一种环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置的制作方法

本发明属于水下铺砂技术领域，特别是涉及一种环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置。

背景技术：

目前，随着经济全球化的迅猛发展使得填海造地工程越来越多，在填海造地工程中需要通过吹填完成水下铺砂。以往采取的施工工艺主要有在吹填区建造围堰，通过耙吸船直接进行吹填，完成填海铺砂。这种施工工艺的缺陷主要是吹填区铺砂浓度与砂土粒径分布不均匀，造成后期建筑物地基基础软硬分布不均匀。尤其对于机场建设，对地基软硬分布均匀度要求很高，这种耙吸船直接吹填的工艺不能满足要求。另外的施工工艺是在耙吸船吹填口接开放式水下铺砂装置，这种装置是在耙吸船吹填口接一个开放式导流板，使得耙吸船出口的泥砂沿着导流板轨迹流动完成铺砂。这种开放式的铺砂装置，在一定程度上提高了铺砂均匀度，但由于其装置是开放型设计，砂浆沿导流板在水下的流动控制性很差，难以解决泥砂的扩散与溢流问题，铺砂均匀度不能得到很好的保障，同时容易造成水体污染等一系列问题。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置。

本发明的目的是提供一种具有结构简单，施工环保，可控性高，单程铺砂面积大，均匀度高，操作成本低，铺砂效率高等特点的环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置。

本发明包括进口圆管，过渡管，矩形管，扩散段和内部长短导流板结构，整个铺砂装置采用全封闭式结构设计。铺砂装置的进口圆管与吹砂设备如耙吸船、绞吸船等的吹填口相连接，在进行水下铺砂施工时，具有一定浓度的水砂混合而成的砂浆由吹砂设备的吹填口进入铺砂装置。铺砂过程中砂浆完全在封闭的铺砂装置内流动，可以避免水下铺砂施工对水体环境的污染。

铺砂装置的进口圆管为圆形断面，与吹砂设备的吹填口相连。砂浆进入铺砂装置的进口圆管以后，将流入铺砂装置的过渡管。过渡管的横向截面由圆形逐渐过渡到矩形，其截面面积保持不变。过渡管内部依据水动力学原理采用流线型设计，保证砂浆流动的通畅性，减小水力损失。过渡管与矩形管相连，矩形管的截面形状完全为矩形，其截面面积依旧保持不变，在进口圆管，过渡管和矩形管内砂浆并不经历扩散的过程。矩形管之后是扩散段，在矩形管出口即扩散段入口处开始布置长导流板，过渡管截面形状由圆形过渡到矩形可以保证扩散段内导流板更均匀的布置。

铺砂装置扩散段的设计需要满足三点要求，一是实现单程大面积铺砂功能，二是实现均匀铺砂的功能，三是避免砂土沉降发生堵管。在扩散段内依据合理的水动力学原理设计，这三点要求通过以下技术方案得以实现。首先，通过扩散式结构设计实现单程大面积铺砂功能。扩散式结构形式，砂浆从进口到出口，在宽度方向尺寸逐渐增大，呈喇叭形扩散。扩散段在宽度方向的尺寸将大幅度扩大，大大提高了单程的铺砂面积，提高了铺砂效率。这一扩散式的设计，除了实现了单程大面积铺砂的功能外，还大大降低了出砂口的流速，减少了对已铺砂底床的冲击。其次，通过内部布置导流板实现均匀铺砂的功能。铺砂装置的扩散段截面形状为矩形，在扩散段入口矩形截面处开始布置多个长导流板，将扩散段的流动通道划分成若干个分支流道，对流入扩散段的砂浆进行分流，使得宽度方向上能够保证流量的均分，实现均匀铺砂的功能。同时，在各个分支流道内又布置了短导流板，可以进一步提高铺砂均匀度。扩散段内长短导流板的布置有以下特点，各个流动分支通道的过流面积按照从中心向两侧以一定比例系数增大的趋势设计，用以抵消扩散效应引起的中心区域铺砂量大，两侧铺砂量小的后果，实现均匀铺砂。最后，通过高度方向扁嘴式收缩结构保证免砂土沉降发生堵管。由于扩散段内过流面积不断增大，砂浆的流速在不断减小，为了保证砂浆的流速不能低于临界沉降流速，避免砂土在装置通道内发生沉降，产生堵管的严重后果，扩散段内的过流面积不能太大。为了达到这一要求，铺砂装置的扩散段在高度方向从进口到出口成收缩式的设计，在保证整个铺砂装置扩散段横截面积逐步加大的同时，又要兼顾过流面积不会太大，砂浆混合物的流速不能太低，以免发生沉降堵管。

砂浆在通过扩散段后，其流速在可控范围内，在减少对已铺砂底床的冲击的同时避免砂土发生沉降堵管，最终实现了环保的大面积高效率均匀的铺砂功能。

本发明环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置所采取的技术方案是：

一种环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置，其特点是：环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置由进口管、过渡管、矩形管、扩散段和内部导流板构成，进口管连接过渡管，过渡管连接矩形管，矩形管连接扩散段，扩散段设有内部导流板，进口管、过渡管、矩形管和扩散段构成封闭的铺砂管道。

本发明环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置还可以采用如下技术方案：

所述的环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置，其特点是：进口管为圆管，过渡管为圆形管过渡到矩形管，扩散段从进口到出口，在宽度方向尺寸逐渐增大，呈喇叭形扩散，出口断面的宽度方向尺寸比进口断面宽度方向尺寸增大5-40倍。

所述的环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置，其特点是：铺砂装置的扩散段，从进口到出口，在高度方向尺寸逐渐减小，呈扁嘴形收缩。

所述的环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置，其特点是：扩散段内部导流板分为长导流板和短导流板，长导流板分隔出的流动通道内又布置了短导流板，短导流板使得各分支流道内的砂浆二次分流，进一步提高了铺砂的均匀度。

所述的环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置，其特点是：扩散段内部长导流板和短导流板为垂直方向排布。

本发明具有的优点和积极效果是：

环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有结构简单，施工环保，可控性高，单程铺砂面积大，均匀度高，操作成本低，铺砂效率高等优点，可取得良好的经济效益，并能应用于其他类似特种工程船舶上。

附图说明

图1是本发明环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置结构示意图；

图2是环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置主视结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图。

图中，1、进口圆管；2、过渡管；3、矩形管；4、扩散段；5、短导流板；6、长导流板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1至图3。

实施例1

一种环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置，由进口管、过渡管、矩形管、扩散段和内部导流板构成，进口管连接过渡管，过渡管连接矩形管，矩形管连接扩散段，扩散段设有内部导流板，进口管、过渡管、矩形管和扩散段构成封闭的铺砂管道。进口管为圆管，过渡管为圆形管过渡到矩形管，扩散段从进口到出口，在高度方向尺寸逐渐减小，呈扁嘴形收缩，在宽度方向尺寸逐渐增大，呈喇叭形扩散，出口断面的宽度方向尺寸比进口断面宽度方向尺寸增大20倍。扩散段内部垂直方向布置长导流板，长导流板分隔出的流动通道内又垂直方向布置了短导流板，短导流板使得各分支流道内的砂浆二次分流，进一步提高了铺砂的均匀度。

本实施例的具体结构及其工作过程：

结合附图1至图3。一种环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置，在进行水下铺砂作业时，其进口圆管1与吹砂设备如耙吸船、绞吸船等的吹填口相连。由吹砂设备吹填口吹出的具有一定浓度的水砂混合砂浆从进口圆管1进入铺砂装置。在一定水压差的作用下，砂浆以一定流速进入过渡管2，过渡管2的截面形状由圆形逐步过渡到矩形，并保持截面面积不变。过渡管2之后是矩形截面的矩形管3，矩形管3的截面面积保持不变。砂浆流出矩形管3后将进入扩散段4，在扩散段4内布置有长导流板6和短导流板5。依据水动力学原理设计，在实施例中共布置了七个长导流板6和八个短导流板5。其中，长导流板6的起始位置位于矩形管3的出口处，而短导流板5的起始位置与矩形管3的出口处有一定距离。七个长导流板6和八个短导流板5分隔出的各个分支流道的横截面积，按照从中心到两侧以一定比例系数增大的规律布置。在扩散段4内，由于宽度方向的扩散作用，使得整个扩散段的过流面积从入口到出口逐渐增大，砂浆的流速逐步降低，在扩散段出口处，砂浆的流速降低到设计要求范围内，这样可以避免对已铺砂底床的冲击。铺砂装置出口处在宽度方向上尺寸大幅度扩大，大大增加了铺砂面积，提高了铺砂效率。而通过扩散段4内部长导流板6和短导流板5的分流导流作用，使得在铺砂装置出口处在宽度方向上砂浆的浓度分布更加均匀，提高了铺砂均匀度。同时，在保证宽度方向尺度尽可能大的扩散，提高铺砂面积的要求下，在高度方向尺寸的收缩设计，使得整个扩散段的过流面积从入口到出口逐渐增大的同时又控制在一定范围内，使得扩散段的过流面积不会太大，使得砂浆保持一定流速，保证砂浆的流速不会低于砂土颗粒的沉降速度，不会发生堵管。

该环保的水下封闭扩散式水力铺砂装置与吹砂设备如耙吸船、绞吸船等联合使用，可以完成高效率的大面积水下环保铺砂作业，能取得良好的经济效益，并能应用于其他类似特种工程船舶上。

本实施例具有所述的结构简单，施工环保，可控性高，单程铺砂面积大，均匀度高，操作成本低，铺砂效率高等积极效果，具有取得良好的经济效益，并能应用于其他类似特种工程船舶上。