CN108978753A - 一种气动水力结合式局部清淤装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于泥沙清理领域，涉及一种气动水力结合式局部清淤装置，是一种应用于清除局部淤积泥沙的工具，包括船体、扬沙装置、扰流装置、固定装置；所述的扬沙装置包括高压气泵、剪叉式结构、输气套管、吹沙管；所述的扰流装置包括螺旋桨、流速传感器、套管接杆；所述的固定装置包括定位桩、传动杆、定轴转动装置。本发明中的扬沙装置通过剪叉式结构在竖直方向上将扬沙管固定至相应的河床泥沙底层，利用高压气泵产生源源不断的高压气体，将河底的泥沙上扬至水流当中；扰流装置通过螺旋桨产生湍流，促使上扬的泥沙输移至适当区域。本发明环保性强，清淤效果好，效率高，在泥沙清理领域具有广阔的应用前景。

Description

一种气动水力结合式局部清淤装置

技术领域

本发明属于淤积泥沙清理领域，涉及一种气动水力结合式局部清淤装置，是一种应用于清除局部河床淤积泥沙的工具。

背景技术

当今社会，无论是面对城市水景观的重视，还是应对物流增长需求的迫切，河流对人类的价值愈加凸显，但是水底泥沙淤积、床面高程抬高是其目前存在的一些主要问题，因此清淤工程越来越引起人们的关注，与之相应的项目也在日益增多。在某些场景下，由于泥沙在水流和河床的共同影响，泥沙开始集中淤积，致使过流断面急剧变小，发生难以想象的后果，例如航道的水深无法满足船只通行而导致的搁浅，过水断面无法满足泄洪要求而导致的漫堤，取水口和引水渠的淤积而导致整个工程淤废等。人工湖，河道，水库，海边，港口等等，清淤船出现的身影也在增加。挖泥船是现代清淤工程中极为重要，也是极为普及的清淤工具，但是在某些比较特殊的工作环境中，比如说相对狭窄的河道、深槽、沟渠、亦或是闸门处的清淤工作，机械式挖泥船则不是十分的适合。当面对这种情形，工程上一般采用射吸式清淤船来完成清淤工作。它首先使用一个喷水泵把水通过水枪直接喷至泥沙的底层，泥沙便在具有高压特性的水流喷射下，被击起并漂浮在吸沙龙头的周围，然后经由吸沙龙头被吸沙泵吸起，并由上吸管最后排入料仓。但是它与传统挖泥船一样，具有相同的缺点，不但需要在船上预留足够大的料仓以备装载泥沙，还需要需定期靠岸排泥沙，既费时又费力，大大影响清淤效率，工程成本大大增加。

根据河流动力学的知识，当水流强度达到一定程度之后，河床上的泥沙颗粒开始脱离静止而运动，相应的临界水流条件称为泥沙的起动条件。同时还存在一种状态，当组成河床的泥沙粗细不均时，较细的能够起动，较粗的不能启动，则细的部分被冲走，粗的留下来，逐渐形成一个覆盖层，这个覆盖层达到一定的厚度时，就足以保护下层的泥沙不再被冲走，因此淤积形成。同时，气体具有远小于水的密度，水中的气体会由于浮力远大于重力而极速上升，因此，可通过将具有一定压力的气体送入泥沙底层，将河底的泥沙上扬至水流当中，并通过制造合适水流条件将泥沙从较浅区域输移至较深区域，首先这样既可以达到局部清淤的目的，然后又可以促使河床完成动态调整，使其达到冲淤平衡，具有重大的现实意义与可观的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于解决上述提到的问题，提供一种气动水力结合式局部清淤装置。本装置结构简单，环保性强，能够轻松清理各种地形下的河床淤积泥沙，清理效率高。

为实现上述目的，本发明所采取得技术方案为：

一种气动水力结合式局部清淤装置，包括船体、扬沙装置、扰流装置、固定装置，其特征在于：所述扬沙装置从上到下依次安装有高压气泵、剪叉式结构、输气套管、扬沙管；所述扰流装置从上到下依次安装有套管接杆和螺旋桨，螺旋桨前端安装有流速传感器，可以实时监控水体的流速；所述船体尾端安装有定轴转动装置，传动杆可以绕其做定轴转动，传动杆另一侧连接定位桩。

所述的气动水力结合式局部清淤装置，其特征在于：所述输气套管采用分节嵌套结构，套管直径从上至下依次减小，最末一节与所述剪叉式结构的固定支架连接，可通过剪叉式结构的伸缩从而改变输气套管的总长度。

所述的气动水力结合式局部清淤装置，其特征在于：所述扬沙管上方与输气套管连接，在扬沙管正面和上面设计有密集开孔，截面呈倾斜等腰三角形。

进一步的，所述的扬沙装置与扰流装置互相配合协作，扬沙装置将气体输送至河床泥沙，扰流装置产生湍流，从而达到气体掀沙，水流输沙的效果。根据下列公式可得到单位水体所能挟带的床沙质数量的平均值，即水流挟沙力，以备施工人员操作装置。

其中，K与m为随无因次量而改变的系数与指数，可以根据实测资料确定，U为断面平均流速，g为重力加速度，R为水力半径，为泥沙沉速。

进一步的，所述的剪叉式结构上方设有液压机，液压机连接推杆一侧，推杆另一侧连接左上方的铰接枢轴，左上方铰接枢轴可在上移动滑槽内左右平移，右上方的铰接枢轴与上固定铰链支座连接。通过液压机带动推杆，控制剪叉式结构的伸缩，从而带动带动输气套管在竖直方向上进行伸缩运动，使扬沙管到达工作深度，并且可以提高所述扬沙装置的稳定性。

所述船体设有燃油轮机，可以同时为高压气泵和螺旋桨提供动力。

进一步的，螺旋桨由套管接杆连接，套管接杆可以在竖直方向上任意伸缩，其目的是可以根据工作深度精确下放螺旋桨，当清淤装置需要在水面航行时，可收起套管接杆并升起固定装置，螺旋桨便可以作为其前进的动力。

进一步的，固定装置包括定轴转动装置、传动杆、定位桩，定轴转动装置焊接在船体上，传动杆可以绕其做定轴转动，传动杆末端连接定位桩，定位桩可以根据工作深度上下移动，底部深入河床，起到固定整个船体的作用。

本发明的有益效果是：在河底或工程需要清理淤积泥沙的区域放下扬沙管，扬沙管与输气套管相连，由高压气泵压进空气，通过扬沙管上的通气孔排出，排出空气由于浮力向上运动从而带动泥沙上扬，在扰流装置产生的湍流带动下，将上扬的泥沙带走，实现了掀沙输沙同时进行，具有较高工作效率。螺旋桨前端设计有流速传感器，可以实时监控水体的流速，通过所述流速传感器控制螺旋桨的下探深度和转速，将水流的状态控制在合适的范围内，输送泥沙至目标区域；扬沙管截面呈倾斜等腰三角形，这样的设计有利于扬沙管在淤积泥沙内的深入，在扬沙管正面和上面设计有密集开孔，实现了对喷气方向的精确控制。

本装置操控简单方便，能够轻松清理各种地形下的河床淤积泥沙，这样既可以达到局部清淤的目的，然后又可以促使河床完成动态调整，使其达到冲淤平衡。本装置清理效率高，利用该装置能迅速地促使淤积的泥沙运动上扬，不需要挖泥，清淤效果好，环保性强，节约资源，具有重大的现实意义与可观的经济效益，在淤积泥沙清理领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图。

图2是本发明装置的剪叉式结构示意图。

图3是本发明装置的扬沙管示意图。

图中：1-船体，2-扬沙装置，3-扰流装置，4-固定装置，5-驾驶控制舱，6-高压气泵，7-燃油轮机，8-剪叉式结构，9-输气套管，10-扬沙管，11-套管接杆，12-螺旋桨，13-流速传感器，14-定轴转动装置，15-传动杆，16-定位桩，17-液压机，18-推杆，19-上固定铰链支座，20-上移动滑槽，21-铰接杆，22-铰接枢轴，23-下移动滑槽，24-下固定铰链支座，25-固定支架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

结合图1、图2、图3，本发明提供的一种气动水力结合式局部清淤装置，它包括船体1、扬沙装置2、扰流装置3、固定装置4，所述的扬沙装置2上方设有高压气泵6，出口与输气套管8连接，输气套管下接扬沙管10，剪叉式结构8上方设有液压机17，推杆18一侧连接液压机17，另一侧连接铰接枢轴22，铰接枢轴22可在上移动滑槽20内左右平移，另一侧的铰接枢轴22与上固定铰链支座19连接，中部以铰接杆21交叉相接，下移动滑槽23、下固定铰链支座24与固定支架25通过焊接连接，所述扰流装置3从下到上依次安装有套管接杆11和螺旋桨12，螺旋桨12前端设有流速传感器13，定轴转动装置14焊接在船体1上，传动杆15可以绕其做定轴转动，传动杆15末端连接定位桩16。

当进行淤积泥沙清理工作时，首先使套管接杆11处于收起状态，此时螺旋桨12可以作为装置航行的前进动力，到达目标区域后，放下定位桩16，将船体1固定在水面上，然后通过液压机17推动推杆18，从而带动铰接枢轴22在上移动滑槽20中向内移动，使剪叉式结构8做伸展运动，剪叉式结构8下方的固定支架25与输气套管9连接，促使输气套管9伸长，目的是将扬沙管10精确定位至泥沙底层之中，然后可以开启高压气泵6，通过输气套管9向扬沙管10内输送大量气体，并逐步增强空气压力，直至底层泥沙完全上扬，接着缓慢放下套管接杆11，使螺旋桨12产生的湍流能够挟带尽可能多的上扬泥沙，螺旋桨12前端安装有流速传感器13，可以实时监控水体的流速，控制螺旋桨的下探深度和转速，将水流的状态控制在合适的范围内，从而使输送泥沙至目标区域。待目标区域清理完毕后，分别收起扬沙装置2、扰流装置3、固定装置4，然后继续前往下一清理区域。

本发明提供的一种气动水力结合式局部清淤装置结合空气与水流的特性，从而达到气体掀沙，水流输沙的效果，又可以促使河床完成动态调整，使其达到冲淤平衡。本装置较传统挖沙方式效果好，环保性强，节约资源，且对河道造成的破坏较小。

Claims (3)

1.一种气动水力结合式局部清淤装置，包括船体、扬沙装置、扰流装置、固定装置，其特征在于：所述扬沙装置从上到下依次安装有高压气泵、剪叉式结构、输气套管、扬沙管；所述扰流装置从上到下依次安装有套管接杆和螺旋桨，螺旋桨前端安装有流速传感器，可以实时监控水体的流速；所述船体尾端安装有定轴转动装置，传动杆可以绕其做定轴转动，传动杆另一侧连接定位桩。

2.根据权利要求1所述的气动水力结合式局部清淤装置，其特征在于：所述输气套管采用分节嵌套结构，套管直径从上至下依次减小，最末一节与所述剪叉式结构的固定支架连接，可通过剪叉式结构的伸缩从而改变输气套管的总长度。

3.根据权利要求1所述的气动水力结合式局部清淤装置，其特征在于：所述扬沙管上方与输气套管连接，在扬沙管正面和上面设计有密集开孔，截面呈倾斜等腰三角形。