CN116397713A - 水下环保清障装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下环保清障装置、系统及方法。所述清障装置包括竖向的筒状罩体，罩体的顶端封闭、底端敞口，罩体内的顶壁上设有抓斗，抓斗与所述罩体的内壁之间留有间距，抓斗与罩体转动连接，抓斗为多瓣式抓斗，各瓣壳上均密布有内外贯穿的通孔，罩体的下部侧壁上设有内外贯穿的吸污口。所述清障系统包括清淤平台，清淤平台上设有机械臂和抽泥装置，机械臂的末端连接所述清障装置，抽泥装置通过抽吸管连接吸污口。所述清障方法采用所述清障装置或所述清障系统，将罩体的底端贴合或插入水底，当抓斗抓取水底的垃圾和淤泥后，通过抓斗的旋转将其内抓取的淤泥从瓣壳上的通孔甩出。本发明能够在水下实现垃圾和淤泥的分离，并分别清理出水体。
Description
技术领域
本发明涉及水下环保清障装置和系统及采用这种装置和系统进行水下清障的方法，属于生态和环境保护技术领域。
背景技术
传统的水下垃圾和淤泥清理方式通常为采用抓斗将水底的垃圾和淤泥抓取至水面上，再进行筛分和分类处理。采用此种方式清理水下垃圾和淤泥存在以下缺陷：（1）当抓斗在水底抓取垃圾和淤泥时，会扰动周围水体和水底淤泥，使水底淤泥上翻或上浮，对水体造成二次污染；（2）抓斗抓取至水面上的垃圾和淤泥混合在一起，由于淤泥具有一定的粘稠度，导致垃圾和淤泥的筛分困难，费时费力；（3）当水底淤泥的粘稠度较低（淤泥较稀）时，在抓斗抓取垃圾和淤泥的过程中，淤泥会在抓斗的瓣壳闭合时从瓣壳间流出，致使抓取至水面上的淤泥量有限，难以有效实现水下淤泥清理的目的，水下淤泥的清理工作效率低。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了水下环保清障装置、系统及方法，能够在水下实现垃圾和淤泥的分离，将垃圾和淤泥分别清理出水体，并能够在垃圾和淤泥的清理过程中避免对水体造成二次污染。
本发明实现上述目的的技术方案是：水下环保清障装置，包括竖向的筒状罩体，所述罩体的顶端封闭、底端敞口，所述罩体内的顶壁上设有抓斗，所述抓斗与所述罩体的内壁之间留有间距，所述抓斗与所述罩体转动连接，设有转动驱动马达，所述抓斗为多瓣式抓斗，各瓣壳（或称斗瓣或颚板）上均密布有内外贯穿的通孔，所述罩体的下部侧壁上设有内外贯穿的吸污口。
优选的，所述抓斗设有驱动其沿所述罩体的轴向移动的移动驱动装置。
进一步的，所述移动驱动装置为液压缸。
所述罩体可以呈圆柱形的筒状，也可以呈棱柱形的筒状，优选呈圆柱形的筒状，所述抓斗与所述罩体同轴连接。
优选的，所述抓斗的上部呈筒状，下部呈倒锥状，构成所述抓斗的筒状部的瓣壳部分（指所述瓣壳的上部）上的通孔为圆孔、矩形孔或多边形孔，构成所述抓斗的倒锥状部的瓣壳部分（指所述瓣壳的下部）上的通孔为长条形孔。
优选的，所述罩体的底端呈自上向下、由外向内倾斜的倒锥面。
优选的，所述抓斗的瓣壳为全闭合式瓣壳。
优选的，所述抓斗为液压抓斗。
优选的，所述吸污口设有格栅板或筛网。
所述吸污口可以设有伸入所述罩体内的排污管，当所述吸污口设有所述排污管时，所述格栅板或所述筛网设于所述排污管的进口端。
优选的，所述转动驱动马达设有防水罩。
优选的，所述罩体上设有内外贯穿的过水孔。
可以依据现有技术为所述抓斗的抓取、旋转及沿所述罩体的轴向移动操作设置远程遥控装置，方便工作人员远程对所述抓斗进行控制操作。
水下环保清障系统，包括清淤平台，所述清淤平台上设有机械臂和抽泥装置，所述机械臂的末端连接有水下环保清障装置，所述水下环保清障装置采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障装置，所述抽泥装置通过抽吸管连接所述吸污口。
优选的，所述抽泥装置为污泥泵。
所述抽泥装置也可以设置在所述罩体上（罩体内壁或罩体外壁上），当所述抽泥装置设置在所述罩体的外壁上时，所述抽泥装置设有连接所述罩体上的吸污口的抽吸管，或者设有从所述罩体上的吸污口伸入所述罩体内的抽吸管，当所述抽泥装置设置在所述罩体的内壁上时，所述抽泥装置设有伸入所述罩体内的下部的抽吸管，所述罩体上不设置所述吸污口。采用上述方式设置所述抽泥装置时，所述抽泥装置设有将抽吸的淤泥输送至所述清淤平台上（清淤平台上的淤泥存储区域）的输泥管。
水下环保清障方法，采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障装置，将所述水下环保清障装置置于水下，使所述罩体的底端贴合或插入水底的淤泥，隔绝所述罩体内外的水体，采用所述抓斗抓取水底的垃圾和淤泥，以所述转动驱动马达驱动所述抓斗旋转，利用所述抓斗旋转的离心力将所述抓斗内抓取的淤泥通过所述瓣壳上的通孔甩出至所述抓斗与所述罩体之间的空间内，并通过所述抓斗的旋转搅动所述罩体内的水体流动，利用所述罩体内流动的水体搅动水底的淤泥，从所述罩体上的吸污口将所述罩体内的淤泥抽出至水体外，将携带垃圾的所述水下环保清障装置从水下取出；或者，采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障系统，通过所述机械臂将所述水下环保清障装置伸入水下，使所述罩体的底端贴合或插入水底的淤泥，隔绝所述罩体内外的水体，采用所述抓斗抓取水底的垃圾和淤泥，以所述转动驱动马达驱动所述抓斗旋转，利用所述抓斗旋转的离心力将所述抓斗内抓取的淤泥通过所述瓣壳上的通孔甩出至所述抓斗与所述罩体之间的空间内，并通过所述抓斗的旋转搅动所述罩体内的水体流动，利用所述罩体内流动的水体搅动水底的淤泥，通过所述抽泥装置从所述罩体上的吸污口将所述罩体内的淤泥抽出，通过所述机械臂将携带垃圾的所述水下环保清障装置从水下取出。
本发明的有益效果是：由于设置了所述罩体，可以在水下垃圾和淤泥清理时将所述罩体的底端贴合或插入水底的淤泥，隔绝所述罩体内外的水体，在所述抓斗抓取水底的垃圾和淤泥及进行垃圾和淤泥分离时，有效避免对所述罩体外的水体和淤泥造成扰动而导致水体的二次污染；由于所述抓斗与所述罩体转动连接并在所述抓斗的瓣壳上设置通孔，当所述抓斗抓取水下垃圾和淤泥后，可以通过所述转动驱动马达驱动所述抓斗旋转，利用所述抓斗旋转的离心力将所述抓斗内抓取的淤泥通过所述瓣壳上的通孔甩出至所述抓斗与所述罩体之间的空间内，实现所述抓斗抓取的垃圾和淤泥在水下分离（垃圾位于所述抓斗内，从所述抓斗内甩出的淤泥位于所述罩体与所述抓斗之间）；所述抓斗的旋转还可搅动所述罩体内的水体流动，利用所述罩体内流动的水体搅动所述罩体内水底的淤泥使其上浮，从所述瓣壳的通孔甩出的淤泥还会增加流动的水体的搅动力，有助于对所述罩体内水底的淤泥的搅动；由于所述罩体上设置了吸污口，可以通过抽吸装置的抽吸作用，在所述罩体内形成负压，从所述吸污口将所述罩体内的淤泥（所述抓斗内甩出的淤泥和从所述罩体内的水底搅动上浮的淤泥）抽出，清理装置出水时，所述抓斗将抓取的垃圾带出水体，所述抓斗内的水从所述瓣壳上的通孔流出，从而实现对水下垃圾和淤泥的分别清理。
附图说明
图1是本发明的水下环保清障装置的一种实施方式的剖视结构示意图；
图2是图1中的瓣壳的一种实施方式的主视图；
图3是本发明的水下环保清障系统的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施方式中的所有方向性指示（例如上、下、顶、底、内、外等）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系等，不构成对实际使用方向的限定，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
参见图1和图2，本发明公开了水下环保清障装置，主要用于水下垃圾和淤泥的清理，包括竖向的筒状罩体1，所述罩体的顶端封闭、底端敞口，用于在清理水下垃圾和淤泥时隔绝清理区域（指所述罩体内的区域）与其周围区域的水体。所述罩体内的顶壁上设有抓斗2，用于抓取水下垃圾和淤泥，所述抓斗与所述罩体的内壁之间留有间距，为所述抓斗在所述罩体内的开合抓取动作留出足够的操作空间，所述抓斗与所述罩体转动连接（例如通过轴承连接），使所述抓斗可在所述罩体内旋转，所述抓斗设有转动驱动马达（图中未示出），为所述抓斗的转动提供动力，所述转动驱动马达可以采用直驱的方式或通过齿轮传动机构等适宜的传动机构驱动所述抓斗旋转，所述抓斗也可采用气缸或液压缸驱动其旋转。所述抓斗为多瓣式抓斗，各瓣壳（或称斗瓣或颚板）3上均密布有内外贯穿的通孔4，用于在所述抓斗旋转时将其内部抓取的淤泥从所述抓斗内甩出至所述罩体与所述抓斗之间的空间内，实现垃圾与淤泥的分离，所述通孔的孔径大小允许淤泥通过所述通孔，而不允许垃圾通过所述通孔，所述通孔的孔径通常不大于5cm。所述罩体的下部侧壁上设有内外贯穿的吸污口5，用于连接抽泥装置对所述罩体内的淤泥进行抽吸。
所述罩体上优选设有内外贯穿的过水孔，所述过水孔通常设在所述罩体的侧壁和/或顶壁上，用于在清理水下垃圾和淤泥时所述罩体内外的水体流通和平衡压力，保证当所述抓斗旋转时能够将其内部抓取的淤泥顺利地从所述抓斗内甩出，避免由于所述罩体与所述抓斗之间的水体无法流通或压力过大而导致淤泥无法从所述抓斗内甩出或影响甩出效果（垃圾与淤泥的分离效果），所述过水孔的设置还有助于在所述水下环保清障装置伸入水下的过程中减小涌水，避免底泥扰动。所述过水孔的数量可以是一个，也可以是多个，所述过水孔的孔径通常不大于2cm。
所述抓斗优选设有驱动其在所述罩体内沿所述罩体的轴向移动的移动驱动装置6，以便所述抓斗沿所述罩体的轴向向下移动抓取水底的垃圾和淤泥，并在抓取垃圾和淤泥后向上移动复位（回到初始位置）。所述移动驱动装置优选采用液压缸，输出力大且稳定。
所述罩体可以呈圆柱形的筒状，也可以呈棱柱形的筒状，优选呈圆柱形的筒状，所述抓斗与所述罩体同轴连接。所述抓斗在所述罩体内的具体连接方式可以为：所述罩体内的顶壁上同轴连接有液压缸，所述液压缸的活塞杆竖直向下，所述活塞杆的端部通过轴承或者通过轴承和适配的连接轴同轴连接所述抓斗。
所述抓斗的形状优选为上部呈筒状、下部呈倒锥状，各所述瓣壳闭合后，所述抓斗的内部形成被抓取物（垃圾和淤泥）的容置空间。构成所述抓斗的筒状部的瓣壳部分（指所述瓣壳的上部）上的通孔优选为圆孔、矩形孔或多边形孔41，构成所述抓斗的倒锥状部的瓣壳部分（指所述瓣壳的下部）上的通孔为长条形孔42，所述长条形孔的长度方向可以沿任意方向延伸，优选沿所述瓣壳的下部的倾斜方向延伸，其宽度通常不大于5cm，如此设置，当所述抓斗携带垃圾出水时，可以对垃圾起到更好的沥水作用，垃圾在重力作用下集中在所述抓斗内的下部，所述抓斗内的水可以快速地通过所述长条形孔流出。
所述罩体的底端优选呈自上向下、由外向内倾斜的倒锥面，便于插入水底的淤泥中，隔绝所述罩体内外区域的水体。所述罩体的底端可以设置应力感应器（例如应力传感器），用于防止所述水下环保清障装置与硬质底面或障碍物磕碰，以及防止所述水下环保清障装置插入水下淤泥（底泥）过深而影响清障效果。
所述抓斗的瓣壳优选为全闭合式瓣壳，各所述瓣壳闭合后，相邻的所述瓣壳之间可以密封接触，也可以留有间隙。所述抓斗优选为液压抓斗，能够自动开合执行抓取动作，并具有足够的抓取力。
所述吸污口优选设有格栅板或筛网，当通过抽泥装置抽吸所述罩体与所述抓斗之间的淤泥时，可以有效拦截所述罩体与所述抓斗之间的垃圾，避免垃圾进入抽吸管造成堵塞或设备故障。所述吸污口可以设有伸入所述罩体内的排污管，当所述吸污口设有所述排污管时，所述格栅板或所述筛网设于所述排污管的进口端。
所述转动驱动马达优选设有防水罩，便于水下工作。
可以依据现有技术为所述抓斗的抓取、旋转及沿所述罩体的轴向移动操作设置远程遥控装置，方便工作人员远程对所述抓斗进行控制操作。
参见图3，本发明还公开了水下环保清障系统，包括清淤平台7，所述清淤平台上设有机械臂8和抽泥装置9，所述机械臂的末端连接有水下环保清障装置，所述水下环保清障装置采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障装置，所述抽泥装置通过抽吸管连接所述吸污口。
所述清淤平台上设有垃圾和淤泥的存储区域（或称容置区域），例如垃圾箱和淤泥池，所述清淤平台可以采用清淤船，所述机械臂和所述抽泥装置依据现有技术设置在船体上。所述抽泥装置可以采用污泥泵。依据所述水下环保清障装置的工作需要，所述机械臂可以采用具有3个移动自由度和2个转斗自由度的机械臂，例如五轴机械臂，并可以包含伸缩臂，以通过相应的液压系统实现伸缩，扩大船体在一个固定位置上的水下垃圾和淤泥的清理作业范围。
所述抽泥装置也可以设置在所述罩体上（罩体内壁或罩体外壁上），当所述抽泥装置设置在所述罩体的外壁上时，所述抽泥装置设有连接所述罩体上的吸污口的抽吸管，或者设有从所述罩体上的吸污口伸入所述罩体内的抽吸管，当所述抽泥装置设置在所述罩体的内壁上时，所述抽泥装置设有伸入所述罩体内的下部的抽吸管，此时所述罩体上不设置所述吸污口。采用上述方式设置所述抽泥装置时，所述抽泥装置设有将抽吸的淤泥输送至所述清淤平台上（清淤平台上的淤泥存储区域）的输泥管。
本发明还公开了水下环保清障方法，采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障装置，或者采用采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障系统。
当采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障装置清理水下垃圾和淤泥时，将所述水下环保清障装置置于水下，使所述罩体的底端贴合或插入水底的淤泥，隔绝所述罩体内外的水体，采用所述抓斗抓取水底的垃圾和淤泥，以所述转动驱动马达驱动所述抓斗旋转，利用所述抓斗旋转的离心力将所述抓斗内抓取的淤泥通过所述瓣壳上的通孔甩出至所述抓斗与所述罩体之间的空间内，实现所述抓斗抓取的垃圾和淤泥在水下分离（垃圾位于所述抓斗内，从所述抓斗内甩出的淤泥位于所述罩体与所述抓斗之间）。所述抓斗在旋转的过程中搅动所述罩体内的水体流动，利用所述罩体内流动的水体搅动水底的淤泥使其上浮，从所述瓣壳的通孔甩出的淤泥还会增加流动的水体的搅动力，有助于对所述罩体内水底的淤泥的搅动。从所述罩体上的吸污口将所述罩体内的淤泥抽出至水体外，将携带垃圾的所述水下环保清障装置从水下取出，所述抓斗内的水从所述瓣壳上的通孔流出，从而实现对水下垃圾和淤泥的分别清理。
当采用本发明公开的任一种所述的水下环保清障系统清理水下垃圾和淤泥时，通过所述机械臂将所述水下环保清障装置伸入水下，使所述罩体的底端贴合或插入水底的淤泥，隔绝所述罩体内外的水体，采用所述抓斗抓取水底的垃圾和淤泥，以所述转动驱动马达驱动所述抓斗旋转，利用所述抓斗旋转的离心力将所述抓斗内抓取的淤泥通过所述瓣壳上的通孔甩出至所述抓斗与所述罩体之间的空间内，实现所述抓斗抓取的垃圾和淤泥在水下分离（垃圾位于所述抓斗内，从所述抓斗内甩出的淤泥位于所述罩体与所述抓斗之间）。所述抓斗在旋转的过程中搅动所述罩体内的水体流动，利用所述罩体内流动的水体搅动水底的淤泥上浮，从所述瓣壳的通孔甩出的淤泥还会增加流动的水体的搅动力，有助于对所述罩体内水底的淤泥的搅动。通过所述抽泥装置从所述罩体上的吸污口将所述罩体内的淤泥抽出，通过所述机械臂将携带垃圾的所述水下环保清障装置从水下取出，所述抓斗内的水从所述瓣壳上的通孔流出，从而实现对水下垃圾和淤泥的分别清理。
本发明既适用于水底淤泥粘稠区域的垃圾和淤泥清理，又适用于水底淤泥较稀区域的垃圾和淤泥清理。当水底淤泥较粘稠时，在所述抓斗的旋转过程中，其抓取的淤泥会与水进行混合，对粘稠淤泥进行稀释，稀释的淤泥从所述瓣壳上的通孔甩出至所述罩体与所述抓斗之间的空间内，同时，由于所述抓斗旋转搅动的水体也会在搅动所述罩体内的水底淤泥时对上浮的淤泥进行稀释，所述罩体与所述抓斗之间的空间内的经稀释后的淤泥可以顺利地从所述罩体上的吸污口抽出；当水底淤泥较稀时，在所述抓斗抓取水下垃圾和淤泥时，大部分淤泥会在瓣壳闭合时从瓣壳间流出至所述罩体与所述抓斗之间的空间内，所述抓斗内剩余的淤泥会在所述抓斗的旋转过程中从所述抓斗内甩出至所述罩体与所述抓斗之间的空间内，同时，由于所述抓斗旋转搅动的水体也会搅动所述罩体内的水底淤泥（较稀的淤泥）上浮，然后通过所述罩体上的吸污口将所述罩体内的淤泥抽出。
本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。
Claims (10)
1.水下环保清障装置，其特征在于包括竖向的筒状罩体，所述罩体的顶端封闭、底端敞口，所述罩体内的顶壁上设有抓斗，所述抓斗与所述罩体的内壁之间留有间距，所述抓斗与所述罩体转动连接，设有转动驱动马达，所述抓斗为多瓣式抓斗，各瓣壳上均密布有内外贯穿的通孔，所述罩体的下部侧壁上设有内外贯穿的吸污口。
2.如权利要求1所述的水下环保清障装置，其特征在于所述抓斗设有驱动其沿所述罩体的轴向移动的移动驱动装置。
3.如权利要求2所述的水下环保清障装置，其特征在于所述移动驱动装置为液压缸。
4.如权利要求1所述的水下环保清障装置，其特征在于所述抓斗的上部呈筒状，下部呈倒锥状，构成所述抓斗的筒状部的瓣壳部分上的通孔为圆孔、矩形孔或多边形孔，构成所述抓斗的倒锥状部的瓣壳部分上的通孔为长条形孔。
5.如权利要求1所述的水下环保清障装置，其特征在于所述罩体的底端呈自上向下、由外向内倾斜的倒锥面。
6.如权利要求1所述的水下环保清障装置，其特征在于所述抓斗的瓣壳为全闭合式瓣壳。
7.如权利要求1所述的水下环保清障装置，其特征在于所述抓斗为液压抓斗。
8.如权利要求1所述的水下环保清障装置，其特征在于所述吸污口设有格栅板或筛网。
9.水下环保清障系统，其特征在于包括清淤平台，所述清淤平台上设有机械臂和抽泥装置，所述机械臂的末端连接有水下环保清障装置，所述水下环保清障装置采用权利要求1-8中任一项所述的水下环保清障装置，所述抽泥装置通过抽吸管连接所述吸污口。
10.水下环保清障方法，其特征在于采用权利要求1-8中任一项所述的水下环保清障装置，将所述水下环保清障装置置于水下，使所述罩体的底端贴合或插入水底的淤泥，隔绝所述罩体内外的水体，采用所述抓斗抓取水底的垃圾和淤泥，以所述转动驱动马达驱动所述抓斗旋转，利用所述抓斗旋转的离心力将所述抓斗内抓取的淤泥通过所述瓣壳上的通孔甩出至所述抓斗与所述罩体之间的空间内，并通过所述抓斗的旋转搅动所述罩体内的水体流动，利用所述罩体内流动的水体搅动水底的淤泥，从所述罩体上的吸污口将所述罩体内的淤泥抽出至水体外，将携带垃圾的所述水下环保清障装置从水下取出；或者，采用权利要求9所述的水下环保清障系统，通过所述机械臂将所述水下环保清障装置伸入水下，使所述罩体的底端贴合或插入水底的淤泥，隔绝所述罩体内外的水体，采用所述抓斗抓取水底的垃圾和淤泥，以所述转动驱动马达驱动所述抓斗旋转，利用所述抓斗旋转的离心力将所述抓斗内抓取的淤泥通过所述瓣壳上的通孔甩出至所述抓斗与所述罩体之间的空间内，并通过所述抓斗的旋转搅动所述罩体内的水体流动，利用所述罩体内流动的水体搅动水底的淤泥，通过所述抽泥装置从所述罩体上的吸污口将所述罩体内的淤泥抽出，通过所述机械臂将携带垃圾的所述水下环保清障装置从水下取出。
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