吸入管3的中途部位设有波纹部16，可弯曲。

6是第2浮筒，安装在吸入管3上。浮筒6通过连通管6a而与袋状部21连通。从而，浮筒6与大气也连通。在浮筒6内通过前述给排水泵13进行给排水，调节作用于浮筒6、进而作用于吸入管3的浮力。给排水泵13也向第1浮筒10给排水，但也可另外设置向第2浮筒6给排水的泵。通过这样使浮力作用于吸入管3上，可防止吸入管3因自重而埋没于水底，在疏浚进行过程中船体19移动时容易沿着水底的凹凸而移动。另外，角度25表示浮筒6使吸入管3转动的范围示例。

在吸入管3的下端部安装有围住吸入口7的、大致呈圆顶状的罩子4。罩子4可防止吸入管3的吸入口7过分埋没于水底。

如图3所示，罩子4用橡胶等可挠性材料做成，通过设置波纹部33使下边缘38接触水底。另外在成为前进方向的后方的边缘形成切缝43a，形成舌片43，该舌片43与疏浚后形成的洼地接触。在罩子4内，水从其下边缘与水底之间的间隔流入。

在伸出到罩子4内吸入管3下端的吸入口7上装有过滤器41，该过滤器41具有星形的开口部42。通过该过滤器41实现吸入量的定量化，同时可有效防止土石、布片、绳索等堵塞吸入口7。

在罩子4附近的吸入管3上安装有电磁螺线管5，通过被该电磁螺线管5驱动而作伸缩运动的挖掘体23可挖掘水底的泥砂30。这样，土石层就被剥离，便于从吸入口7吸入。另外，8是循环水排出管，前端向罩子4内伸出，通过管8a并通过泵11而使流入沉淀槽18内的排出水的上部清水向水底排出。由于高压水向被罩子4围住的部位排出，故用该高压水也能有效地将水底的土石层剥离，可提高疏浚效率。通过利用上部清水，还可以减少浑水的排出量。

不过，在吸入过程中，如果泥砂对水的混合比过大，则会发生管道堵塞的现象。35是在吸入管3的适当部位开口的水量调节孔，可通过开闭未图示的盖子调节开口部的大小，从而可调节流入吸入管3内的水量，防止管道堵塞。

另外，本实施例如图2所示，在1个壳体2上安装6根吸入管3。这样可以大面积地进行疏浚。即使1根吸入管3发生异常，也可将该吸入管3拉上来检查修理，而其余的吸入管3可继续疏浚作业。不言而喻，吸入管3的数量并无限制。

以上是本实施例的结构。

疏浚作业则是从袋状部21的排水开始。在排水的同时，从吸入管3将水等吸入壳体2内，但因排水量多于吸入量，故在壳体2内逐渐形成空间，在袋状部21内确保规定的水位。由于水面与袋状部21内的水面之间的水位差，就产生了强大的吸力作用，水底的泥砂与水一起连续地吸入袋状部21内，砂砾等粒子大的物体就被遮盖体29或引导板39沿横向引导并沉降，再由传送带9运送到容器36内。

如上所述，在吸入管3内由于水位差产生的强大吸力(虹吸原理)，可将泥砂与水一同引导到袋状部21内，在这个距离很短的流动过程中，在袋状部21内就将相当多的泥砂与水分离了，分离后的水和泥砂分别被排出和运出，故流体阻力小，能量消耗少。上述水位差越大，越能产生强大的吸力，可有效地进行疏浚。

如上所述，袋状部21内是低压部，通过深度下沉使水位差增大，能有效地吸引泥砂，而且由于流速增大，故泥砂的沉降距离延长。从而，可根据流速改变遮盖体29的长度或引导板39的角度进行调节。根据试验结果，石粒10mm左右(±3mm)、流速3m/秒、混合比约15％的二相流用60cm左右的移动距离就可分开，如果是85cm的移动距离则可分开小到2mm的泥砂，如果是110m则可分开小到1mm左右的泥砂。小于该直径的微粒子就浮游在水面上作为浑水向水平方向流动。

壳体2的倾斜角度和吸入管3的倾斜角度如前所述，通过调节第1浮筒10、第2浮筒6内的水量而调节浮力来设定，另外由于吸入管3可以弯曲自如，故吸入管3的吸入口7可以始终调整在处于接近水底的位置，这样一来，就可在船体19前进的同时连续有效地进行疏浚。通过将吸入口7保持在距离水底一定的位置上，可以使混相流体的浓度(泥砂对水的量)保持在相当均匀的程度，可防止吸入管3堵塞和大量浑水排出。另外，通过将沉淀槽18内的上部清水作为高压水向罩子4内排出，可以有效地将土石层剥离，还可以相应地减少浑水向外部的排放。

第2实施例

图4～图8表示第2实施例。

101表示船体。

102是壳体，向下方安装在船体101上，除了上部以外均没于水中。

壳体2为上部敞开的筒状，其下部形成大口径的袋状部102a。

109为双重结构的容器，通过支承体109a安装于船体101的下方并没于水中。支承体109a与容器109之间可通过譬如螺钉等固定件来进行安装。

容器109的内室用隔壁109b分成A室和B室。并且在内室的开口边缘形成接合壁109c。

105是吸入管，一端与袋状部102a内部连通，另一端作为吸入口106在水中敞开。在吸入管105的中途部位向着下方大大敞开，且在开口部设置一体的或分体的引导壁105a。

在容器109安装于支承体109a上时，在接合壁109c和引入壁105a下端之间夹装有橡胶或树脂制的密封件111，以避免譬如砂砾等杂物被夹入其中。这样，容器109与引入壁105a之间就成为液密状态。在疏浚过程中，容器109内部成为负压，有巨大的水压作用，故密封状态更佳。

125是水流引导板，设有吸入口106一侧吸入管105从容器109上方开口部位的该开口部104一直延伸到隔壁109b的上方位置，其前端一侧略微呈下降状。

将多根设有吸入口106的吸入管105与引入壁105a连接，就能进行大面积的疏浚。不言而喻，对吸入管105的数量没有特别限定。

由于容器109的上下方向等的摆动会对吸入管105产生不良影响，故可以将吸入管105的局部做成波纹式等可挠性部位112，以吸收摆动。

124是排水泵，通过在壳体102的筒状部延伸的排水管117将壳体102内的水排出。排出的水流入沉淀槽121内。

通过将壳体102内的水排出，使壳体102的水位下降，与水面之间形成水位差。这样就与前述的实施例同样，使泥砂与水一同从吸入口106流入容器109内。

这时，粒径大或重量重的大砂砾等就被水流引导板125引导到前面的A室内沉降，粒径小或重量轻的砂砾等就在后面的B室内沉降。而含有细砂等的水就从吸入管105流入壳体102内，并通过排水泵124流入沉淀槽121，细砂在沉淀槽121内沉降。

另外，120是与前述实施例一样的水位感知开关，检测壳体102内的水位，控制排水泵124，使壳体102内的水位大致保持固定。

双重结构的容器109的外室形成浮筒119。浮筒119通过管道129与大气连通。114是给排水泵，向浮筒119给排水，调节浮筒119的浮力。即，根据堆积在A室和B室的砂砾的重量向浮筒119内给排水，以调节浮力。

与前述实施例同样，安装有覆盖吸入管105的吸入口106上方的圆顶状罩子115。即，吸入管105穿过圆顶状罩子115而延伸，吸入口106对着水底敞开。

116是水底接触板，通过臂108安装在吸入管105上，与吸入口106略微隔开，并垂直于吸入管105。臂108的一端固定在供吸入管105穿过的环106b上，环106b用止动螺钉(未图示)等固定在吸入管105上。松开止动螺钉就可使环106b在吸入管105上移动，这样就可调节水底接触板116与吸入口106的间隔。

在水底接触板116上与吸入口106对应的部位开设有吸入孔118。泥砂主要从该吸入孔118吸入，而含砂的水则从水底接触板116的上侧面与吸入管105下端之间的间隔流入吸入口106。从而，通过调节水底接触板116与吸入口106之间的间隙，就可以调节水与泥砂的混合比率。

水底接触板116的边缘126向上方弯曲，这样就可在水底顺利地移动。水底接触板116的外径小于罩子115下端的直径，在罩子115下端与水底接触板116的外边缘之间形成间隙。

在水底接触板116的下侧面形成多个前端尖锐的凸起123。另外在水底接触板116的上面一侧设有振动装置122。通过振动装置122的驱动使水底接触板116振动，该振动传递到凸起123，使凸起123挖掘水底的泥砂103，挖掘出来的泥砂流入吸入孔118。即，是用振动的凸起123在固结的泥砂上形成的细小的间隙，使水渗透其中，再利用水的浮力和流动使泥砂浮出。与搅拌的方法相比，凸起123的振动产生的物理性作用可尽量减少浑水的产生。

在水中所含的泥砂等在沉淀槽121中沉降后，流入沉淀槽121的水通过排放管107向罩子115内排出。该排出的水再从罩子115下端与水底接触板116外边缘之间的间隙向水底排出。被凸起123挖掘出的泥砂被该向水底排出的水从水底剥离，容易流入吸入孔118。这样，通过将暂时排出的浑水再度向水底排出并再度用于泥砂的吸入，可以避免浑水向外部的排放，能有效地解决浑水问题。

最好在吸入口106一侧的吸入管105上也安装浮筒128。浮筒128通过管道129与大气连通，并通过给排水泵127和给排管130而给排水。这样，就可调节作用于浮筒128、进而是作用于装有罩子115和水底接触板116等的吸入管105上的浮力，使吸入管105容易上下移动，可以灵活地设定水底接触板116的接地压力。另外通过均衡水底接触板116的重量和浮力，能便于水底接触板116随着船体101的移动而移动。

110是吊挂用的吊索，吊挂水底接触板116一侧的吸入管105，或是将水底接触板116一侧保持在规定的位置，或是将其向上吊。

另外，符号112、113所示的部位是波纹部等可挠性部位，这些部位使吸入管105和排放管107可弯曲。另外，排放管107、吸入管105、管道129、给排管130具有适当的长度，可根据水底的高度拉出。

以上是第2实施例的结构。

使水底接触板116下降到与水底接触，并驱动排水泵124，开始疏浚作业。使从吸入管105流入袋状部102a的水量少于用排水泵124从壳体102排出的水量。从而，壳体102内的水位逐渐降低，并用水位感知开关120控制在规定的水位。与前述的实施例同样，由于水面与壳体102内的水位差形成的虹吸原理，水底的泥砂等被强大的吸力从吸入口106吸入。

如前所述，泥砂被凸起123挖掘出来，并被从排放管107排出的水有效地从水底剥离后被吸入口106吸入。

从吸入口106吸入的含水泥砂经过较短的流动距离后流入容器109。而且如前所述，从吸入管105的开口部104沿横向(水平方向)流入的泥砂被水流引导板125引导，粒子较大的砂砾在A室沉降，粒子较小的砂子等在B室沉降。含有更细砂子的水从B室的上部经过吸入管105而流入袋状部102a内，并通过排水泵124而流入沉降槽121内。细砂在沉降槽121内沉降，再从排放管107向罩子115内排水。

另外，在对浅滩等进行疏浚时，可以使疏浚船停泊在远离岸边的水上，在水深处沉下壳体102后得到所需的水位，再将设有吸入口106的吸入管105延伸到浅滩对该浅滩进行疏浚。

砂砾等在容器109内逐渐堆积，虽然重量增加，但通过浮筒119来调节浮力，就不会给容器109的安装部等造成负担。一旦容器109装满，就中止疏浚作业，将容器109与船体101分开。这时容器109因浮筒119的浮力作用而飘浮在水面上，用小牵引船或绳索等也很容易使之移动。

在船体101上安装新的容器109后继续疏浚作业。

图7是凸起123的又一较佳实施例。

本实施例的凸起123由以水底接触板116上侧面开口的形式安装在水底接触板116上的筒部123a和安装在该筒部123a下端、前端尖锐的头部123b构成。在筒部123a与头部123b之间的连接部设置向下方敞开的喷出孔123c。

由于将凸出123做成上述结构，向罩子115内排出的水也从凸起123向水底排出，能有效地剥离土石等。还有，水从喷出孔123c喷出的角度最好对筒部123a的轴线形成45°以内的锐角，这样可以有力地向水底喷水。另外，头部123b的最大直径可以大于筒部123a的直径，以防止喷出孔123c堵塞。

图8是水底接触板116的又一实施例。

本实施例是将水底接触板116设置在吸入管105的下端，可以吸入管105的轴线为中心旋转。123是设置在水底接触板116外侧面的凸起。

在水底接触板116的上方立起的边缘126的内周面设置内部齿轮126a。在吸入管105上通过安装部141安装有电动机140，使设在电动机140的旋转轴上的齿轮142与内部齿轮126a啮合，这样使水底接触板116旋转。

在本实施例的场合，使水底接触板116旋转，用这样的方法使凸起123积极地挖掘水底，能进一步提高疏浚能力。而且无需设置前述的振动装置122。

Claims (12)

1.一种疏浚装置，其特征在于，具有：

与大气相通且埋没于水中的壳体，

与该壳体连接且下端设有吸入部的吸入管，

将所述壳体内的水排出且在壳体内的水面与外部水面之间形成水位差的排水泵，

拆卸自如地设置在所述吸入管中途部位的容器。

2.根据权利要求1所述的疏浚装置，其特征在于，在所述吸入管上设置与大气连通的浮筒，并具备向该浮筒给排水以调节浮力的给排水泵。

3.根据权利要求1所述的疏浚装置，其特征在于，在所述容器上设置与大气连通的浮筒，并具备向该浮筒给排水以调节浮力的给排水泵。

4.根据权利要求1所述的疏浚装置，其特征在于，在所述吸入管上设置与大气连通的浮筒，并具备向该浮筒给排水以调节浮力的给排水泵，在所述容器上设置与大气连通的浮筒，并具备向该浮筒给排水以调节浮力的给排水泵。

5.根据权利要求1所述的疏浚装置，其特征在于，在所述吸入管的下端安装覆盖所述吸入部的圆顶状罩子。

6.根据权利要求1所述的疏浚装置，其特征在于，所述吸入管上安装覆盖所述吸入部的下方、具有吸入孔的水底接触板。

7.根据权利要求6所述的疏浚装置，其特征在于，在所述水底接触板下侧面设置插入水底的桩子状凸起。

8.根据权利要求6所述的疏浚装置，其特征在于，设置使所述水底接触板振动的振动装置。

9.根据权利要求6所述的疏浚装置，其特征在于，所述水底接触板做成能以吸入管的轴线为中心旋转的结构，

并具备使该水底接触板旋转的电动机。

10.根据权利要求1所述的疏浚装置，其特征在于，设置将所述排水泵从所述壳体排出的浑水贮存的沉淀槽。

11.根据权利要求1所述的疏浚装置，其特征在于，在所述吸入管的下端设有覆盖所述吸入部的圆顶状罩子，并设置将所述排水泵从所述壳体排出的浑水贮存的沉淀槽，具备将贮存在所述沉淀槽中的水向所述圆顶内喷出的循环泵。

12.采用权利要求1所述的疏浚装置的疏浚方法，其特征在于，

用所述排水泵将所述壳体内的水排出后在壳体内形成空间，在该壳体内的水面与外部水面之间形成水位差，利用该水位差所产生的水流，从所述的吸入管将泥砂吸入所述容器内。

Images