一种利用天然能量清除水库漂浮垃圾的设施及运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用天然能量清除水库漂浮垃圾的设施及运行方法，属于水利工程【技术领域】。其特征是由收集输送漂浮垃圾的管道系统，置于管道进口的垃圾汇集筛分装置，置于管道出口的垃圾收储输出装置组成。垃圾汇集筛分装置漂浮在漂浮垃圾聚集区，由环形浮箱及垃圾筛分围栏、操作平台组成。环形浮箱潜浮在水下，中心空间连接垃圾收集口及管道，四周安装筛分围栏，水面以上安装操作平台。漂浮垃圾随水流进入管道形成漩涡，漂浮垃圾随漩涡向垃圾收集口汇集，经筛分后进入管道，输送到水坝下游一侧的垃圾收储输出装置。垃圾集装笼在移动中收储管道出口排出的垃圾，由坝顶吊车吊入吊出。
【专利说明】一种利用天然能量清除水库漂浮垃圾的设施及运行方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及水利工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]水库上游的各种垃圾随水流漂浮而下，受水坝阻挡而聚集在坝前。传统水坝建造没有清除水库漂浮垃圾的专用设施。传统清理方法主要是采用船舶、机械和人工打捞和收储。需要消耗大量人力和动力。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种利用天然能量清除水库漂浮垃圾的设施及运行方法。其特征是由收集和输送漂浮垃圾的管道系统，置于管道进口的漂浮垃圾汇集筛分装置，置于管道出口的垃圾收储输出装置配套组成。管道系统由垃圾收集口与水坝之间的柔性管道，穿越水坝的水下涵管及其入口闸门，涵管出口与管道出口之间的柔性管道，以及管道出口连接组成。垃圾收集口低于漂浮垃圾的水面以下深度而高于水下涵管和管道出口。水流挟带漂浮垃圾从收集口进入管道，由闸门启闭调控，从水坝下游一侧的管道出口排出。垃圾汇集筛分装置漂浮在坝前的漂浮垃圾聚集区，由环形浮箱及所承载的垃圾筛分围栏和操作平台组成。环形浮箱潜浮在水下，潜伏深度为大体积垃圾的限定水下深度。环形浮箱采用一种平面为环形的中空箱式浮体，箱内四周均布四个独立储水箱，通过调整储水箱水量调整浮力和潜水深度。环形浮箱的中心空间安装漏斗状垃圾收集口，收集口上口与环形浮箱顶面持平，下口与管道采用柔性接头连接。环形浮箱的顶面四周安装垃圾筛分围栏立柱，立柱间距略小于管道口径，用以在平面上筛分大体积垃圾。立柱的水面以上围绕围栏安装一道水平栏杆，与浮箱顶面共同在竖向上筛分大体积垃圾。水平栏杆以上安装以钢板网为底板的操作平台。水流经垃圾收集口进入管道形成漩涡，漂浮垃圾随漩涡水流旋转并向垃圾收集口汇集，经筛分围栏筛分后被卷入收集口进入管道，完成漂浮垃圾汇集、筛分和收集过程。体积大于管道口径的少量垃圾被筛分在围栏外，由人工在操作平台上捞出。垃圾收储输出装置安置在水坝下游一侧的侧壁表面，由垃圾集装笼、集装笼平台及轨道、驱动机构和设置于水坝坝顶的吊车组成，集装笼平台可同时容纳至少三个集装笼。管道出口由支架固定在集装笼平台上方。集装笼顶部敞口，四周和底部采用网状钢构。集装笼顶部安装吊环供吊车吊装使用，底部安装行走轮在轨道上行走。待装集装笼由坝顶吊车从坝顶拉运汽车上吊装至集装笼平台的待装位置，受驱动机构驱动并推动在装集装笼和输出集装笼沿轨道移动，其始端移动至管道出口下方时转变为在装集装笼，开始收储管道出口排出的垃圾，并透过底部和四周网状钢构排除水分，利用管道出口的水流和垃圾冲击力压缩致密已装入集装笼的垃圾。在装集装笼末端移动到管道出口下方时装满垃圾，随后进入输出集装笼位置，由置于坝顶的吊车吊装至坝顶的拉运汽车上，完成垃圾收储和输出过程。集装笼平台上部的水坝侧壁安装曳引机和竖向附壁轨道，集装笼平台及管道出口受曳引机牵引沿附壁轨道上下移动，用以调整管道出口与进口的高差，保持垃圾稳定收储。[0004]本发明的优点是采用管道系统导引水库蓄水水面与管道出口高差蓄积的势能释放，完成水库漂浮垃圾汇集、筛分、收集、输送和收储过程，达到利用天然能量清除水库漂浮垃圾的目的。并实现垃圾收储的集装化和密实化，提高垃圾清除效率，改进垃圾收储效果。
【具体实施方式】
[0005]水面垃圾随水流漂浮到水库坝前。趋向于在靠近两岸或其他水流相对静止的区域聚集。漂浮垃圾杂乱无章，形态大小各异。采用管道系统利用天然能量清除，首先需要根据漂浮垃圾的形态和大小确定管道口径。
[0006]水库漂浮垃圾按其形态可划分为立体垃圾、平面垃圾和杆状垃圾。
[0007]立体垃圾是指泡沫塑料、玩具、饮料瓶等具有明显立体特征的垃圾。其任一方向的尺寸如果大于管道口径将导致管道堵塞。管道口径主要由允许通过的绝大多数立体垃圾尺寸上限确定。
[0008]平面垃圾是指塑料包装膜，纸片包装物、纺织品等膜片类及杂草类垃圾，这类垃圾的形态随水流形态的改变而改变。只要管道所容许的绝大多数立体垃圾能够通过，平面垃圾便可以通过。
[0009]杆状垃圾是指长度尺寸较大而横截面较小的木棍、竹竿等。这类垃圾数量有限，但若不经筛分而直接输送，则需要管道有足够大的口径，会数倍加大设施造价和水量消耗。为此，管道口径只考虑输送绝大部分立体垃圾、平面垃圾以及长度小于管道口径的杆状垃圾。管道口径一般在DN600mm左右为宜。而对于超出管道口径的少量立体和杆状垃圾，则采取在管道的垃圾收集口外筛分，然后进行打捞的方法另行处理。
[0010]水库漂浮垃圾需通过汇集和筛分预处理才能收集到管道系统中清除。本发明提出一种漂浮垃圾预处理装置-垃圾汇集筛分装置，对漂浮垃圾进行自动汇集和筛分。汇集筛分装置以管道的垃圾收集口为中心，由环形浮箱及其所承载的筛分围栏和操作平台组成。
[0011]环形浮箱采用一种平面为环形的中空箱式浮体，潜浮在水面以下，潜浮深度等于大体积垃圾的限定水下深度，为水流挟带垃圾进入收集口提供通道。垃圾收集口连接管道从环形浮箱中心空间向水下延伸。环形浮箱承载筛分围栏、操作平台以及垃圾收集口，需要足够大的平面尺寸和排水量，以保障其潜浮稳定性。外环直径不宜小于4米，内环空间直径等于垃圾收集口的上口直径。环形浮箱的箱体内部四周均布四个独立储水箱。通过统一调整储水箱水量，调整环形浮箱的整体浮力和潜水深度；通过分别调整各储水箱水量，精细调整环形浮箱各点的平衡，保持筛分围栏、操作平台以及垃圾收集口与水面的高度或深度。
[0012]环形浮箱的上部四周安装垃圾筛分围栏，围栏的水面以上安装操作平台。筛分围栏和操作平台的外围直径与环形浮箱外环直径相同。围栏立柱沿环形浮箱顶面外围均布安装，立柱间距略小于管道口径以限制大体积垃圾进入，部分立柱加粗兼做操作平台立柱。围绕围栏立柱的水面以上安装一道可以上下调整的水平栏杆。通过适度调整水平栏杆距水面的高度，与环形浮箱顶面共同在竖向上筛分大体积垃圾。操作平台的底板在水平栏杆以上，采用钢板网铺设，以便于观察平台下的水面及垃圾情况，平台周围加装防护栏杆。
[0013]环形浮箱的中心空间安装垃圾收集口。收集口呈漏斗状。环形浮箱顶面与收集口上口持平，内环直径与收集口上口直径相同。收集口下口与管道的口径相同，并采用柔性接头与管道连接，使管道与收集口保持适当的自由度，以消除管道倾斜对浮箱平衡产生的影响。
[0014]由于管道收集口低于水面而高于管道出口，管道输水导引水面与管道出口高差蕴含的势能释放，垃圾收集口产生对水流和漂浮垃圾的负压抽吸力。经筛分后的漂浮垃圾随水流从环形漂浮箱上面流入收集口，在以收集口为中心的一定范围内形成漩涡，漩涡水面呈现凹形。漩涡水流挟带漂浮垃圾旋转，速度逐渐加快，垃圾密度逐渐增大，最终被漩涡卷入收集口进入管道。从而达到利用天然能量汇集、筛分和收集漂浮垃圾的目的。
[0015]垃圾收集口周围形成漩涡，杆状垃圾随漩涡水流旋转，速度逐步加快。由于沿漩涡径向的相邻水流流速不同，杆状垃圾趋向于与旋转弧线相切的形态围绕围栏旋转，逐渐靠近围栏，从而避免长度大于围栏立柱间距的杆状垃圾插入围栏，最终被挡在围栏外由人工捞出。从而达到对杆状漂浮垃圾的自动筛分。
[0016]漂浮垃圾从收集口进入管道之后进入垃圾输送和控制程序。
[0017]垃圾输送和控制由管道系统承担。管道系统由垃圾收集口与水坝之间的管道、穿越水坝的水下涵管及其入口闸门、涵管出口与管道出口之间的管道、以及管道出口连接而成。管道收集口高于水下涵管和管道出口。水流挟带漂浮垃圾从收集口进入管道，从水坝下游一侧的管道出口排出，由水下涵管入口的闸门启闭调控。水流挟带垃圾流经闸门时会给闸门关闭造成困难，可在阀门关闭前在收集口上临时安放垃圾过滤网，对垃圾进行过滤。
[0018]漂浮垃圾数量和水库水位在雨季和旱季相差很大，一次洪水形成的漂浮垃圾往往比整个旱季的漂浮垃圾总量还要多。垃圾汇集筛分装置随水面升降浮动，水下涵管设定在枯水期水位以下，管道出口的高程如果固定不变，管道进口和出口的高差则随水库水位升降而变化。管道出口的水流量、垃圾流量和水流冲击力会随之发生很大变化。水库在汛期尤其是洪水水位时，管道出口的水流冲击力最大，垃圾数量最多，而在枯水期恰好相反。管道出口水流冲击力和垃圾流量的巨大差别甚至达到难以调控的程度。为此，本发明提出从管道进口至水下涵管闸门之间的管道，水下涵管出口至管道出口之间的管道，采用柔性的塑料或橡胶管道。柔性管道可以适度弯曲和移动，满足在坝前随汇集筛分装置升降和浮动的需要，减轻对装置漂浮姿态的影响。同时满足坝后管道出口随收储输出装置上下移动的需要。在垃圾收集口随水库水位升降时，管道出口随之提升或下降。垃圾收集口、水下涵管及管道出口之间的管道系统保持倒虹吸形态，管道进口与出口保持适度的高差，使管道出口水流保持均衡的冲击力和垃圾流量，在水库高低水位时都可均衡平稳的进行垃圾收储。
[0019]漂浮垃圾随水流排出管道出口后进入垃圾收储和输出程序。
[0020]水库收储漂浮垃圾的传统方法是采用人工和机械收储，自然堆积，松散杂乱，收储和输出效率很低。对此，本发明提出一种垃圾收储输出装置与管道系统配套。垃圾收储采用外形如集装箱的“集装笼”。集装笼顶部敞口，四周和底部采用网状钢构。集装笼顶部安装吊环，供吊车吊装使用，底部安装行走轮在轨道上行走。集装笼置于水坝坝后侧壁的集装笼平台上，平台表面安装集装笼轨道和集装笼驱动机构。平台预置待装、在装和输出集装笼的位置，平台的长度至少可同时放置三个集装笼。待装集装笼由坝顶吊车从坝顶拉运汽车上吊装到平台轨道上的待装位置，由平台驱动机构驱动，并推动在装集装笼和输出集装笼一并向前移动。垃圾随水流经管道出口从在装集装笼的顶部装入。
[0021]管道出口安装在在装集装笼前进方向的始端上方，采用弯头制作，管口向下朝集装笼。待装集装笼受驱动机构驱动沿轨道进入在装位置，在继续移动中开始收储管道出口排出的垃圾。装入集装笼的垃圾受管道出口后续水流和垃圾的强烈冲击，水流透过集装笼底部和四周的网状钢构排放，垃圾在集装笼内被规整的压缩密实。在装集装笼在移动中从始端到末端装满垃圾，继续移动进入输出位置，由坝顶吊车吊装至停放在坝顶的拉运汽车上，完成垃圾收储和输出过程。垃圾待装、在装、输出过程循环进行，周而复始。
[0022]管道出口固定在集装笼平台上，调整管道出口的高程需要整体调整集装笼平台高程。本发明提出在集装笼平台上方的水坝坝后侧壁竖向安装附壁轨道，通过安装在轨道上方的曳引机牵引集装笼平台，连同管道出口沿附壁轨道上升或下降，调整管道出口高程，保持与管道进口的适当高差，保持垃圾收储的均衡平稳进行。
【权利要求】
1.一种利用天然能量清除水库漂浮垃圾的设施及运行方法，其特征是由收集和输送漂浮垃圾的管道系统，置于管道进口的漂浮垃圾汇集筛分装置，置于管道出口的垃圾收储输出装置配套组成；管道系统由垃圾收集口与水坝之间的柔性管道，穿越水坝的水下涵管及其入口闸门，涵管出口与管道出口之间的柔性管道，以及管道出口连接组成；垃圾收集口低于漂浮垃圾的水面以下深度而高于水下涵管和管道出口 ；水流挟带漂浮垃圾从收集口进入管道，由闸门启闭调控，从水坝下游一侧的管道出口排出；垃圾汇集筛分装置漂浮在坝前的漂浮垃圾聚集区，由环形浮箱及所承载的垃圾筛分围栏和操作平台组成；环形浮箱潜浮在水下，潜伏深度为大体积垃圾的限定水下深度；环形浮箱采用一种平面为环形的中空箱式浮体，箱内四周均布四个独立储水箱，通过调整储水箱水量调整浮力和潜水深度；环形浮箱的中心空间安装漏斗状垃圾收集口，收集口上口与环形浮箱顶面持平，下口与管道采用柔性接头连接；环形浮箱的顶面四周安装垃圾筛分围栏立柱，立柱间距略小于管道口径，用以在平面上筛分大体积垃圾；立柱的水面以上围绕围栏安装一道水平栏杆，与浮箱顶面共同在竖向上筛分大体积垃圾；水平栏杆以上安装以钢板网为底板的操作平台；水流经垃圾收集口进入管道形成漩涡，漂浮垃圾随漩涡水流旋转并向垃圾收集口汇集，经筛分围栏筛分后被卷入收集口进入管道，完成漂浮垃圾汇集、筛分和收集过程；体积大于管道口径的少量垃圾被筛分在围栏外，由人工在操作平台上捞出；垃圾收储输出装置安置在水坝下游一侧的侧壁表面，由垃圾集装笼，集装笼平台及轨道、驱动机构和设置于水坝坝顶的吊车组成，集装笼平台可同时容纳至少三个集装笼；管道出口由支架固定在集装笼平台上方；集装笼顶部敞口，四周和底部采用网状钢构。集装笼顶部安装吊环供吊车吊装使用，底部安装行走轮在轨道上行走；待装集装笼由坝顶吊车从坝顶拉运汽车上吊装至集装笼平台的待装位置，受驱动机构驱动并推动在装集装笼和输出集装笼沿轨道移动，其始端移动至管道出口下方时转变为在装集装笼，开始收储管道出口排出的垃圾，并透过底部和四周网状钢构排除水分，利用管道出口的水流和垃圾冲击力压缩致密已装入集装笼的垃圾；在装集装笼末端移动到管道出口下方时装满垃圾，随后进入输出集装笼位置，由置于坝顶的吊车吊装至坝顶的拉运汽车上，完成垃圾收储和输出过程；集装笼平台上部的水坝侧壁安装曳引机和竖向附壁轨道，集装笼平台及管道出口受曳引机牵引沿附壁轨道上下移动，用以调整管道出口与进口的高差，保持垃圾稳定收储。
【文档编号】E02B15/10GK103643661SQ201310699452
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】马向前 申请人:马向前, 马彤, 马艺瑄