CN111236142B - 一种气动水力结合式水库清淤装置 - Google Patents

一种气动水力结合式水库清淤装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气动水力结合式水库清淤装置，包括连接在一起的泄水坝体和水库，其特征在于：所述泄水坝体上设有数个气罐，且相邻的两个气罐通过空压机连接在一起；数个气罐中的每一个连有通入所述水库底部的水上输气管道，该水上输气管道的末端连有带排气孔的扬沙管；相邻两个所述水上输气管道之间设有带扰动铰刀的扰动管道，该扰动管道的一端连有倾斜设置的进水管道，另一端连有设在所述泄水坝体底部的出水管道；所述泄水坝体的上部设有数个排沙孔，下部设有数个排沙底孔。本发明大大提高了清淤效率，并可有效减少库区清淤工作的能量消耗，减少人力物力财力，具有重大的现实意义和可观的经济意义。

Description

一种气动水力结合式水库清淤装置
技术领域
本发明涉及水利工程库区清淤技术，尤其涉及一种气动水力结合式水库清淤装置。
背景技术
我国拥有各类水库9.8万座，为有效减轻水旱灾害，满足城乡饮水安全、防洪安全、粮食安全、能源安全等起到重要作用。但我国又是水库淤积最严重的国家，由于河流发生水流运动的同时常伴有泥沙输移，因此水库泥沙淤积成为世界性难题。受泥沙淤积影响，水库的平均使用寿命为22年，这与大坝坝体至少100年的寿命相差甚远。据统计，我国七大江河的年输沙量高达23亿t，即使是长江，虽然含沙量只有0.54 kg/m3，但是由于水量较大，因此年来沙量也有约5亿t。在河流上修建水库后，水流流速减小，挟沙力降低，泥沙就会在水库中淤积，从而降低了水库供水保障能力与兴利效益，削弱水库防洪功能，损害水生态环境，甚至导致水库报废。进行水库清淤，是摆在我们面前迫切需要解决的问题，也是巩固治淮成果、保证闸下排水通畅的措施问题。
当前国内外的清淤排沙方式主要有水力排沙和机械清淤。水力排沙通常采用的排沙方式有“蓄清排浑”、“汛期低水位运用”、“汛期滞洪”和“控制蓄洪”等及利用泄空冲刷和横向冲蚀排沙等措施。机械清淤是利用水库水头差产生能源或利用外加能源，使用机械设备将泥沙搅动，再将建筑物前淤积物排泄出库的一种方式。其中，挖泥船作为一种高效机械清淤方式，在国内外得到广泛应用。且目前国内外没有较理想的水库清淤装置，耗费人力物力财力较多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效提高清淤效率的气动水力结合式水库清淤装置。
为解决上述问题，本发明所述的一种气动水力结合式水库清淤装置，包括连接在一起的泄水坝体和水库，其特征在于：所述泄水坝体上设有数个气罐，且相邻的两个气罐通过空压机连接在一起；数个气罐中的每一个连有通入所述水库底部的水上输气管道，该水上输气管道的末端连有带排气孔的扬沙管；相邻两个所述水上输气管道之间设有带扰动铰刀的扰动管道，该扰动管道的一端连有倾斜设置的进水管道，另一端连有设在所述泄水坝体底部的出水管道；所述泄水坝体的上部设有数个排沙孔，下部设有数个排沙底孔。
所述扬沙管呈倒置三角形状铺设在所述水库的底部，且该扬沙管的两侧均匀密布有数个所述排气孔。
所述排气孔的出口为 45°向下开孔。
所述进水管道与所述扰动管道的连接夹角为120度。
所述扰动管道内均布有数个内导轴承，该每个内导轴承上设有内部转轮；所述扰动管道上设有与所述内导轴承一一对应相连的数个外导轴承，该每个外导轴承上设有所述扰动铰刀。
所述进水管道的末端伸向所述水库的清水区。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明中扰动管道内均布有数个内导轴承，该每个内导轴承上设有内部转轮；扰动管道上设有与内导轴承一一对应相连的数个外导轴承，该每个外导轴承上设有扰动铰刀。当水库上部清水经进水管道流入扰动管道并带动内部转轮转动，从而带动内导轴承转动，进而带动外导轴承转动，再带动扰动铰刀转动，从而有效避免泥沙淤积在铰刀轴承上进而使得铰刀卡死无法转动的问题。
2、本发明中扬沙管呈倒置三角形状铺设在水库的底部，且该扬沙管的两侧均匀密布有数个排气孔，该排气孔的出口为45°向下开孔，可使排气孔气流稳定溢出，同时也可以防止泥沙淤堵并快速形成上升气流云，提高扬沙效果。
3、本发明中泄水坝体、空压机、气罐、水上输气管道、扬沙管构成了气动冲淤系统，进水管道、扰动管道、扰动铰刀、出水管道、排沙孔构成了水力扰动系统。气动冲淤系统的吹气影响区与水力扰动系统的影响区相互补充，相辅相成，大大提高了库区清淤的范围和效率，可有效减小水库淤积问题。同时，气动冲淤系统挟沙输沙效率高，扬沙快，输沙远，使得泥沙不至沉积；河床埋管后，管孔长久不堵，压气即能扬沙，冲淤主动，随时可以进行。
4、本发明根据河流动力学的知识，并结合气体力学和固体力学，当水流强度达到一定程度之后，河床的泥沙颗粒开始脱离静止而运动，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，气动冲淤法是利用空气在水中比重轻而必然上升，上升过程中产生上升流，带动泥沙上扬，在水流带动下，使泥沙得以远距离输送的方法。泥沙粒径越细，沉降速度越小，气动冲淤的效果越好。结合水力扰动系统置，扰动铰刀转动搅动库底淤沙，使沉淀泥沙脱离相互固结作用形成泥浆，从而在水流的带动下排出库区。较传统的清淤方法大大提高了清淤效率，并可有效减少库区清淤工作的能量消耗，减少人力物力财力，具有重大的现实意义和可观的经济意义。
5、本发明使用范围广，对坝体运行能力影响较小，生态效益高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的俯视图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明中水力扰动系统布置图。
图4为本发明中气动冲淤系统布置图。
图5为本发明中扰动管道细部结构示意图。
图6为本发明中扰动管道内部转轮结构示意图。
图7为本发明中扬沙管左侧结构示意图。
图8为本发明中扬沙管右侧结构示意图。
图中：1-泄水坝体，2-水上输气管道，3-扬沙管，4-水库，5-进水管道，6-扰动管道，7-排沙孔，8-气罐，9-空压机，10-出水管道，11-排气孔，12-排沙底孔，13-扰动铰刀，14-外导轴承，15-内部转轮，16-内导轴承。
具体实施方式
如图1~4所示，一种气动水力结合式水库清淤装置，包括连接在一起的泄水坝体1和水库4。泄水坝体1上设有数个气罐8，且相邻的两个气罐8通过空压机9连接在一起；数个气罐8中的每一个连有通入水库4底部的水上输气管道2，该水上输气管道2的末端连有带排气孔11的扬沙管3；相邻两个水上输气管道2之间设有带扰动铰刀13的扰动管道6，该扰动管道6的一端连有倾斜设置的进水管道5，另一端连有设在泄水坝体1底部的出水管道10；泄水坝体1的上部设有数个排沙孔7，下部设有数个排沙底孔12。
泄水坝体1、空压机9、气罐8、水上输气管道2、扬沙管3构成了气动冲淤系统。
进水管道5、扰动管道6、扰动铰刀13、出水管道10、排沙孔7构成了水力扰动系统。
其中：扬沙管3呈倒置三角形状铺设在水库4的底部，且该扬沙管3的两侧均匀密布有数个排气孔11（参见图7~8）。排气孔11的出口为 45°向下开孔。扬沙管3的长度和布置数量视水库4大小而定。
进水管道5与扰动管道6的连接夹角为120度。
扰动管道6内均布有数个内导轴承16，该每个内导轴承16上设有内部转轮15；扰动管道6上设有与内导轴承16一一对应相连的数个外导轴承14，该每个外导轴承14上设有扰动铰刀13（参见图5~6）。
进水管道5的末端伸向水库1的清水区，其长度视清水区的位置而定。
水上输气管道2采用铁管以耐高温；空压机9需水冷却，扬沙管3采用PVC管以耐酸碱、耐腐蚀、耐压，从而提高使用寿命。
气动冲淤系统的吹气影响区与水力扰动系统的影响区相互补充，相辅相成，布置数量和间距视水库4规模具体要求确定。
工作原理：气动冲淤是河底中加入空气而形成的气、流、沙的联合运动,是介于气体力学、流体力学和固体力学三者的边缘学科，本发明将三者结合在一起加以运用。
气动冲淤系统中气泡的上升流速度可根据
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 542456DEST_PATH_IMAGE002
的研究确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其中
Figure 871806DEST_PATH_IMAGE004
为重力加速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为气泡膨胀半径。
如图5所示，当进行水库4淤积泥沙清理工作时，启动水力扰动系统，库区内产生负压，水库4上部清水经进水管道5流入扰动管道6并带动内部转轮15转动，从而带动内导轴承16转动，进而带动外导轴承14转动，再带动扰动铰刀13转动，使沉淀泥沙脱离相互固结作用形成泥浆，最终在水流的带动下流向泄水坝体1的排沙底孔12排出库区。
如图7、图8所示，在泄水坝体1上安放空压机9和气罐8进行储气，气体经水上输气管道2和扬沙管3通入水库4底部，从扬沙管3两侧的排气孔11排出，从而产生气泡，使沉淀泥沙随气泡上升而扬起，随水流运输至泄水坝体1上部排沙孔7排出。
冲沙开始时，气罐8内气体压强等于空压机9工作压力，随着冲沙的进行会逐渐减小。随着排气的进行，气罐8内气体压强随排气孔11处空气速度的增大而减小，当气罐8内压强与排气孔11处水压强相同时排气停止，需使用空压机9对气罐8再次充气。空气即从水中溢出而生成上升流并带动泥沙上扬。泥沙上扬后，由于沉降速度相对较小，可以在较弱的水流条件下输送较远的距离，进而实现较大范围内的泥沙淤积清理，实现高效的清淤工作。
当扬沙管3上淤积厚度大，需要较多气流冲淤时，开单片管路，集中力量冲或瞬间由气罐8向扬沙管3充气并以大气量冲，当淤积的泥沙已被气流冲洗净，进而需防止泥沙再淤积时可以开启多片管路，气流在大范围内上升紊动，泥沙不致沉积，从而达到防淤减淤的目的。

Claims (2)

1.一种气动水力结合式水库清淤装置，包括连接在一起的泄水坝体（1）和水库（4），其特征在于：所述泄水坝体（1）上设有数个气罐（8），且相邻的两个气罐（8）通过空压机（9）连接在一起；数个气罐（8）中的每一个连有通入所述水库（4）底部的水上输气管道（2），该水上输气管道（2）的末端连有带排气孔（11）的扬沙管（3）；相邻两个所述水上输气管道（2）之间设有带扰动铰刀（13）的扰动管道（6），该扰动管道（6）的一端连有倾斜设置的进水管道（5），另一端连有设在所述泄水坝体（1）底部的出水管道（10）；所述泄水坝体（1）的上部设有数个排沙孔（7），下部设有数个排沙底孔（12）；所述扬沙管（3）呈倒置三角形状铺设在所述水库（4）的底部，且该扬沙管（3）的两侧均匀密布有数个所述排气孔（11）；所述排气孔（11）的出口为 45°向下开孔；所述进水管道（5）与所述扰动管道（6）的连接夹角为120度；所述扰动管道（6）内均布有数个内导轴承（16），该每个内导轴承（16）上设有内部转轮（15）；所述扰动管道（6）上设有与所述内导轴承（16）一一对应相连的数个外导轴承（14），该每个外导轴承（14）上设有所述扰动铰刀（13）。
2.如权利要求1所述的一种气动水力结合式水库清淤装置，其特征在于：所述进水管道（5）的末端伸向所述水库（1）的清水区。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114159947B (zh) * 2021-11-29 2023-10-24 国家能源投资集团有限责任公司 疏通地下水库进水口采空区淤堵并降低出水盐度的系统
CN115030254A (zh) * 2022-06-28 2022-09-09 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种用于高桩码头防淤清淤的水-气冲沙设备
CN117071680B (zh) * 2023-10-17 2023-12-29 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种用于农村河道的清淤防淤设备以及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105839586B (zh) * 2016-03-31 2018-01-30 马向前 一种水库减淤清淤设施及其运行方法
CN108661100A (zh) * 2017-03-28 2018-10-16 山东科技大学 一种新型水力驱动的水库清淤系统
CN110552395B (zh) * 2019-09-11 2021-12-21 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 基于气动排沙的深水泥沙快速排除系统及其方法

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