CN111733778B - 一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统，包括消能装置和固定结构，所述消能装置包括转轴、叶轮和轴承，叶轮通过轴承与转轴相连，所述固定结构包括连接装置和固定器，所述消能装置通过连接装置与固定器连接，所述固定器用于将消能装置固定在溃口水流中，叶轮在水流冲击下绕转轴旋转以快速消耗水流动能，具有水平和竖向两种布置形式。本发明还提供一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统的应用方法。本发明利用水流冲击叶轮使其转动进行消能，可大幅降低水头和流速，使高流速下的堵口和截流成为可能，安装完成后可立即工作，操作简单，布置灵活，方便回收，可重复利用，环保节约，经济和环境效益显著。

Description

一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统及应用方法

技术领域

本发明涉及应急抢险技术领域，具体是一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统及应用方法。

背景技术

堤防溃口抢险需要在动水条件下进行，水流的流速过快会冲走抛投料，给堵口带来巨大的困难，通常的做法是等水位差减小、流速减缓甚至堤防两侧水位齐平后再进行封堵，这势必会导致抢险用时增加，受灾时间延长，造成较大的经济损失。

传统溃口抢险采用打木桩加抛投物料的方法进行堵口，但当抛料点流速过快时，打桩作业无法开展，同时抛投料很容易就被高速水流冲走，无法实现溃口的封堵。因此势必需要自重大的抛投料，利用其自重来抵抗水流的冲击，如1998年九江溃口采用沉船初堵，减小溃口的过流量及流速。但是使用自重大的抛投料一方面是运输不便，即使使用沉船也存在安全和经济损失较大的问题，同时堵口完成后的后续清理也很麻烦，经济性较差。

从降低溃口水流流速的角度出发，能降低抢险的难度，大幅提高堵口效率。现有的水流消能装置有多种，但大部分都是通过建造消力池后布置在其中进行消能，如马晓青等公开了一种水流消能装置(CN201910173988.4)，在溃口条件下根本无法适用。

发明内容

本发明针对现有溃口抢险手段的不足，提供了一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统及应用方法，其利用水流冲击叶轮使其不断转动进行消能，降低溃口水流流速和水头，使高流速下的堵口成为可能；系统安装完成后可立即工作，可根据溃口规模进行灵活布置，操作简单、回收方便、可重复利用，经济效益、环境效益显著。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统，包括消能装置和固定结构，所述消能装置包括转轴、叶轮和轴承，叶轮通过轴承与转轴相连，所述固定结构包括连接装置和固定器，所述消能装置通过连接装置与固定器连接，所述固定器用于将消能装置固定在溃口水流中，叶轮在水流冲击下绕转轴旋转以快速消耗水流动能，具有竖向和水平两种布置形式。

进一步的，所述叶轮为内部设有叶片的镂空圆柱体，叶片绕中心轴旋转对称布置，水冲击叶片可带动叶轮持续绕转轴转动。

进一步的，所述转轴为空心金属轴，一端设有与固定器相匹配的连接装置。

进一步的，所述转轴的外径为100mm-300mm。

进一步的，所述叶轮外径为1-2m。

进一步的，所述轴承采用密封轴承，位于转轴的首尾端，轴承的外圈与叶轮固定连接，轴承的内圈与转轴固定连接，使叶轮能绕转轴自由转动。

进一步的，所述固定器为能提供较大水平承载力的固定装置，根据布置要求由击入设备击入至地层中。

一种上述用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，消能装置竖向布置时，包括如下步骤：

步骤一、首先将叶轮通过轴承安装到转轴上并固定轴承，然后通过连接装置将转轴与固定器固定连接在一起；

步骤二、将连接好的快速消能系统吊运至溃口上游预定位置，转轴与固定器呈竖直状态布置，使用击入设备将固定器击入至地层预定深度，消能装置进入水流中开始转动消能；

步骤三、重复步骤一和二，完成快速消能系统的平面布置。

一种上述用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，消能装置水平布置时，包括如下步骤：

步骤一、首先在溃口两岸岸边使用击入设备将固定器击入土层至地层预定深度；

步骤二、在溃口其中一个岸边将柔性连接索穿过第一个消能装置的转轴内圈并经过夹持装置将柔性连接索与转轴固定，通过无人机将柔性连接索另一头送至溃口对岸，采用绞盘对柔性连接索进行移动，使得消能装置向溃口对岸移动预定距离后停止并锁定；

步骤三、在同一根柔性连接索上连接第二个消能装置，启动绞盘使其朝向溃口对岸移动预定距离，重复连接和移动，直至柔性连接索上安装好预设数量的消能装置并移动至溃口的预定位置；

步骤四、将柔性连接索两端通过连接装置分别锚固在两岸固定器上，消能装置进入水流中开始转动消能。

进一步的，还包括步骤五、重复步骤一至四，在溃口两岸其他位置完成快速消能系统的布置。

本发明提出的于溃口抢险的旋转式快速消能系统及应用方法，与现有技术相比，具有以下方面的进步和优势：

(1)本发明利用水流冲击转动挡板进行消能，消能装置入水后即可工作，可水平和竖向灵活布置，水平布置时能拦截约三分之二转轮直径高度的水流，竖向布置时，在影响区域内能降低至少30％的流速，具有阻水和耗能双重效果使高速水流条件下不可能的溃口封堵变为可能，提高了抢险的应急性，减少了社会经济损失；

(2)本发明的消能装置采用叶轮转动耗能而非固定挡板阻水，整体所受水流冲击力小，且整个消能系统可根据溃口规模进行灵活调整和组合，对溃口高速水流进行充分消能，防止溃口扩展，为堵口抢险提供有利条件；

(3)本发明快速消能结构安装操作方便，各个部件可重复使用，环保节约，可用于截流等需要段时间内控制水流流速和水头差的情况。

附图说明

图1是本发明用于溃口抢险的旋转式快速消能系统单个消能构件的侧视图；

图2是本发明用于溃口抢险的旋转式快速消能系统中消能装置的立体结构示意图；

图3本发明用于溃口抢险的旋转式快速消能系统中消能装置的横断面示意图；

图4是本发明的消能装置竖向布置时的示意图；

图5是本发明的消能装置水平布置时的示意图。

图中：1—转轴；2—叶轮；3—轴承；4—连接装置；5—固定器；6—柔性连接索。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1、图2和图3，本发明实施例提供一种用于溃口抢险的旋转式快速消能系统，包括消能装置和固定结构。

所述消能装置包括转轴1、叶轮2和轴承3，转轴1首尾端安装有轴承3，叶轮2通过轴承3绕转轴1转动。所述转轴1为空心金属轴，一端设有与固定器5相匹配的连接装置4，外径100mm-300mm。所述叶轮2为内部设有叶片的镂空圆柱体，叶片绕中心轴旋转对称布置，水冲击叶片带动叶轮2持续绕转转轴1转动。叶轮2外径为1-2m。所述轴承3可采用密封轴承，位于转轴1的首尾端，转轴1的外圈与叶轮2固定连接，转轴1的内圈与转轴1固定连接，使叶轮2能绕转轴1自由转动。

所述固定结构包括连接装置4和固定器5，连接装置4用于转轴与固定器5的连接，可以为法兰连接或其他连接形式。固定器5为能提供较大水平承载力的固定装置，根据布置要求由击入设备击入至地层中。

进一步参考图4和图5，消能装置有竖向和水平两种布置形式，可根据溃口规模进行选择和组合。竖向布置时，转轴1底部通过连接装置4固定在固定器5上，固定器5深入溃口上游河道地层中，整个系统在上游一定距离处围绕溃口布置，消能装置绕竖向转轴1旋转，对流入溃口的水流进行消能降速；水平布置时，通过高强柔性连接索6将水平放置的消能装置依次连接起来，柔性连接索6两端通过连接装置4固定在固定器5上，固定器5深入溃口两侧地层中，整个系统在溃口上游形成一道消能拦水屏障，消能装置绕水平柔性索旋转。

本发明实施例还提供一种上述用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，其中消能装置竖向布置时包括如下步骤：

步骤一、首先将叶轮2通过轴承3安装到转轴1上并固定轴承3，然后通过连接装置4将转轴1与固定器5固定连接在一起；

步骤二、将连接好的快速消能系统吊运至溃口上游预定位置，转轴1与固定器5呈竖直状态布置，使用击入设备将固定器5击入至地层预定深度，消能装置进入水流中开始转动消能；

步骤三、重复步骤一和二，完成快速消能系统的平面布置。

消能装置水平布置时包括如下步骤：

步骤一、首先在溃口两岸岸边使用击入设备将固定器5击入土层至地层预定深度；

步骤二、在溃口其中一个岸边将柔性连接索6穿过第一个消能装置的转轴3内圈并经过夹持装置将柔性连接索6与转轴3固定，通过无人机将柔性连接索6另一头送至溃口对岸，采用绞盘对柔性连接索6进行移动，使得消能装置向溃口对岸移动预定距离后停止并锁定；

步骤三、在同一根柔性连接索6上连接第二个消能装置，启动绞盘使其朝向溃口对岸移动预定距离，重复连接和移动，直至柔性连接索6上安装好预设数量的消能装置并移动至溃口的预定位置；

步骤四、将柔性连接索6两端通过连接装置4分别锚固在两岸固定器5上，消能装置进入水流中开始转动消能；

步骤五、重复步骤一至四，在溃口两岸其他位置完成快速消能系统的布置。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，采用快速消能系统进行，所述快速消能系统包括消能装置和固定结构，所述消能装置包括转轴（1）、叶轮（2）和轴承（3），叶轮（2）通过轴承（3）与转轴（1）相连，所述固定结构包括连接装置（4）和固定器（5），所述消能装置通过连接装置（4）与固定器（5）连接，所述固定器（5）用于将消能装置固定在溃口水流中，叶轮（2）在水流冲击下绕转轴（1）旋转以快速消耗水流动能，所述消能装置具有竖向和水平两种布置形式；所述叶轮（2）为内部设有叶片的镂空圆柱体，叶片绕中心轴旋转对称布置，水冲击叶片可带动叶轮（2）持续绕转轴（1）转动；所述轴承（3）采用密封轴承，位于转轴（1）的首尾端，轴承（3）的外圈与叶轮（2）固定连接，轴承（3）的内圈与转轴（1）固定连接，使叶轮（2）能绕转轴（1）自由转动，消能装置竖向布置时，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、首先将叶轮（2）通过轴承（3）安装到转轴（1）上并固定轴承（3），然后通过连接装置（4）将转轴（1）与固定器（5）固定连接在一起；

步骤二、将连接好的快速消能系统吊运至溃口上游预定位置，转轴（1）与固定器（5）呈竖直状态布置，使用击入设备将固定器（5）击入至地层预定深度，消能装置进入水流中开始转动消能；

步骤三、重复步骤一和二，完成快速消能系统的平面布置。

2.一种用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，采用快速消能系统进行，所述快速消能系统包括消能装置和固定结构，所述消能装置包括转轴（1）、叶轮（2）和轴承（3），叶轮（2）通过轴承（3）与转轴（1）相连，所述固定结构包括连接装置（4）和固定器（5），所述消能装置通过连接装置（4）与固定器（5）连接，所述固定器（5）用于将消能装置固定在溃口水流中，叶轮（2）在水流冲击下绕转轴（1）旋转以快速消耗水流动能，所述消能装置具有竖向和水平两种布置形式；所述叶轮（2）为内部设有叶片的镂空圆柱体，叶片绕中心轴旋转对称布置，水冲击叶片可带动叶轮（2）持续绕转轴（1）转动；所述轴承（3）采用密封轴承，位于转轴（1）的首尾端，轴承（3）的外圈与叶轮（2）固定连接，轴承（3）的内圈与转轴（1）固定连接，使叶轮（2）能绕转轴（1）自由转动，消能装置水平布置时，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、首先在溃口两岸岸边使用击入设备将固定器（5）击入土层至地层预定深度；

步骤二、在溃口其中一个岸边将柔性连接索（6）穿过第一个消能装置的转轴（1）内圈并经过夹持装置将柔性连接索（6）与转轴（1）固定，通过无人机将柔性连接索（6）另一头送至溃口对岸，采用绞盘对柔性连接索（6）进行移动，使得消能装置向溃口对岸移动预定距离后停止并锁定；

步骤三、在同一根柔性连接索（6）上连接第二个消能装置，启动绞盘使其朝向溃口对岸移动预定距离，重复连接和移动，直至柔性连接索（6）上安装好预设数量的消能装置并移动至溃口的预定位置；

步骤四、将柔性连接索（6）两端通过连接装置（4）分别锚固在两岸固定器（5）上，消能装置进入水流中开始转动消能。

3.如权利要求2所述的用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，其特征在于：还包括步骤五、重复步骤一至四，在溃口两岸其他位置完成快速消能系统的布置。

4.如权利要求1-3中任一项所述的用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，其特征在于：所述转轴（1）为空心金属轴，一端设有与固定器（5）相匹配的连接装置（4）。

5.如权利要求1-3中任一项所述的用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，其特征在于：所述转轴（1）的外径为100mm-300mm。

6.如权利要求1-3中任一项所述的用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，其特征在于：所述叶轮（2）外径为1-2m。

7.如权利要求1-3中任一项所述的用于溃口抢险的快速消能结构的应用方法，其特征在于：所述固定器（5）为能提供水平承载力的固定装置，根据布置要求由击入设备击入至地层中。

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