CN209686492U - 一种深水可视配套清淤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种深水可视配套清淤装置，它包括用于潜入到水库库底的浮潜式装置，所述浮潜式装置包括浮潜外壳体，所述浮潜外壳体的内部安装有对称布置的浮潜式动力装置，所述浮潜外壳体的尾部安装有用于推动其在水底移动的浮潜式动力输出装置；所述浮潜式装置通过拖缆装置连接有水下清淤机器人，所述水下清淤机器人与用于控制其工作的机器人控制器相连。主要是结合大型水电工程库区、坝后水垫塘、泄洪洞水垫塘、深水闸门门后有清淤需要而实用新型，设备的投入使用，可不定期进行清淤，如在水垫塘清淤过程中，可通过影像采集系统进行水垫塘的检查，进而判断是否需要进行抽水检修。

Description

一种深水可视配套清淤装置

技术领域

本实用新型涉及深水清淤领域，可应用于大型水库库底清淤、大型水电站坝后水垫塘清淤、泄洪洞水垫塘清淤、深水闸门门前清淤等作业环境。

背景技术

在水电站水工闸门的启闭运行过程中，由于疏于管理和技术缺乏，闸门门前淤堵没有及时消除，曾引发多起运行事故，有的致使闸门和大坝遭受严重损坏，有的甚至导致大坝溃决。20世纪60～90年代，我国有9座水电站水工闸门运行事故，21世纪第1个10年发生在一座水电站水工闸门运行事故，造成巨大损失。

现有阶段主要的清淤手段可总结为三类：

（1）采用机械设备或人工潜入水下进行清理；

（2）泄洪或泄水冲刷底孔闸门前堆积物；

（3）上述2种方式相结合使用。

如三门峡水利枢纽，在1999年工程改建打开11#、12#底孔时，曾采取吸泥机、高压气水枪、潜水员手工清理和泄流拉沙相结合的办法进行过清淤，一般仅在特殊时期进行专项门前清淤，正常情况下不定期开展门前清淤工作；四川武都水库运行期间，由于泄洪、排沙的影响，泄洪底孔事故检修门门槽底部容易产生少量的泥沙和石块等堆积，造成泄洪底孔事故检修门关闭后止水超标。每年汛前采取水下摄像探摸查清闸前堆积情况，利用水库低水位时段采取泄洪底孔事故检修门和底孔弧形工作门配合，局部小开度泄水冲洗清理泄洪底孔事故检修门门槽底部的堆积，确保止水良好。

当前尚有较多水库未定期开展深孔闸门前堆积物清理工作，不利于工程长效稳定运行与安全运行。

本实用新型是针对现有技术中存在的问题，提出一些解决办法，如以下主要问题：

一、水下机器人在深水环境行走问题，一方面需克服水压作用，保证结构自身稳定与行走轨迹稳定；另一方面深水下淤积物成分与堆积形态对机器人水下自推进行走带来较高技术要求；

二、机器人下水前，需要提前描绘出水下地形与确定清淤面，然后通过各种设备进行机器人定位作业，成本高，运行周期长；

三、在清淤过程中，水下摄影技术难以发挥作用。淤泥受机器人行走扰动与作业扰动后，水质受污染面大，能见度基本为零。

四、常规的水下自推进式机器人，较多采用履带式行走方式，以适应复杂的地形条件。对于有底板防护结构的水垫塘等，履带直接与混凝土面板接触，将造成一定的损伤。在泄水冲刷作用下，具有结构破坏的潜在威胁。

基于上述技术难点和困难，本实用新型提出一种深水可视配套装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种深水可视配套清淤装置，主要是结合大型水电工程库区、坝后水垫塘、泄洪洞水垫塘、深水闸门门后有清淤需要而实用新型，设备的投入使用，可不定期进行清淤，如在水垫塘清淤过程中，可通过影像采集系统进行水垫塘的检查，进而判断是否需要进行抽水检修，可一定程度减小抽水频次等。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种深水可视配套清淤装置，它包括用于潜入到水库库底的浮潜式装置，所述浮潜式装置包括浮潜外壳体，所述浮潜外壳体的内部安装有对称布置的浮潜式动力装置，所述浮潜外壳体的尾部安装有用于推动其在水底移动的浮潜式动力输出装置；所述浮潜式装置通过拖缆装置连接有水下清淤机器人，所述水下清淤机器人与用于控制其工作的机器人控制器相连。

所述浮潜外壳体采用密闭结构，在其内部预留有多个空腔和空间，所述浮潜外壳体的壁厚至少能够承受100m水头的水压作用。

所述浮潜式动力装置内部为空腔结构，并采用镜像对称布置，所述空腔结构与充水、排水装置相连，并控制整个浮潜式装置在水中的上升或下潜。

所述空腔结构的容积所提供的浮力要大于整个浮潜式装置、拖拽缆线装置、水下清淤机器人以及淤积物输出装置在水下的重量总和。

所述充水、排水装置包括与空腔结构相连通的空腔连接管，所述空腔连接管的另一端与充排水泵相连，所述充排水泵与设置在浮潜外壳体尾部底端的充排水口相连；所述充排水泵通过有线或无线方式与用于控制其工作的充排水控制装置相连；所述充排水泵与水泵电源模块相连。

所述浮潜式动力输出装置包括安装在浮潜外壳体尾部的螺旋桨，所述螺旋桨的主轴通过联轴器与螺旋桨转动装置相连，并提供其转动动力；所述螺旋桨的外部设置有螺旋桨保护装置。

所述浮潜式动力输出装置还包括安装在浮潜外壳体的尾部顶端的尾翼，所述尾翼与用于驱动其摆动的尾翼摆动机构相连，并驱动其摆动；所述尾翼摆动机构采用齿轮传动机构。

所述浮潜外壳体的头部以及底部搭载有用于采集水下环境的视频采集设备。

所述拖缆装置包括卷绕机构，所述卷绕机构的卷盘上卷绕有拖缆，所述拖缆的另一端与水下清淤机器人相连，所述卷绕机构与用于驱动其转动的电机相连。

本实用新型有如下有益效果：

1、通过浮潜式动力装置在水下通过充水、排水，通过重量的改变实现水下垂直移动，通过述浮潜式动力输出装置的螺旋桨的运行实现水平向的前进，进而实现浮潜式动力输出装置在水下的空间移动；通过安装在浮潜外壳体的尾部顶端的尾翼能够控制整个浮潜式装置的转向。

2、通过拖缆装置与水下清淤机器人的连接，实现对水下机器人的拖拽式搭载，实现水下机器人的水下行走，其效果较履带式，皮带式机器人直接行走来说，存在以下方面的优势：

第一，行走过程中，避免设备与淤泥的直接接触，影响行走视线；通过浮潜式装置与水下清淤机器人不同方位搭载视频系统，存在多角度、多层次的地理位置采集与识别，更有利于水下定位；在清淤过程中，通过拖缆装置的伸缩可调水下清淤机器人的作业区域，通过浮潜式装置的上升或水平移动，可多角度观测清淤完成情况，较传统的机器人清淤技术而言，一定范围内受淤泥污染视野能见度基本为零而言具有一定的实际功效；

第二，由于水下淤积物，存在物源多样，板结程度不一，淤积形态不一，一般水下清淤机器人要求适应于复杂环境的行走条件，一般采用履带行走方式；另外，考虑机器人水下作业自身稳定，其自重要求具有一定抗倾覆能力，故其自重要求较大，在水下行走较为笨重、缓慢。在行走视线方面，由于淤积物易形成作业区域的污染，影响行走视线，本实用新型所述装置，较大程度避免了机器人水下的自推进，而且通过浮潜式动力输出装置进行定点投放；在抗倾覆方面，可采用以下两种手段实现，而不需一味从重量上着手：一是在机器人四角设置可伸缩脚架，脚架与作业面可尽可能增加接触面；二是采用轮胎行走方式，且机器人底部采用平面钢板，平面钢板通过弹簧进行连接，以适应多角度地形面的稳定放置与作业；

第三，另外，在具有混凝土底板上进行清淤时，要考虑机器人行走对底板的影响，为尽量减小其影响，本装置可通过两种方式实现：一是机器人不布置行走系统，局部行走直接通过浮潜式动力输出装置实现；二是在清淤过程中采用人工干预，清一块，铺设一块平面钢板，让机器人在钢板上行走。

3、本装置在作业前，无需投入过多的水下地形测量与清淤面的识别，而是自身具备观测功能，通过水下视频数据的采集，进行机器人投放与作业即可。

4、本装置均为地面操控，大多工况无需人员入水，确保人的安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型深水可视清淤配套装置的整体结构主视图。

图2是本实用新型深水可视清淤配套装置的整体结构俯视图。

图3是本实用新型图2中A-A截面图。

图中：浮潜外壳体1、浮潜式动力装置2、水泵电源模块3、充排水泵4、空腔连接管5、充排水口6、螺旋桨7、螺旋桨保护装置8、螺旋桨转动装置9、尾翼10、尾翼摆动机构11、充排水控制装置12、拖缆装置13、卷绕机构14、水下清淤机器人15、机器人控制器16、视频采集设备17。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

请参阅图1-3，一种深水可视配套清淤装置，它包括用于潜入到水库库底的浮潜式装置，所述浮潜式装置包括浮潜外壳体1，所述浮潜外壳体1的内部安装有对称布置的浮潜式动力装置2，所述浮潜外壳体1的尾部安装有用于推动其在水底移动的浮潜式动力输出装置；所述浮潜式装置通过拖缆装置13连接有水下清淤机器人15，所述水下清淤机器人15与用于控制其工作的机器人控制器16相连。通过采用上述的清淤装置，结合大型水电工程库区、坝后水垫塘、泄洪洞水垫塘、深水闸门门后有清淤需要而实用新型，设备的投入使用，可不定期进行清淤，如在水垫塘清淤过程中，可通过影像采集系统进行水垫塘的检查，进而判断是否需要进行抽水检修，可一定程度减小抽水频次等，本设备还可应用于其它领域，如水下采矿机器人的拖拽救援、海洋岩石力学研究中岩样采集等等。

进一步的，所述浮潜外壳体1采用密闭结构，在其内部预留有多个空腔和空间，所述浮潜外壳体1的壁厚至少能够承受100m水头的水压作用。上述结构的浮潜外壳体1其结构形状类似潜水艇形状，其体积大小由其产生的浮力需求决定。

进一步的，所述浮潜式动力装置2内部为空腔结构，并采用镜像对称布置，所述空腔结构与充水、排水装置相连，并控制整个浮潜式装置在水中的上升或下潜。所述空腔结构的容积所提供的浮力要大于整个浮潜式装置、拖拽缆线装置、水下清淤机器人以及淤积物输出装置在水下的重量总和。且能保持整个装置设备水平向的平衡作业。

进一步的，所述充水、排水装置包括与空腔结构相连通的空腔连接管5，所述空腔连接管5的另一端与充排水泵4相连，所述充排水泵4与设置在浮潜外壳体1尾部底端的充排水口6相连；所述充排水泵4通过有线或无线方式与用于控制其工作的充排水控制装置12相连；所述充排水泵4与水泵电源模块3相连。通过采用上述结构的充水、排水装置能够控制向浮潜式动力装置2内部充排水，进而控制其在水库内部进行升降。

进一步的，所述浮潜式动力输出装置包括安装在浮潜外壳体1尾部的螺旋桨7，所述螺旋桨7的主轴通过联轴器与螺旋桨转动装置9相连，并提供其转动动力；所述螺旋桨7的外部设置有螺旋桨保护装置8。通过上述结构的浮潜式动力输出装置，工作过程中，通过螺旋桨转动装置9能够带动螺旋桨7，进而通过螺旋桨7驱动浮潜外壳体1在水中移动。

进一步的，所述浮潜式动力输出装置还包括安装在浮潜外壳体1的尾部顶端的尾翼10，所述尾翼10与用于驱动其摆动的尾翼摆动机构11相连，并驱动其摆动；所述尾翼摆动机构11采用齿轮传动机构。通过上述的尾翼摆动机构11能够带动尾翼10摆动，进而控制浮潜外壳体1在水中的转向。

进一步的，所述浮潜外壳体1的头部以及底部搭载有用于采集水下环境的视频采集设备17。通过上述结构的视频采集设备17根据需要可在不同位置进行搭载。

进一步的，所述拖缆装置13包括卷绕机构14，所述卷绕机构14的卷盘上卷绕有拖缆，所述拖缆的另一端与水下清淤机器人15相连，所述卷绕机构14与用于驱动其转动的电机相连。通过上述的拖缆装置13能够带动水下清淤机器人15移动，在清淤过程中，通过拖缆装置13的伸缩可调水下清淤机器人15的作业区域，通过浮潜式装置的上升或水平移动，可多角度观测清淤完成情况，较传统的机器人清淤技术而言，一定范围内受淤泥污染视野能见度基本为零而言具有一定的实际功效。

实施例2：

任意一项所述深水可视配套清淤装置的使用方法，它包括以下步骤：

Step1：将水下清淤机器人15通过拖缆装置13连接在浮潜式装置上；

Step2：将整个浮潜式装置和水下清淤机器人15下放到需要进行清淤的水库闸门附近；

Step3：通过充排水控制装置12控制充排水泵4，进而向浮潜式动力装置2内部充排水，实现整个浮潜式装置在水下的浮潜升降，使其达到设定的水位高度，保证水下清淤机器人15与闸门前的淤泥接触；

Step4：通过启动浮潜式动力输出装置，通过浮潜式动力输出装置带动整个浮潜式装置在水下移动，在移动的同时拖拽水清清淤机器人15，并有清淤机器人15实现闸门位置淤泥的清理；

Step5：通过控制尾翼10的摆动来控制整个浮潜式装置的移动方向，进而保证其能够在水下往复的实现清淤动作；

Step6：通过设置在浮潜外壳体1上多个视频采集设备17能够对水下的清淤过程进行实施监测，并识别水下环境，保证最佳的清淤效果；

Step7：待清淤结束之后，通过控制浮潜式动力装置2，再次控制整个浮潜式装置浮出水面，进而带起水下清淤机器人15。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：它包括用于潜入到水库库底的浮潜式装置，所述浮潜式装置包括浮潜外壳体（1），所述浮潜外壳体（1）的内部安装有对称布置的浮潜式动力装置（2），所述浮潜外壳体（1）的尾部安装有用于推动其在水底移动的浮潜式动力输出装置；所述浮潜式装置通过拖缆装置（13）连接有水下清淤机器人（15），所述水下清淤机器人（15）与用于控制其工作的机器人控制器（16）相连。

2.根据权利要求1所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述浮潜外壳体（1）采用密闭结构，在其内部预留有多个空腔和空间，所述浮潜外壳体（1）的壁厚至少能够承受100m水头的水压作用。

3.根据权利要求1所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述浮潜式动力装置（2）内部为空腔结构，并采用镜像对称布置，所述空腔结构与充水、排水装置相连，并控制整个浮潜式装置在水中的上升或下潜。

4.根据权利要求3所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述空腔结构的容积所提供的浮力要大于整个浮潜式装置、拖拽缆线装置、水下清淤机器人以及淤积物输出装置在水下的重量总和。

5.根据权利要求3所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述充水、排水装置包括与空腔结构相连通的空腔连接管（5），所述空腔连接管（5）的另一端与充排水泵（4）相连，所述充排水泵（4）与设置在浮潜外壳体（1）尾部底端的充排水口（6）相连；所述充排水泵（4）通过有线或无线方式与用于控制其工作的充排水控制装置（12）相连；所述充排水泵（4）与水泵电源模块（3）相连。

6.根据权利要求3所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述浮潜式动力输出装置包括安装在浮潜外壳体（1）尾部的螺旋桨（7），所述螺旋桨（7）的主轴通过联轴器与螺旋桨转动装置（9）相连，并提供其转动动力；所述螺旋桨（7）的外部设置有螺旋桨保护装置（8）。

7.根据权利要求3所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述浮潜式动力输出装置还包括安装在浮潜外壳体（1）的尾部顶端的尾翼（10），所述尾翼（10）与用于驱动其摆动的尾翼摆动机构（11）相连，并驱动其摆动；所述尾翼摆动机构（11）采用齿轮传动机构。

8.根据权利要求1所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述浮潜外壳体（1）的头部以及底部搭载有用于采集水下环境的视频采集设备（17）。

9.根据权利要求3所述的一种深水可视配套清淤装置，其特征在于：所述拖缆装置（13）包括卷绕机构（14），所述卷绕机构（14）的卷盘上卷绕有拖缆，所述拖缆的另一端与水下清淤机器人（15）相连，所述卷绕机构（14）与用于驱动其转动的电机相连。