专利名称：辊绞式泥沙起动法和辊绞式泥沙起动器的制作方法
技术领域：
本发明属水利工程技术领域，涉及一种在港口、水库、河渠、闸坝及江河入海口等水域中，清除水下泥沙的新方法，及该方法所使用的设备辊绞式水下泥沙起动器。
清除水下泥沙是水利工程中的重要课题，在许多地方还成为十分困难的问题。除使用挖泥船等传统方法以外，《南京水利科学研究院1983年研究报告汇编，河港分册》介绍了在出海河口，用机船拖动铁耙犁来起动泥沙，由泄洪水流将泥沙带走的方法。这种方法的优点是利用了水流的动能输运泥沙，能源的消耗和费用都比挖运泥沙节省得多。但是如果在更大的范围内起动泥沙，就需要拖船在更大的范围里运动，特别是就一个具体地点来说，当拖船经过时，泥沙被起动；当拖船驶到远处时，就又失去了起动力，泥沙再次沉淀。用这种方法实现大范围的泥沙起动还不够理想，尤其在泥沙淤积严重，需要长期、持续进行清沙作业时，这种方法的能耗和费用仍然显得太高，目前迫切需要一种适于在面积大、泥沙量大的环境里，进行持续清沙作业的、低能耗、低费用的清沙方法与机械。
针对上述需要，本发明的任务是提供一种全新的起动水下泥沙的方法及该方法所使用的专用设备，这种方法和设备应能够在大范围内持续地起动水下的泥沙，同时其能耗和所需费用应比较小；在一定条件下，还应能够直接利用风能、(水流的)流能等再生能源。
完成上述发明任务的方案是任水下的泥沙上，放置长管状或长辊状的泥沙起动器，由动力带动，沿其自身的纵轴转动，起动器表面装有绞刀或突齿等突起物，转动中将泥沙翻动、搅拌，并由水流带走。当水流的流速不足时，可在搅拌的同时施放射流，或施放大量气泡，以增加泥沙的输送距离。需要控制泥沙的输送方向时，还可在泥沙起动器上设置导向板。这种泥沙起动器的动力可以采用动力机械或风力或流能或用水泵输出的高压水流，或用落差水流驱动。例如电动机、柴油机等发动机；也可以用风力发动机或在水流中设置的水轮机驱动，或用水泵等加压机械输出的高压水流，以及河道、水库等水域的落差水流直接驱动。现有的机械中，尚无法找到具体实施这种方法的设备，为此，本发明同时提供该方法所使用的专用机械设计。这种水下泥沙起动器的外形，类似一条巨大的“人工蛇”。具体结构为辊绞式水下泥沙起动器由若干刚性“齿管节”首尾相连组成。齿管节的外壁上固定有若干突起物，各齿管节之间作柔性连接，整个起动器的一端，与动力装置联结。所说的齿管节每节长1-10米，可由若干节，例如1节、2节……以至上百节连接而成(只用1节时是特例，不需要“首尾连接”)。每节直径由10cm-40cm。所说的突起物可以是绞刀、突齿、尖锥或短棍状突起；所说的柔性连接可以是由万向节、柔性管或多节的轴承结构等所构成的连接；所说的动力装置可以是电动机、柴油机等动力机械；动力机械也可以是风机、水轮机等动力机，动力还可以用水泵输出的水流或具有落差势能的水流。在需要施放射流、气泡或导向板的水下泥沙起动器上，还增设有射流装置或气泡释放装置或导向板。
本发明所提供的起动水下泥沙的方法及该方法所使用的专用设备，能够在大范围内持续、有效地起动水下的泥沙，同时其能耗和所需费用比已有技术明显减小，增设射流装置或气泡装置后，可以加大泥沙的输送距离，这种设备还能够直接利用风能、(水流的)流能等再生能源。
现结合附图与实施例作进一步说明。
图1为实施例1风力辊绞式水下泥沙起动器的结构示意图；图2为实施例2落差力辊绞式水下泥沙起动器的结构示意图；图3、图4为图2的局部剖视图；图5为图2、图3的截面图；图7为实施例3另一种落差力水下泥沙起动器的结构示意图；图8为实施例5双向水力水下泥沙起动器(及带有射流装置的水下泥沙起动器)的结构示意图；图6、图9、图10为图8的截面结构示意图；图11为实施例6带有延程泄气气管的水下泥沙起动器的示意图；图12为实施例7波形运动水下泥沙起动器的示意图；图13为实施例9圆面积水下泥沙起动器的结构示意图14、图15为实施例10带有导向板的水下泥沙起动器的结构示意图；图16-图18为一种换向阀门结构示意图；图19为实施例9，水轮式泥沙起动器结构示意图；图20、21为实施例11，船载辊绞式泥沙起动器结构示意图。
实施例1，参照图1动力装置采用风机。风机(1)安装在支架(3)上，该支架可设在岸边，可设在水中的浮子上，还可装载于船舶上。风机通过伞形齿轮(4)带动主轴(5)转动。主轴下段内装有一根竖轴(6)，两轴以定位销(7)固定，并可通过该定位销调整竖轴的长度。竖轴(6)经法兰(8)及三个转向器(10)与横轴，带动两个辊绞式泥沙起动器转动。水下泥沙起动器放置在泥沙面(15)上，由若干根齿管节(14)首尾连接组成，齿管节是刚性圆柱形长辊，或两端封闭的刚性长管，其表面安装有绞刀(47)与突齿(48)。每根齿管节之间以及首根齿管节与转向器之间，均用万向节(13)连接。最后一根齿管节的尾部，用锚(17)固定。锚练与齿管节尾部，以轴(16)活动连接，以避免锚练卷绕。功力较大时轴(16)处可加装轴承。风机转动时，带动齿管节转动，搅起泥沙，并且由水流(18)带走。操纵杆(11)用以控制起动器的方向和升降。在较平坦的泥沙面上，每根齿管节的长度可较大；水下地形复杂时其长度较小。整条辊绞式泥沙起动器较长时，其直径亦较大，反之直径较小。本例中每根齿管节的长度为4米，直径10cm。两条起动器的长度，按泥沙起动范围的需要和风机的动力大小决定，一般可各采用2-16根齿管节。
实施例2，利用落差水力的辊绞式泥沙起动器，该起动器适合用于水库等有落差的地方，例如水库下游(低水位处)。参照图2-图5水下泥沙起动器的齿管节是刚性的圆管(23)，例如玻璃纤维加强的复合树脂管或薄壁钛钢管，这个管也称为外管。外管的外壁上设置绞刀(47)与突齿(48)。在管内的中轴线上，有一根两端封闭的芯管(36)(该芯管也可用实心的细长辊)。芯管与外管之间，安装有叶片(52)。叶片的数量视齿管节的长度而定，每节长1米时为1-2组，每节长10米时为1-4组。芯管和外管通过叶片联结固定成一整体，两者中间的空间形成水的流道(51)。叶片的安装角度按流体力学的原理设计，使得流道内的水流流动时，管体获得最大转矩。每根齿管节的两端，通过轴承(49)连接一段接管(25)；接管与齿管节之间也可不设轴承，而以子口等防漏、转动方式联结。柔性管(55)联结在每根齿管节的接管上。柔性管可采用橡胶管或纤维增强塑料管。轴承(56)设在齿管节端部的外沿，用以安装起动器的附加装置(参见实施例7)。柔性管(55)也可以直接套装在轴承(56)上。齿管节经接管与柔性管的这种连接构成一种防漏的转动接头(24)。在泥沙起动器的入口设在高水位处，出口设在低水位处。在入口处安装有管道阀门(21)，用以控制水流的通断和大小。流道内的水流因有落差而比外界水流有更大的流能，水流流过泥沙起动器内部时，冲击叶片，使泥沙起动器转动，绞刀和突齿将泥沙起动。在出水口固定或基本固定的情况下，起动器的尾部可不设锚练。本实施例的齿管节直径25cm，长6米，共20节。(67)是为制造方便而设的螺旋接口(也可以不设)。
实施例3，另一种利用落差水力的水下泥沙起动器，该起动器适合用于水库等有落差的地方。参照图7和上一个实施例基本相同，只是其工作地点是在高水位处的水下。本例每节齿管节直径30cm，长10米，共30节。
实施例4，用水泵驱动的水下泥沙起动器，和上两个实施例结构基本相同，只是动力装置采用水泵，即在起动器的入水口连接在一只水泵，以加压水流作为动力。水泵可以安装在一个支架上(可参见实施例1中的风机支架)。本例直径为20cm，每节长2米，共60节。
实施例5，双向工作的水下泥沙起动器，实施例1-4的水下泥沙起动器只能在一个方向上转动。当需要在两个方向上交替工作时，适用本例。参照图7-图10泥沙起动器的齿管节为双层流道的刚性管。其外层管(50)的外壁上安装有绞刀(47)和突齿(48)。在外层管内，同心地设有内层管(33)，后者同样是刚性长管。在内层管里面，和实施例2的结构一样，同心地设有芯管(36)。在芯管与里层管之间、里层管与外层管之间，分别形成两个流道(34)和(51)。在两个流道里分别设有叶片(35)和(52)，两种叶片的安装角度相反。芯管、里层管和外层管被两种叶片联结固定成一整体。在每根齿管节的两端，通过轴承(39)和(40)，安装有由外圈(43)和里圈(53)组成的双层的接管。里、外圈之间由一只定位圈支撑，以便将里、外圈固定在同心位置上。定位圈由两个同心圆环(9)和几只支撑杆(12)构成。双层柔性管由外层(37)和内层(38)构成，其两端也用定位圈(9)、(12)支撑，并分别套接在双层接管上。由于内、外流道中的叶片角度相反，水泵或落差造成的水流流入内管时泥沙起动器的转动方向，与流入外管时泥沙起动器的转动方向，是相反的。在泥沙起动器的水流入口处安装阀门，用阀门控制水流分别进入内、外流道。水流进入内流道时，外流道中的水静止不动；水流进入外流道时，内流道中的水静止不动，换用流道，就可以改变水下泥沙起动器的转动方向，实现双向交替工作。本实施例同时也是带有射流装置的辊绞式泥沙起动器的举例，这种射流装置，也可以用在其他实施例上。在齿管节的外面，安装有射流管(57)、(58)，射流管一端开口于流道内，另一端开口于齿管节的外面，按所需方向开口，一般与外界流向一致。将流道内的高速水流引到起动器的外面，通过喷射水流，增加被起动的泥沙的输送距离。本实施例齿管节直径40cm，每节长8米，共40节。螺旋接口(67)处也装有固定圈。
实施例6，带有气管的水下泥沙起动器，参照图11在以上几种水下泥沙起动器上均可以安装气泡施放装置，如本例。在齿管节(23)的外面，安装带有轴承的外套管(41)，即该外套管不随齿管节一起转动。在外套管外面用包箍(42)固定一条或两条与气源(44)相通的沿程泄气气管(45)。气管上开有许多小孔。气源送来的压缩空气经小孔不断施放，大量气泡的上升能量，或气泡与泥沙的附着作用，可增加水流的输送距离。所说的气源可采用气泵，或其他压缩气体。
实施例7，波形运动的水下泥沙起动器，参照图12局部结构和实施例5相同，双流道齿管节(50)和双层柔性管(37)，交替连接组成长长的泥沙起动器，但其转动方向是交替编组的每隔几节(3-6节)，改变一次齿管节的转动方向，改变方向的方法有两种，以每4节一组为例一种方法是，第1-4节齿管节里层的叶片，顺时针方向排列(外层即为反时针方向，不再赘述)；第5-8节里层叶片为反时针排列；第9-12节又恢复到与1-4节一样……余类推。第二种方法是各节叶片的安装角度不变，而用交替换用内、外层流道的方法第4节与第5节之间加装换向阀门，第8节与第9节之间；第9节与第12节之间……均安装换向阀门，该阀门结构在本例后面说明。以上两种方法均可达到以下效果当加压水流流入水下泥沙起动器时，各齿管节开始转动，每隔几节就调转一次转动方向，由于绞刀在起动泥沙的同时，也使齿管节本身略向一边滚动，所以整条水下泥沙起动器就呈波浪形运动。工作一段时间后，转动水流入口处的总阀门，实现内、外层流道的换用，整条水下泥沙起动器的“波形”，就作出相反的改变。这种方法可以增加泥沙起动面的宽度，并增加起动效果。该辊绞式泥沙起动器可由100节齿管节组成。所说的阀门可采用现有的管道阀门，配以管道布置，控制水流分别进入外层流道或内层流道。也可以采用图16-图18所示的阀门图17、18为图16不同部位的截面图。在阀体(26)上，联接有进水管(28)和出水管，后者由同心的内出水管(29)与外出水管(30)组成，并在阀体上分别开有对应的出水口。阀芯(27)上开有中孔(31)和旁孔(32)，两者不在同一平面上并互相垂直。中孔和内出水管出口相对应；旁孔与外出水管出口对应。在图16所示位置时，由进水管流进的水经中孔进入内出水管，输入辊绞式泥沙起动器的内流道；阀芯转动90°时，水流经阀芯的旁孔和外出水管输入辊绞式泥沙起动器的外流道。
实施例8，圆面积水下泥沙起动器，参照图13本实施例结构和实施例1相同，但其动力不用风机而由柴油机带动。同时，只设一条起动器而不是两条，起动器的尾部也不设锚。竖轴(6)经法兰盘(8)、塔形齿轮构成的方向转换器(10)和万向节(13)与水下泥沙起动器连接，当起动器工作时，齿管节(14)起动泥沙的同时，向一侧滚动，整机将在一个以方向转换器为圆心的圆面上“扫描”，将这一面积内的泥沙搅拌、起动。
实施例9，水轮式水下泥沙起动器，参照图19水泵(20)安装在机架(3)上，由水流叶轮(2)通过变速器(19)带动。水泵输出的高压水流经换向阀门(21)双层输水管(22)输给由双向齿管节(50)、双层柔性管(37)与双层转动接头(24)组成的水下泥沙起动器。本实施例适用于河流的弯道浅滩处，其动力装置可置于弯道受水流冲击激烈之处；而工作部分置于泥沙淤积之处，在起动、清除泥沙的同时，辊绞式泥沙起动器还可吸受水流能量，从而减少水流对堤岸的冲蚀。
实施例10，带有导向板的水下泥沙起动器，参照图14与实施例6的结构类似，水泵(20)、阀门(21)和输水管(22)和水下泥沙起动器相连接，在齿管节(23)的外面，安装带有轴承的外套管(41)，该外套管不随齿管节一起转动。在外套管外面用包箍(42)固定一条弧形导向板(46)。工作时，被起动的泥沙在水流(18)的带动下，沿导向板向下游输送，可达到控制泥沙输送方向的目的。
实施例11，船载辊绞式泥沙起动器实施例4或实施例5的辊纹式泥沙起动器可改装为本实施例，由船舶等运输工具装载，在移动中工作，可以扩大起动范围。参照图20、21两条辊绞式泥沙起动器(23)置于水下泥沙面上，其首端通过转动接头(24)、转向阀门(21)和进水管(60)相连。两条起动器尾端分别装有阀门(62)，同时在阀门(62)之前，接有回水管(61)。回水管通过阀门(63)与转动接头(24)接水泵(20)的进口。水泵(20)的出口经阀门(65)接进水管(60)。进水管(60)还接有一个支管(66)，该支管上接有阀门(64)和水泵(54)。水泵(54)的进水口伸入工作水域的水面以下。两台水泵安装在船舶上。船上的起吊装置(59)可使辊绞式泥沙起动器升、降自如。当阀门(62)和阀门(64)打开，阀门(63)和(65)关闭时，水泵(54)抽取河水，加压后输入辊绞式泥沙起动器，起动泥沙。当阀门(62)、(64)关闭，阀门(63)和(65)打开时，水泵(20)将驱动辊绞式泥沙起动器内部的水循环使用，驱动其工作。这样两台水泵交替工作，可适应不同的水深和不同含沙量的水域。
实施例12，单节辊绞式泥沙起动器局部结构和实施例1相同，但动力装置经转向器和万向节，只联结一只齿管节。
实施例13，单节单流道辊绞式泥沙起动器，局部结构和实施例2相同，但动力装置经转向器和转向接头，只联结一只齿管节。
实施例14，单节双流道辊绞式泥沙起动器，局部结构和实施例5相同，但动力装置经转向器和转向接头，只联结一只齿管节。
权利要求
1.辊绞式泥沙起动法，其特征是在水下的泥沙上，放置长管状或长辊状的泥沙起动器，由动力带动，沿其自身的纵轴转动，起动器表面装有突起物，转动中将泥沙翻动、搅拌，并由水流带走。
2.按照权利要求1所述的辊绞式泥沙起动法，其特征是所说的动力是采用动力机械或风力或流能，或用水泵输出的高压水流，或用落差水流驱动。
3.按照权利要求1或2所述的辊绞式泥沙起动法，其特征是在搅拌的同时施放射流，或施放气泡或加设导向板。
4.辊绞式泥沙起动器，其特征是由若干刚性齿管节首尾相连，齿管节的外壁上固定有突起物，各齿管节之间作柔性连接，起动器的一端，与动力装置联结，所说的柔性连接是由万向节、柔性管或多节的轴承结构所构成的连接，所说的突起物是绞刀、突齿、尖锥或短棍状突起，所说的动力装置是动力机械，或是具有落差势能的水流。
5.按照权利要求4所述的辊绞式泥沙起动器，其特征是所说的齿管节是刚性圆柱形长辊，或两端封闭的刚性长管，每根齿管节之间以及首根齿管节与动力装置之间，均用万向节连接，最后一根齿管节的尾部，用锚固定，锚练与齿管节尾部，以轴连接。
6.按照权利要求4所述的辊绞式泥沙起动器，其特征是齿管节是刚性的圆管，由外管和芯管组成，在外管内的中轴线上，安装两端封闭的芯管，芯管与外管之间，安装有叶片，芯管和外管通过叶片联结固定成一整体，两者中间的空间形成水的流道，每根齿管节的两端，通过轴承联结一段接管，同时用柔性管联结每根齿管节的接管。
7.按照权利要求4所述的辊绞式泥沙起动器，其特征是齿管节为双层流道的刚性管，在外层管内，同心地设有内层管，在内层管里面，同心地设有芯管，在芯管与里层管之间、里层管与外层管之间，分别形成两个通道，在两个通道里分别设有叶片，两种叶片的安装角度相反，芯管、里层管和外层管被两种叶片联结固定成一整体，在每根齿管节的两端，通过轴承，安装有由外圈和里圈组成的双层接管，双层柔性管由外层和内层构成，并分别套接在双层接管上，双层接管的里、外圈之间由定位圈固定，柔性管端部的内层、外层间也用定位圈固定，定位圈由两个同心圆环和支撑杆构成。
8.按照权利要求4-7所述的辊绞式泥沙起动器，其特征是在齿管节的外面，安装有射流管，射流管一端开口于流道内，另一端开口于齿管节的外面。
9.按照权利要求4-7所述的辊绞式泥沙起动器，其特征是在齿管节的外面，安装带有轴承的外套管，在外套管外面用包箍固定有与气源相通的沿程世气气管，气管上开有小孔。
10.按照权利要求4或6或7所述的辊绞式泥沙起动器，其特征是两条辊绞式泥沙起动器置于水下泥沙面上，其首端通过转动接管、转向阀门和进水管相连。起动器尾端装有出水阀门，同时在出水阀门之前，接有回水管，回水管通过阀门与转动接头接水泵的进口，水泵的出口经阀门接进水管，进水管还接有一个支管，该支管上接有进水阀门和另一台水泵，该水泵的进水口伸入工作水域的水面以下，两台水泵安装在船舶上。
全文摘要
在水下的泥沙上放置长蛇形泥沙起动器，由动力带动沿其自身的纵轴转动，起动器表面装有绞刀等突起物，转动中将泥沙起动，并由水流带走。动力可以用动力机械，也可用风力或高压水流。起动器由若干刚性齿管节首尾相连组成。其外壁上固定有突起物，各齿管节之间作柔性连接，整个起动器的一端，与动力装置连结。本方法及设备，能在大范围内持续起动水下泥沙，能耗和所需费用较小。
文档编号E02B3/02GK1122857SQ9511101
公开日1996年5月22日 申请日期1995年4月19日 优先权日1995年4月19日
发明者沈学斌, 沈奕, 沈孟根 申请人:沈学斌