专利名称：高效率无污染喷吸式水底泥沙分级采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水库和河道淤积清理用泥沙分级采集装置。
背景技术：
在我国，近年来由于山体植被的破坏，许多大河流域的水土流失问题严重，导致流域内水库及河道水底泥沙的大量淤积，降低了水库的有效库容，影响到河流的正常航运，水库和河道泥沙清理已经成为水利工程和水道航运的重要工程项目内容。目前常用的泥沙淤积清理方法主要是采用挖掘、抽吸或绞吸等不同的技术，这些技术方法在原理与应用中虽然各有优势和特色，但普遍存在着能耗高、效率低、设备造价较为昂贵或工作过程中对周围环境和水下环境污染严重等不同缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明完成的“高效率无污染喷吸式水底泥沙分级采集装置” 是应用流体力学中喷射流与吸引流理论，针对水利工程及环境保护领域中面临的水库及河道泥沙淤积问题而设计出的一种泥沙清理的新设备。该种设备通过变换不同的结构参数也可应用于化工、制药及采矿生产过程中的颗粒物分级，以及食品工业或物流领域的颗粒物分级、采集及输送等工艺过程，发挥出应有的积极效果。本发明采用喷射流与吸引流相互结合的技术实现了泥沙的有效分级并采集。具体方式如下首先利用管道将高压水喷射到淤积的泥沙表面，在其作用下淤积层内一定深度的泥沙从沉淀状态激起，在水流的挟持下向喷射流外侧反射，形成了反射泥沙流，同时再利用直径更大管道内所具有的足够负压将反射泥沙流吸引到管道之内形成泥沙吸引流并将其输送到远处装载物或者堆放处，以此实现淤积泥沙的清理和转移。根据上述设想，此设备主要包括喷射流系统、吸引流系统、连接件和紧固件等，图1 为本发明的采集装置结构的主视剖面图、图2为图1的俯视图，图3为图1的局部剖面图，由图1、2、3可见，采集装置的喷射流系统主要由喷射流管道、固定导板构成，吸引流系统由吸流管、吸流空腔、橡胶密封垫、吸流格栅罩组成，其中喷射流管道自吸流空腔上部直接深入到其内部，通过4块固定导板实现喷射流管道同吸流空腔的相互焊接固定，并确保喷射流管道和吸流空腔的中心轴线同处于一条中心线上，吸流格栅罩和吸流空腔下口之间通过橡胶密封垫实现相互密封，并通过快速卡扣将吸流格栅罩和橡胶密封垫固定在吸流空腔上。为了保证被采集泥沙颗粒的均勻性和长距离输送，特将吸流空腔的形状设计成宫灯形，即与吸流管相连接的吸流空腔上口直径φι和吸流空腔下口直径ψ3小，空腔中部直径 φ2最大，其中吸流空腔上口直径φι与吸流管直径相同，吸流空腔上口直径φι与吸流空腔最大直径φ2之比为5-6 10，吸流空腔最大直径φ2与吸流空腔下口直径φ3之比为10 8-5 ； 吸流空腔下口直径φ3与喷射管道直径φ4之比为8 1-3，吸流空腔下口直径φ3不能低于 200mm ；引流空腔的形状也可以设计成由圆台、圆柱和倒圆台形组合而成，即吸流空腔上接吸流管处为正圆台形，中间为圆柱形，圆柱形下接引流头部为倒圆台形，圆台、圆柱和倒圆台三段高度自上而下H1 H2 H3的合适比例为1 2-3 1.5。在采集装置的下端设置倒圆台形结合圆柱形区域是用以将被采集颗粒物与较大颗粒物充分分离，其中圆柱直径Ψ2与处于倒圆台顶端也就是吸流空腔下口直径Φ3之比为 10 8-5 ；且吸流空腔下口直径(Ρ3不能低于200mm;吸流空腔上口直径φι与吸流管直径相同，φι:φ2为 5-6 10。为了使射流管道喷射搅动起来的反射泥沙流尽量吸收到吸流空腔内，吸流空腔下口直径Ψ3与喷射管道直径φ4之比为8 1-3；操作时需要通过控制喷射管道喷出的流量及流速，来控制沉积层流化域的深度及范围；通过控制吸引管道中吸引流的流速，控制被采集颗粒物的大小。一般情况下，喷射流的流速V1应为吸引流流速V2的2-20倍，且喷射流的流速V1不小于2m/s。本发明优点在于(1)为从水底沉积层中分离不同大小的泥沙颗粒，采集不同大小的泥沙颗粒，采用向沉积层喷射流体使得沉积层流化；针对流化态的沉积层，采用吸引流将其吸入采集装置吸流空腔中的分离区域，在此区域进行不同大小的颗粒分离；为了控制与保证流化域不超出采集单元吸入口范围，提高喷射流体利用效率，本发明将喷射管设置于与吸流空腔同轴的中央位置。(2)为了保证采集泥沙的长距离输送以及采集设备的有效运转，在采集单元入口处设置吸流格栅罩用以过滤掉比重小、形状不规则、大尺寸的杂草或塑料袋等。(3)在采集单元的吸引管路内壁与喷射管路外壁之间用4块垂直均布排列的固定导板固定喷射管路，同时由于采用了一定的垂直宽度，使得以较薄的固定导板厚度即可实现支撑作用，同时较薄的固定导板减弱了对吸引流的影响，该固定导板同时也实现了对吸引流的导流作用。(4)为方便采集单元前端采集口、格删的拆卸进而清理，在采集口单元与采集单元连接上采用快速卡扣装置。(5)采集设备构造简单使得制造成本降低。由于流体力学的理论与技术特点使得针对水底泥沙可以实现泥沙颗粒的分级采集。同时采集器部分的特殊设计在保证采集的高效性同时，保护了周围环境不被污染。
图1为本发明采集装置结构的主视剖面图；图2为图1的A向视图；图3为本发明采集装置结构的局部剖面图；图4为图1的B向局部视图；图5为本发明的泥沙分级采集过程示意图。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的实施例。图1为本发明采集装置结构的主视剖面图，图2为图1的A向视图，图3为本发明采集装置结构的局部剖面图，图4为图1的B向局部视图，图5为本发明的泥沙分级采集过程示意图。图1中，1为吸沙口，不同粒径的泥沙颗粒在此位置开始进入采集器；2为吸流格栅罩，用于滤掉面积大比重轻的非泥沙类物质如塑料布等；3为橡胶密封垫，用于实现吸流格栅罩和吸流空腔下口之间的相互密封，4为快速卡扣，用于将吸流格栅罩和橡胶密封垫固定在吸流空腔上，使之达到相互的快速连接，5为喷射管道，用于导入喷射流体，该喷射流用于流化水底泥沙沉积层；6为喷射流管道的固定导板，同时起到吸引流的导流作用；7为采集装置起重吊环；8为吸流管及顶端法兰，用于同外界的抽水网路相连接，9为射流管道顶端法兰，用于同外界喷水设备相连通。本发明的喷吸式水底泥沙分级采集装置的工作过程如图5所示首先利用泥沙分级采集装置中心部位的喷射管道5喷射出高速水流(1)，进而搅动水底沉积层形成流化域 I，在此区域，部分大颗粒物①仅仅处于流化状态，而部分较小颗粒物②、③、④则被采集装置主体8中的吸流(2)吸入采集装置引流空腔内的分粒域II，不同大小的颗粒物在此区域因流速的不同而进行分离，较大颗粒②回落到流化域，而较小颗粒物③、④则被吸引流吸入 III区域进而吸引管路，进而随着水流被采集排放。本发明的泥沙分级采集装置在其实施制作过程中，首先将喷射管道5和固定导板 6焊接在一起，构成喷射单元；吸流管、吸流空腔焊接在一起构成采集装置主体单元，吸流格栅罩、密封橡胶环分开制造，最后通过固定导板6将喷射单元与主体单元以及吸流管和喷射流5管各自的法兰部圆滑的焊接在一起，将格栅罩、格栅、密封橡胶环组装在一起并通过快速卡扣固定在吸流空腔上。为了保证被采集泥沙颗粒的均勻性和长距离输送，本实施例中，将吸流空腔的形状设计成宫灯形，即与吸流管相连接的吸流空腔上口直径φι和吸流空腔下口直径ψ3小，空腔中部直径Ψ2最大，其中吸流空腔上口直径φι与吸流管直径相同，吸流空腔上口直径們与吸流空腔最大直径φ2之比为5-6 10，吸流空腔最大直径Cp2与吸流空腔下口直径φ3之比为 10 8-5 ；吸流空腔下口直径φ3与喷射管道直径Cp4之比为8 1_3，吸流空腔下口直径φ3不能低于200mm ；引流空腔的形状也可以设计成由圆台、圆柱和倒圆台形组合而成，即吸流空腔上接吸流管处为正圆台形，中间为圆柱形，圆柱形下接引流头部为倒圆台形，圆台、圆柱和倒圆台三段高度自上而下H1 H2 H3的合适比例为1 2-3 1.5。在采集装置的下端设置倒圆台形结合圆柱形区域是用以将被采集颗粒物与较大颗粒物充分分离，其中圆柱直径Ψ2与处于倒圆台顶端也就是吸流空腔下口直径φ3之比为 10 8-5 ；且吸流空腔下口直径φ3不能低于200mm;吸流空腔上口直径φ丨与吸流管直径相同，(P1^2为 5-6 10。为了使射流管道喷射搅动起来的反射泥沙流尽量吸收到吸流空腔内，吸流空腔下口直径Ψ3与喷射管道直径φ4之比为8 1-3；操作时需要通过控制喷射管道喷出的流量及流速，来控制沉积层流化域的深度及范围；通过控制吸引管道中吸引流的流速，控制被采集颗粒物的大小。一般情况下，喷射流的流速V1应为吸引流流速V2的2-20倍，且喷射流的流速V1不小于2m/s。在本发明的优选实施例中，圆柱直径φ2的数值范围为300mm-600mm。吸流空腔采用圆台圆柱圆台组合而成的形式，即空腔上接引流管处为正圆台，中间为圆柱形，下部为倒圆台形。三段高度自上而下H1 H2 H3为1 2 1.5。其他参数选择为圆柱直径φ2同弓丨流腔体的总体高度H2之比为1 1.5，吸流空腔上口直径φ ι φ2为5 8，吸流空腔下口直径奶与喷射管道直径Ψ4之比为8 1。
权利要求
1.一种水库和河道淤积清理用泥沙分级采集装置，其特征在于主要由喷射流管道、同定导板，吸流管、吸流空腔、橡胶密封垫、吸流格栅罩组成，其中喷射流管道自吸流空腔上部直接深入到吸流空腔内部，通过4块同定导板实现喷射流管道同吸流空腔的焊接固定，并确保喷射流管道和吸流空腔的中心轴线同处于一条中心线上，吸流格栅罩和吸流空腔下口之间通过橡胶密封垫实现相互密封，并通过快速卡扣将吸流格栅罩和橡胶密封垫固定在吸流空腔上，吸流空腔为宫灯形，吸流空腔上口直径φι与吸流管直径相同，吸流空腔上口直径 φι与吸流空腔最大直径Ψ2之比为5-6 10，吸流空腔最大直径φ2与吸流空腔下口直径φ3之比为10 8-5 ；吸流空腔下口直径φ3与喷射管道直径φ4之比为8 2-3，吸流空腔下口直径 Ψ3不能低于200mm。
2.根据权利要求1所述的一种水库和河道淤积清理用泥沙分级采集装置，其特征在于装置中的吸流空腔形状由圆台、圆柱和倒圆台形组合而成，即吸流空腔上接吸流管处为正圆台形，中间为圆柱形，圆柱形下接引流头部为倒圆台形，圆台、圆柱和倒圆台三段高度自上而下H 1 H2 H3的比例为1 2-3 1.5。
全文摘要
本发明公开一种水库和河道淤积清理用泥沙分级采集装置，其特征在于主要由喷射流管道、固定导板，吸流管、吸流空腔、橡胶密封垫、吸流格栅罩组成，其中喷射流管道自吸流空腔上部直接深入到吸流空腔内部，通过4块固定导板实现喷射流管道同吸流空腔的焊接固定，并确保喷射流管道和吸流空腔的中心轴线同处于一条中心线上，吸流格栅罩和吸流空腔下口之间通过橡胶密封垫实现相互密封，并通过快速卡扣将吸流格栅罩和橡胶密封垫固定在吸流空腔上。使用本装置可以实现泥沙分级，并可大幅提高作业效率，减少污染。
文档编号E02F5/28GK102505723SQ20111039458
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者于泽旭, 宋锦春, 张悦, 朱彤, 野崎勉, 韩进 申请人:辽宁东工装备制造有限公司