CN110792126A - 一种泥浆驳运管路及管路设计方法 - Google Patents

一种泥浆驳运管路及管路设计方法 Download PDF

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张雷
丘秉焱
苏士斌
杜巧玲
刘英策
陈方红
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Abstract

本发明涉及疏浚船舶技术领域，公开了一种泥浆驳运管路，包括管道，所述管道包括多个下行管、弯管和上行管，所述下行管和所述上行管交替设置，所述下行管和所述上行管通过所述弯管连接，所述下行管的长度与所述上行管的长度的比例约为3：1，通过将管路设为上下起伏的驳运管线，使泥浆内的砂石在管线中通过地球引力加速度自然形成加速，保证泥浆的上行，保证泥浆的运输，并通过泥浆在上下行时形成扰动，防止泥沙沉淀，实现以低流速完成远距离的泥浆驳运。并且还公开了一种泥浆驳运管路设计方法，根据泥浆驳运系统设定的泥浆平均稳定流速，由公式求起伏落差，进而求上行管、下行管的长度、角度，进行泥浆驳运管路的设计。

Description

一种泥浆驳运管路及管路设计方法
技术领域
本发明涉及疏浚船舶技术领域，特别是涉及一种泥浆驳运管路及管路设计方法。
背景技术
疏浚船舶用于河道挖泥，并将泥浆通过驳运管路运输。疏浚中的泥浆驳运一直是疏浚行业中的核心问题，驳运泥管的主要部分处于水平状态，因为泥质沉淀问题，尤其是远距离驳运，泥浆驳运的流速需要足够大来产生泥浆防沉淀扰动，以保证泥浆正常的驳运，而泥浆的驳运速度即驳运能耗，速度越大则泥浆驳运系统需要提供的能耗越大，远距离泥浆驳运的能耗问题已经成为疏浚行业的核心能耗问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以低流速完成远距离运输的泥浆驳运管路。
为了实现上述目的，本发明提供了一种泥浆驳运管路，包括管道，所述管道包括多个下行管、弯管和上行管，所述下行管和所述上行管交替设置，所述下行管和所述上行管通过所述弯管连接，所述下行管的长度与所述上行管的长度的比例约为3：1。
作为优选方案，所述上行管、所述弯管和所述下行管位于同一竖直面上。
作为优选方案，所述下行管与水平方向的夹角为10°～20°。
作为优选方案，所述上行管与水平方向的夹角为40°～60°。
作为优选方案，所述管道的最高点与最低点的高度差大于1m。
作为优选方案，所述管道的最高点与最低点的高度差小于2m。
本发明还提供一种泥浆驳运管路设计方法，包括如下步骤：
步骤一：通过泥浆在管路的平均流速确定管路的高低起伏落差；
步骤二：确定上行管与水平方向的夹角；
步骤三：确定下行管与水平方向的夹角；
步骤四：确定弯管的弯曲半径和角度。
作为优选方案，根据泥浆在所述管路内的平均流速v，通过v2＝2gh以及流体粘滞系数γ及系统安全保护系数ε，得到所述管路最高点和最低点的落差
Figure BDA0002223067890000021
记所述下行管与水平方向的夹角为θ，所述上行管与水平方向的夹角为ω，所述弯管的角度为α，则所述下行管的长度所述上行管的长度为
Figure BDA0002223067890000023
其中，α>90°，θ>ω。
作为优选方案，
Figure BDA0002223067890000024
作为优选方案，θ为10°～20°，ω为40°～60°，α为100°～130°。
本发明的泥浆驳运管路和设计方法与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明通过将管路设为上下起伏的驳运管线，在水平状态的管线长度接近零，使泥浆内的砂石在管线中通过地球引力加速度自然形成加速，增加泥沙的动能，使泥沙的动能可满足上行需求，保证泥沙的运输，并通过泥浆的上行角度的增加泥沙扰动，防止泥沙沉淀，实现以低流速完成远距离的泥浆驳运。
附图说明
图1是本发明实施例泥浆驳运管路的示意图。
图中，1、下行管；2、弯管；3、上行管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、是相对于地平面指示的方位，“竖直”是指与地平面垂直的方向，“水平”是指与地平面平行的方向。
如图1所示，本发明优选实施例的一种泥浆驳运管路，包括管道，管道包括多个下行管1、弯管2和上行管3，下行管1和上行管3交替设置，下行管1和上行管3通过弯管2连接，下行管1的长度与上行管3的长度的比例约为3：1。将管路设为上下起伏的驳运管线，在水平状态的管线长度接近零，使泥浆内的砂石在管线中通过地球引力加速度自然形成加速，增加泥沙的动能，使泥沙的动能可满足上行需求，保证泥沙的运输，并通过泥浆的上行角度的增加泥沙扰动，在下行时对拐弯处具有冲击作用，形成扰动，防止泥沙沉淀，在现有的管路中，随着泥浆运输距离的增长，泥浆会逐渐沉淀，因此只能缩短运输路程使泥浆未完全沉淀时输出，限制了泥浆运输距离，本实施例的管路可防止沉淀，使运输距离不受限制，实现以低流速完成远距离的泥浆驳运。本实施例将下行管1的长度大约是上行管3的长度的3倍，使下行管1与水平方向的夹角和上行管3与水平方向的夹角的比例接近1：3，下行管1的长度大于上行管3的长度，让泥浆在下行管3的水平路程增长，使泥浆向前运动，同时可保证下行管1与上行管3的连接拐弯处为钝角，防止急拐点，避免拐弯处对泥浆流动产生阻力。
在本实施例中，上行管3、弯管2和下行管1位于同一竖直面上，避免无意义的延伸，减少损失，降低能耗。本实施例的下行管1与水平方向的夹角为10°～20°，在管路起伏落差确定后，当下行管1与水平方向的夹角越小时，下行管1越缓，下行管1的长度越长，使泥浆驳运水平方向的运输路程越长，在泥浆下行时，砂石做加速运动，有利于推动泥浆向前运动，完成泥浆的运输距离。
进一步地，本实施例的上行管3与水平方向的夹角为40°～60°。基于上升角度在在理想状态理论上没有限制，但根据双相的泥水混合物中砂砾的沉淀扰动理论，上升角度越大，越有利于减少泥浆传输沉淀阻力，因此，上行管3与水平方向的夹角应设置的较大，但根据现实情况可知，上行管3与水平方向的夹角应小于90°。同时考虑到上行管3与下行管1的连接的柔顺性，弯管2的角度应大于90°，防止出现管路急拐点，引起拐点处的泥浆沉淀堆积。另外考虑到泥浆中的砂石在上行中做减速运动，应适当减小上行管3的上升角度以防泥沙在拐角处大量堆积。下行管1与水平方向的夹角、上行管3与水平方向的夹角根据驳运泥质的颗粒直径进行适当修正。
另外，本实施例的管道的最高点与最低点的高度差大于1m。根据通常的泥浆驳运的平均参考稳定流速为4.5m/s，通过设定泥浆到达最高点时的速度为0m/s，到达最低点的垂向速度为4.5m/s，根据在重力作用下的速度公式v2＝2gh，可得到该速度在理想状态下的高度落差h为1m，追加流体的粘滞系数和系统安全保护系数，管道的起伏落差应大于1m，本实施例根据通常泥浆的粘滞系数，将管道的最高点与最低点的高度差修正为1.5m。进一步地，本实施例的管道的最高点与最低点的高度差小于2m，当起伏落差越高，泥浆流速需要越高，泥浆驳运系统需要提供的能耗越大，并且泥浆越容易在拐角处沉淀堆积，因此，设置管路的起伏落差小于2m。具体数值可以根据泥质参数进一步优化，例如，泥浆流速可以降低到约3米/秒，以此流速计算管路落差，以进一步优化泥浆驳运能耗。
本实施例还提供一种泥浆驳运管路设计方法，包括如下步骤：
步骤一：通过泥浆在管路的平均流速确定管路的高低起伏落差；
步骤二：确定上行管与水平方向的夹角；
步骤三：确定下行管与水平方向的夹角；
步骤四：确定弯管的弯曲半径和角度。
在步骤一中，根据泥浆在所述管路内的平均流速v，通过v2＝2gh以及流体粘滞系数γ及系统安全保护系数ε，得到所述管路最高点和最低点的落差
Figure BDA0002223067890000051
记所述下行管与水平方向的夹角为θ，所述上行管与水平方向的夹角为ω，所述弯管的角度为α，则所述下行管的长度所述上行管的长度为
Figure BDA0002223067890000053
其中，α>90°，θ>ω。进一步地，本实施例的
Figure BDA0002223067890000054
θ为10°～20°，ω为40°～60°，α为100°～130°，具体各个角度值基于驳运泥质的颗粒直径进行适当修正。由此可设计泥浆驳运管路。
综上，本发明实施例提供一种泥浆驳运管路，其包括多个下行管1、弯管2和上行管3，下行管1和上行管3交替设置，下行管1和上行管3通过弯管2连接，行管1的长度与上行管3的长度的比例约为3：1，将管路设为上下起伏的驳运管线，在在水平状态的管线长度接近零，使泥浆内的砂石在管线中通过地球在水平状态的管线长度接近零，使泥浆内的砂石在管线中通过地球引力加速度自然形成加速，增加泥沙的动能，使泥沙的动能可满足上行需求，保证泥沙的运输，并通过泥浆的上行角度的增加泥沙扰动，防止泥沙沉淀，实现以低流速完成远距离的泥浆驳运。本实施例还提供了一种泥浆驳运管路设计方法，通过设定管路中的泥浆平均稳定流速，根据相应公式设计管路系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种泥浆驳运管路，其特征在于，包括管道，所述管道包括多个下行管、弯管和上行管，所述下行管和所述上行管交替设置，所述下行管和所述上行管通过所述弯管连接，所述下行管的长度与所述上行管的长度的比例约为3：1。
2.根据权利要求1所述的泥浆驳运管路，其特征在于，所述上行管、所述弯管和所述下行管位于同一竖直面上。
3.根据权利要求1所述的泥浆驳运管路，其特征在于，所述下行管与水平方向的夹角为10°～20°。
4.根据权利要求3所述的泥浆驳运管路，其特征在于，所述上行管与水平方向的夹角为40°～60°。
5.根据权利要求1所述的泥浆驳运管路，其特征在于，所述管道的最高点与最低点的高度差大于1m。
6.根据权利要求5所述的泥浆驳运管路，其特征在于，所述管道的最高点与最低点的高度差小于2m。
7.一种泥浆驳运管路设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过泥浆在管路的平均流速确定管路的高低起伏落差；
步骤二：确定上行管与水平方向的夹角；
步骤三：确定下行管与水平方向的夹角；
步骤四：确定弯管的弯曲半径和角度。
8.根据权利要求7所述的泥浆驳运管路设计方法，其特征在于，根据泥浆在所述管路内的平均流速v，通过v2＝2gh以及流体粘滞系数γ及系统安全保护系数ε，得到所述管路最高点和最低点的落差
Figure FDA0002223067880000011
记所述下行管与水平方向的夹角为θ，所述上行管与水平方向的夹角为ω，所述弯管的角度为α，则所述下行管的长度
Figure FDA0002223067880000012
所述上行管的长度为
Figure FDA0002223067880000021
其中，α>90°，θ>ω。
9.根据权利要求8所述的泥浆驳运管路设计方法，其特征在于，
Figure FDA0002223067880000022
10.根据权利要求8所述的泥浆驳运管路设计方法，其特征在于，θ为10°～20°，ω为40°～60°，α为100°～130°。
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