一种鼹鼠掀沙型自动排沙及淤沙有效利用装置的制作方法

本发明属于水利工程的运行管理技术领域，特别涉及一种鼹鼠掀沙型自动排沙及淤沙有效利用装置。

背景技术：

至上世纪末，我国已建成各种水库8万多座、塘坝620万座，总库容达4500亿m³。我国河流多沙，水库、塘坝因泥沙淤积而严重影响了其设计功能的发挥和运行安全。据水利部直接管理的二十座水库20世纪80年代观测资料表明，多数水库运行不足20年，总淤积泥沙量已达77.85亿m³以上，占原设计库容的18.6％，如小浪底水库1997～2005年淤积已占总库容的14.2％。

在大量的工农业引水工程中，为了减少进入引水渠道的泥沙含量，通常会在引水口区域(如小型水电站、灌溉渠道、饮用水等明流引水设施的进口)建设沉沙池，使其过水面积大于正常渠道，沉沙池中的水流流速减少一个数量级，泥沙将在缓慢的水流中沉淀到沉沙池底部，在沉沙池下游端靠近水面建溢流堰引出表层清水。沉沙池中的泥沙则需要及时清除。

长期以来，各高等院校和科研设计单位都致力于水库、塘坝、渠道和沉沙池清淤措施的研究，与本发明装置相关的清淤方案主要有：

挖泥清淤：对于小型水库、塘坝和沉沙池，多采用泄空后人工清淤或机械挖泥清淤，此方法费时费力，效率不高，所以一些此类工程已淤废失效。

水力清淤：当中小水库、塘坝和沉沙池淤积严重时，临时降低出口水位，加大堤坝前水面比降进行水力冲刷清淤，该方法主要凭借水流动力产生溯源冲刷，将淤积泥沙排出库外。随着溯源冲刷向上延伸，床面比降减缓，水流冲刷能力降低，即只能清除库内淤积的部分泥沙。

淤沙资源化利用：在传统的清淤方案中，多是将清除的泥沙堆积在渠道两侧或寻找荒芜洼地堆放，很少有有计划地综合利用淤沙的成功范例。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供了一种鼹鼠掀沙型自动排沙及淤沙有效利用装置，本发明装置的排沙过程类似于鼹鼠掀沙，利用渠道落差实现自动排沙，节省能源，建设和运行成本低，对淤沙实现有效利用。

一种鼹鼠掀沙型自动排沙及淤沙有效利用装置，其特征在于，该装置用于清除水库或渠道底部的淤积泥沙，包括顶部敞口的冲沙渠，滑轨梁架，橡胶带，掀沙驱动车，牵引构件，出口控制阀；其中，所述冲沙渠沿水库或渠道内水流方向埋设在水库或渠道底部，冲沙渠上游端封闭、下游端与出口控制阀相连，冲沙渠横截面为由两侧垂直侧壁及底部半圆形或梯形组成的复合结构，冲沙渠顶部经橡胶带覆盖后形成闭合流道；所述滑轨梁架由滑轨、横梁和中隔梁构成，滑轨梁架固定于冲沙渠侧壁的顶部；橡胶带铺设在滑轨梁架上，覆盖冲沙渠及掀沙驱动车；所述掀沙驱动车中部高、前后低，位于滑轨梁架的滑轨上，其所到之处掀起橡胶带排沙；牵引机构与掀沙驱动车相连后牵引掀沙驱动车在滑轨梁架的滑轨上往复运动；出口控制阀位于水库或渠道下游的堤坝底部并穿过堤坝，用于控制排沙时机和流量大小。

一种鼹鼠型自动排沙及淤沙有效利用装置，其特征在于，该装置用于清除沉沙池底部的淤积泥沙，并对排出的淤积泥沙进行粒径分类，该装置包括多个平行间隔设置在沉沙池上、中、下游区域且顶部敞口的冲沙渠，与每一个冲沙渠配套设置的滑轨梁架、橡胶带、掀沙驱动车及牵引构件，出口控制阀；其中，所述冲沙渠均垂直于沉沙池的水流方向埋设在沉沙池底部，冲沙渠横截面为由两侧垂直侧壁及底部半圆形或梯形组成的复合结构，冲沙渠顶部经橡胶带覆盖后形成闭合流道；各个冲沙渠上游端封闭、下游端通过阀门连接到与冲沙渠垂直设置的输沙管道，输沙管道下游端通过出口控制阀穿过堤坝底部；所述滑轨梁架由滑轨、横梁和中隔梁构成，滑轨梁架固定于冲沙渠的顶部；橡胶带铺设在滑轨梁架上，覆盖冲沙渠及掀沙驱动车；所述掀沙驱动车中部高、前后低，位于滑轨梁架的滑轨上，其所到之处掀起橡胶带排沙；牵引机构与掀沙驱动车相连后牵引掀沙驱动车在滑轨梁架的滑轨上往复运动；出口控制阀位于沉沙池下游的堤坝底部并穿过堤坝，用于控制排沙时机和流量大小。

本发明装置的特点及有益效果：

将上部敞口的冲沙渠布设在中小型水库或沉沙池的底部，在冲沙渠上口沿纵向安装两根滑轨，一是支撑覆盖冲沙渠的橡胶带，二是做为掀沙驱动车的运行轨道。橡胶带的宽度大于冲沙渠开口，覆盖冲沙渠后形成一个闭合流道，当移动掀沙驱动车时，其所到位置将橡胶带顶起一个驱动车的高度，橡胶带两侧出现缝隙，水流泥沙从两侧的缝隙进入冲沙渠，通过出口控制阀排出；掀沙驱动车经过后橡胶带自动下垂重新封闭冲沙渠，该过程类似于鼹鼠掀沙。冲沙渠的尺寸可以很小，排沙效率高。同时，将本发明装置均匀布置在沉沙池底部，可将冲出的淤沙进行粗细分级，实现淤沙的有效利用。

附图说明

图1是本发明装置的总体结构示意图。

图2是本发明装置的滑轨梁架结构示意图

图3是本发明装置的掀沙驱动车结构示意图。

图4是本发明实施例装置应用于沉沙池的总体布置示意图。

具体实施方式

以下将结合附图1～附图4及实施例对本发明的一种鼹鼠掀沙型自动排沙及淤沙有效利用装置进行详细说明。后文中约定按水流的流动方向分上下游。

图1为本发明装置的总体结构示意图，该装置用于清除水库或渠道底部的淤积泥沙，包括顶部敞口的冲沙渠1(图中只截取了一段冲沙渠，将多段对接构成整体装置，上游端封闭，下游端与出口控制阀连接，冲沙渠的长度根据工程设计选定，小型渠道只需数米，大型工程则到100m数量级，断面面积也从0.01～10m²可选)，由滑轨2、横梁3和中隔梁4组成的滑轨梁架，橡胶带8(为示意橡胶带下方各构件，图中在宽度方向只截取了部分橡胶带)，掀沙驱动车，牵引机构，出口控制阀Valve(出口控制阀在图中1未示意，详见图4)；其中，冲沙渠1沿水库或渠道内水流方向埋设在水库或渠道底部，其横截面为由两侧垂直侧壁及底部半圆形或梯形组成的复合结构，冲沙渠1顶部经橡胶带覆盖后形成闭合流道；滑轨梁架固定于冲沙渠1侧壁的顶部；橡胶带铺设在滑轨梁架上，覆盖冲沙渠及掀沙驱动车；掀沙驱动车位于滑轨上，其所到之处掀起橡胶带排沙；牵引机构与掀沙驱动车相连后牵引掀沙驱动车在滑轨梁架的滑轨2上往复运动；出口控制阀Valve位于堤坝(堤坝在图中未示意，详见图3)底部并通过堤坝，用于控制排沙时机和流量大小。

滑轨梁架的结构如图2所示，滑轨梁架由两根与冲沙渠侧壁平行设置的滑轨2、多根横向平行设置的横梁3和中隔梁4组成；其中，横梁3固定支撑于冲沙渠1侧壁顶部，滑轨2固定在横梁3上，位于两根滑轨2之间的中隔梁4顶标高低于滑轨顶标高，为牵引机构中牵引钢缆的往复滑动留出空间；滑轨梁架根据橡胶带、掀沙驱动车及位于橡胶带上的淤沙重量进行设计。

掀沙驱动车的结构如图3所示，由车架5、两对车轮6和3组顶托轮7构成；其中，车架5为矩形方框，主要起到支撑顶托轮7的作用；两对车轮6一前一后安装在车架5内侧，实现掀沙驱动车在滑轨2上的运动，每对车轮的两个车轮之间均由横轴连接；3组顶托轮分别安装在车架5上部的前端、后端和中部，且中部高、前后低，每组顶托轮由两侧的圆柱形拖轮及连接拖轮的横轴组成；掀沙驱动车顶起上方的橡胶带8使之形成自然的弧形，其余处的橡胶带8水平覆盖在滑轨梁架冲沙渠1顶部侧壁上，被顶起的橡胶带8两侧出现缝隙，水流泥沙从缝隙进入冲沙渠1实现排沙，掀沙驱动车经过后，被顶起的橡胶带8自然下落并封闭冲沙渠1，该过程类似鼹鼠掀沙。橡胶带宽度比冲沙渠1顶部的敞口和掀沙驱动车宽度稍大、长度预留掀沙驱动车掀开所需的长度。

牵引构件的结构如图3所示，包括卷扬机J、牵引钢缆9和定滑轮组；其中，卷扬机J安装在位于水库或渠道下游的堤坝Dam顶部；定滑轮组包含两个定滑轮，定滑轮R1安装在卷扬机下方的冲沙渠1的下游端，定滑轮R2安装在冲沙渠上游端；牵引钢缆9一端固定在掀沙驱动车车架5的下游端，往回绕过冲沙渠下游端的定滑轮R1、往上穿过卷扬机J、再往下绕过定滑轮R1至冲沙渠1上游端的定滑轮R2、绕回定滑轮R2后固定在掀沙驱动车车架5的上游端，形成一个牵引钢缆9的环路，牵引钢缆9在位于两根滑轨2之间的横梁4上滑动。

图4为本发明装置在沉沙池中的应用示例。沉沙池一般由进口Intake、两侧池壁Dyke(图中只画出了一侧池壁)和下游端的堤坝Dam构成，沿水流方向V在河床上建造，沉沙池进口段的渠底CB一端与渠道连接，另一端经过一个斜坡段后与位于其下游的沉沙池池底PB相连，在沉沙池侧壁上开有供泥沙沉淀后清水溢出的清水溢流堰Spillway，Spillway的水位与沉沙池水位WL齐平，在沉沙池池底沿水流方向布置与堤坝垂直的输沙管道10，输沙管道10的下游端通过出口控制阀Valve穿过堤坝Dam底部，沉沙池运行一定时段后在池底淤积泥沙(图4中DS为该淤积泥沙沙面)。多个本发明装置的冲沙渠11～17位于沉沙池池底且与输沙管道10垂直设置(图4中仅示意出本发明装置的冲沙渠，其余部件未示意)，每个冲沙渠的下游端通过阀门18与输沙管道10相连、上游端封闭，输沙管道10位于靠近阀门的沉沙池侧壁下部，各个卷扬机固定在靠近阀门的沉沙池侧壁上；本装置的其余部件的结构与相对位置关系与前述内容一致，此处不再赘述。

在修建沉沙池的同时将本装置埋设在沉沙池的池底以下，滑轨2基本与池底面齐平。初始工况时掀沙驱动车位于阀门前，输沙管道10的出口控制阀Valve和各个冲沙渠的阀门18均关闭；沉沙池运行过程中泥沙开始沉淀淤积，粗泥沙首先在进口斜坡段淤积(图4中的冲沙渠11、12)，粉沙淤积在沉沙池的上游段(冲沙渠13、14、15)，细沙和淤泥则淤积在下游段(冲沙渠16、17)，冲沙渠由橡胶带8覆盖形成封闭管道，泥沙淤积在沉沙池池底PB和橡胶带8上面；当沉沙池池底上的泥沙淤积到一定的厚度需要冲沙时，打开输沙管道10的出口控制阀Valve，从堤坝前的第一个冲沙渠17开始，打开阀门18、启动卷扬机正向转动，牵动掀沙驱动车沿冲沙渠17纵向移动，在掀沙驱动车所到的位置，顶托轮7顶起橡胶带8，淤积泥沙从橡胶带两侧被水流冲入冲沙渠内，并从阀门18进入输沙管道10，最终通过出口控制阀Valve将淤积泥沙排出沉沙池外；掀沙驱动车经过后，橡胶带8自动下落重新覆盖冲沙渠17的顶部，即水流泥沙只有在掀沙驱动车所到之处才能进入冲沙渠17，其过程与鼹鼠掀沙极为相似，这样就可以保证冲沙渠17和输沙管道10内始终保持基本稳定的水沙流量和足够的输送水沙的能量；当掀沙驱动车到达冲沙渠17的上游端，卷扬机反向运转，拉回掀沙驱动车至阀门前，关闭冲沙渠17的阀门，开启下一个冲沙渠16的阀门，进行相同的操作继续冲沙。将每个冲沙渠轮换操作一遍后，关闭出口控制阀Valve，等待下一次冲沙。

淤沙利用：

由于沉淀在沉沙池中的泥沙前后粗细不同，从不同的冲沙渠冲出的泥沙粗细分级明显，将其分类处理，冲沙渠11、12排出的大于0.1mm的粗沙是良好的建筑材料，从冲沙渠13、14、15排出的粉沙可以输送到荒地河滩造地，冲沙渠16、17冲出的淤泥具有很高的肥力，可以直接灌地增肥，实现淤积泥沙的有效利用。

在本发明的实施例图4中，冲沙渠上部为矩形，高80mm、上口宽200mm，下部半圆形，过水面积0.032m²、设计流速3.13m/s，冲沙流量为0.10m³/s。输沙管道10的过水面积与各冲沙渠相同。橡胶带8宽度290mm，可以完全覆盖冲沙渠上口，形成封闭的冲沙渠。本发明装置的冲沙流量很小，操作灵活，适合于小型水库、渠道和沉沙池等的排沙。