一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统及其清淤方法与流程

1.本发明涉及水利技术领域，尤其是涉及一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统及其清淤方法。


背景技术：

2.蓄水洞库由地下洞室群和配套进出口设施组成，按功能可分为防洪型蓄水洞库、排涝型蓄水洞库和供水型蓄水洞库等，由于工程功能运行及总体布置方案等要求，蓄水洞库常设置于山脉岩石中，洞线主体整体呈现网格状、线路长、埋深大等特点；受选址影响，部分蓄水洞库的工程所在的流域水体含沙量较大，洞库进口段高度差较小，洞库主体洞段沿程坡度较缓，在蓄水时，部分洞段水流流速较慢，泥沙极易淤积在相应洞段；为保障洞库正常运行、发挥工程效益，需要及时进行清淤排沙。
3.现有技术中，蓄水洞库清淤排沙方法包括：在进口处设置拦沙坎、沉沙池，利用临近出口的封堵段设置沉沙池采用水泵就近抽排，如公开号cn103938591b，公开了一种减少多沙河流水库淤积的方法，该申请采用在水库中修建拦沙潜坝的方法，将水库分为清水和浑水两个库区，利用输沙涵洞将大坝上游远处的含沙水流高效排出水库，实现了水库蓄水和排沙两不误的目标，扩大了水库降水冲刷距离；对于由拦沙潜坝翻溢到坝前库区的细颗粒泥沙则利用潜水抽沙泵水库清淤方式通过大坝泄洪洞排至库外；针对库区河道出现的宽浅、弯曲的淤积形态则利用潜水抽沙泵挖沙疏浚方式塑造有利于异重流输移的库区顺直河槽，提高水库自然排沙效果。
4.现有技术中的蓄水洞库清淤过程一般为先沉积再抽离，沉积过程是在蓄水洞库泥沙较多的路段设置拦沙坝和沉沙池，拦沙坝和沉沙池可以将洞库中的泥沙沉积在沉沙池中，再通过外部装置将沉沙池中的泥沙逐个清除，同时，在抽离过程中，使用的是外接能源的独立装置，清淤效率低且能耗极大；通过总结得出现有技术存在以下问题：首先，清淤装置为独立运行，在对蓄水洞库沿程多个相对低洼且泥沙淤积较多的洞段进行清淤时，需要逐一分段清淤，清淤效率低，其次，现有清淤装置多采用外接能源，清淤过程中能耗较高，因此需要提供一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的蓄水洞库清淤装置效率低、能耗高的问题，本技术提供了一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统及其清淤方法，通过设置多个连通的清淤单元，实现连续长距离同时清淤，清淤效率显著提高，清淤单元包括势能传动部和积淤部，势能传动部将自然界中的压力势能作为能源，将积淤部顶出沉沙池，再通过水平牵引装置将积淤部中的泥沙移出蓄水洞库，清淤能耗显著减小。
6.本发明的具体技术方案为：一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统，包括水平牵引装置和若干个设置在蓄水洞库中的通过管道连通的清淤单元，清淤单元包括沉沙池和位于沉沙池内的若干个设置在
管道上的清淤装置，所述清淤装置包括势能传动部和积淤部，所述势能传动部包括竖直设置在管道上且与管道顶部连通的压力管和位于压力管内的活塞，所述管道顶部设有支撑件，所述支撑件一端与活塞连接，另一端与积淤部底部抵接；所述积淤部包括盛沙容器，所述盛沙容器底部与支撑件顶部抵接，所述盛沙容器侧面与水平牵引装置连接，所述管道上设有进水阀门、出水阀门，所述进水阀门位于管道进水口出处，所述出水阀门为管道出水口处。
7.本技术提供了一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统，可达到清淤效率高、能耗低的技术效果；清淤系统由多个清淤单元组成，清淤单元中的清淤装置利用自然界中的压力势能作为能源进行清淤作业，积淤部的作用为容纳淤积泥沙，势能传动部的作用为将压力势能转化为动能，势能传动部将积淤部顶出沉沙池，然后再通过水平牵引装置将顶出沉沙池的淤积部牵引出沉沙池，该系统作业时，先同时开启进水阀门和出水阀门，使管道内充满水，管道内充满水后关闭出水阀门，压力管与管道连通，当管道中充满水后，活塞的下表面会受到水流产生的向上的压力，当活塞、支撑杆以及装载泥沙的盛沙容器共同产生的重力小于水流产生的压力时，活塞、支撑件以及盛沙容器则会在水压的作用下向上运动，即可完成将盛沙容器顶出沉沙池的过程，在通过水平牵引装置将盛沙容器拉出蓄水洞库即可完成清淤作业，通过自然界中的压力势能作为清淤作业的能源，使清淤耗能显著减小，若水库水位较低，盛沙容器未能由水库势能全部顶出沉沙池，此时关闭进水阀门，打开管道增压器，使盛沙容器抬升至洞底，下游河道水位低于出口，可放空管道内水，清淤装置复位至沉沙池底。
8.作为优选，所述压力管顶部的内管壁上设有挡块，所述压力管的内径与活塞的外径匹配，通过设置挡块可以限制活塞的移动行程，使活塞仅在压力管道内移动。
9.作为优选，所述支撑件包括与盛沙容器底部抵接的支撑台以及用于连接支撑台和活塞的支撑杆，所述支撑杆和活塞的总高度大于压力管的高度，所述支撑杆的外径小于压力管的内径。
10.作为优选，所述支撑件的顶面设有与蓄水洞库中轴线平行的支撑轨道(20)，所述支撑轨道两端设有与支撑轨道连接且同向的运行轨道(13)，所述运行轨道位于蓄水洞库的内底面上；盛沙容器可沿运行轨道进行横向位移，防止盛沙容器在横向位移时发生侧翻，支撑轨道可以限制盛沙容器位移，防止积淤部在垂直移动时水平移动和侧翻。
11.作为优选，所述盛沙容器外侧套设有沙槽(11)，所述沙槽底部与压力管顶部连通，所述沙槽的内径与盛沙容器外径匹配；沙槽的作用为限制盛沙容器位移，防止盛沙容器发生晃动侧翻，将盛沙容器的外径设置成与沙槽的内径相匹配，可以防止淤积泥沙通过沙槽与盛沙容器的间隙进入到压力管，阻碍活塞在压力管中的位移，减少磨损，增加设备耐用性。
12.作为优选，所述盛沙容器侧面设有牵引扣，所述牵引扣与水平牵引装置可拆卸链接；牵引扣与水平牵引装置连接后，水平牵引装置通过牵引扣将盛沙容器拉出蓄水洞库。
13.作为优选，所述管道进水口处设有增压器，所述增压器位于管道的进水口处；增压器则是在压力管道内的水压不足时，通过增压器对管道进行辅助增压，以保证清淤作业顺利完成。
14.作为优选，所述水平牵引装置包括动力牵引机和牵引绳，所述动力牵引机位于蓄
水洞库的洞口处，所述牵引绳的一端与动力牵引机连接，另一端与盛沙容器可拆卸连接；动力牵引机设置在蓄水洞库的洞口处，牵引绳与盛沙容器连接，动力牵引机和牵引绳可将盛沙容器拉出或拉入沉沙池，完成将淤积泥沙移出蓄水洞库的作用。
15.一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统的清淤方法，包括以下步骤：(1)沿蓄水洞库泥沙淤积路段铺设管道和清淤单元，管道的进水口与水库连通，管道的出水口与下游河道连通，相邻的压力管道通过管道连接；(2)开始清淤作业，先同时开启进水阀门和出水阀门，使水库中的水流入管道和压力管道，待管道和压力管道充满水后，关闭出水阀门，待盛沙容器被支撑件顶出沉沙池后，关闭进水阀门；(3)将步骤(2)中被顶出盛沙容器与水平牵引装置连接，启动水平牵引装置将盛沙容器拉出蓄水洞库，清除盛沙容器中的泥沙；(4)通过水平牵引装置将步骤(3)中清理干净的盛沙容器拉回至支撑件上，开启出水阀门，盛沙容器退回到沉沙池中，完成清淤作业。
16.本技术还提供了一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统的清淤方法，该方法可以实现清淤效率高、清淤能耗低的技术效果，再进行清淤作业时，多个清淤单元可同时对蓄水洞库沿线的沉沙池进行清淤，所需的清淤时间显著减少，所需的清淤能耗也显著减少，清淤效率高且清淤能耗低。
17.与现有技术相比，本技术具有以下技术效果：(1)本技术通过在沉沙池中设置清淤单元进行清淤作业，清淤单元利用自然界中的压力势能作为能源对沉沙池进行清淤作业，清淤能耗显著低于现有技术；(2)本技术将蓄水洞库中的多个清淤单元连接，蓄水洞库沿线内的多个清淤单元可同时进行清淤，清淤效率显著高于现有技术且清淤能耗显著低于现有技术。
附图说明
18.图1是本发明的结构示意图。
19.图2是本发明清淤单元的截面图。
20.图3是本发明清淤装置的截面图。
21.图中，水平牵引装置1、清淤单元2、沉沙池3、清淤装置4、势能传动部5、积淤部6、压力管7、活塞8、支撑件9、支撑杆901、支撑台902、盛沙容器10、沙槽11、牵引扣12、运行轨道13、进水阀门14、出水阀门15、增压器16、动力牵引机17、牵引绳18、管道19、支撑轨道20和挡块21。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
23.实施例1：如图1和图2所示，一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统，包括水平牵引装置1和三个设置在蓄水洞库中的通过管道19连通的清淤单元2，清淤单元包括沉沙池3和位于沉沙池内的若干个竖直设置在管道上的清淤装置4，沉沙池为混凝土浇筑，尺寸为长8.9m，宽7m，深4m；清淤装置以三横四纵方式排列在沉沙池中，清淤装置包括竖直连接在管道侧面的势
能传动部5和设置在势能传动部顶端的积淤部6，管道直径为1m，管道上的进水口处设有进水阀门14和增压器16，增压器为螺杆启闭机，管道的出水口处设有出水阀门15，水平牵引装置包括动力牵引机17和牵引绳18，动力牵引机位于蓄水洞库的洞口处，牵引绳的一端与动力牵引机连接，另一端与积淤部可拆卸连接，蓄水洞库内的洞底面上设有运行轨道13，积淤部与运行轨道滑动连接。
24.如图3所示，清淤装置包括势能传动部包括竖直设置在管道顶部的压力管7和压力管内的活塞8，压力管顶部的内管壁上设有挡块21，压力管的高度为2m，内径为1m；活塞的外径为1m，厚度为0.2m；活塞顶部设有支撑件9，支撑件包括与盛沙容器抵接的支撑台902和连接支撑台和活塞支撑杆901，支撑杆的高度为1.8m，外径为0.5m；支撑台上设有支撑轨道20，支撑轨道与运行轨道匹配，积淤部包括盛沙容器10、套设在盛沙容器外侧的沙槽11和设置在盛沙容器侧面的牵引扣12，沙槽底部与压力管的顶部连通，盛沙容器与支撑台的顶部抵接，支撑台上设有与蓄水洞库中轴线水平的支撑轨道，支撑轨道两端分别与运行轨道连接，牵引扣与牵引绳可拆卸连接，沙槽的槽内尺寸为长2m、宽2m、深1m，盛沙容器的底部设有滑轮，滑轮位于轨道上，盛沙容器的尺寸为长2m、宽2m、深1m，壁厚0.01m，盛沙容器的材质为不锈钢，不锈钢外侧设有耐磨耐腐蚀涂层。
25.一种蓄水洞库连续长距离节能清淤系统的清淤方法，包括以下步骤：(1)沿蓄水洞库泥沙路段设置清淤单元，相邻清淤单元通过管道连接，管道的进水口与水库连通，管道的出水口与下游河道连通；(2)清淤时，先同时开启进水阀门和出水阀门，使水库中的水流入管道，待管道充满水后，关闭出水阀门，待盛沙容器被顶出沉沙池后，关闭进水阀门；(3)将步骤(2)中被顶出盛沙容器与牵引绳连接，启动动力牵引机将盛沙容器沿轨道拉出蓄水洞库，清除盛沙容器中的泥沙；(4)将清理干净的盛沙容器通过牵引绳拉回至沙槽内的支撑台上，开启出水阀门，盛沙容器退回到沙槽中，完成清淤作业。
26.实施例2(不连续清淤)使用实施例1的方法对蓄水洞库进行不连续清淤作业，蓄水洞库设有10个清淤单元，每个清淤单元独立进行清淤，清淤所需操作人员2名，清淤所需时间为30min，完成清淤作业总体清淤时间为300min，动力牵引机功率为4.5kw，总清淤能耗为90kw。
27.实施例3(连续清淤)对实施例2中的蓄水洞库进行连续清淤，清淤所需操作人员2名，完成清淤作业的总清淤时间为180min，总清淤能耗为9kw。
28.对比例1(抽沙清淤)使用现有技术对实施例2中的蓄水洞库进行清淤时，清淤所需操作人员2名，排沙装置为清淤排沙机(400mm，315kw)，完成清淤作业的总清淤时间600min，总清淤能耗为3150kw。
29.通过实施例2、实施例3和对比例1的操作结果可以看出，本技术提供的技术方案与现有技术方案相比清淤效率显著提高、清淤能耗显著减小，在连续清淤作业时，随着蓄水洞库中清淤单元个数的增加，本技术在清淤作业时所提升的清淤效率和节能效率也在增加。
30.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明
技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。