一种零碳排放的水库清淤装置及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种零碳排放的水库清淤装置及其使用方法，本发明的水库清淤装置，其特征在于它包括清淤船、拉索直流电机、收索直流电机、拉簧、左横定滑轮、右横定滑轮、横向循环索、左岸纵向循环索、右岸纵向循环索、输沙管、左纵直流电机、右纵直流电机、左纵定滑轮、右纵定滑轮、输沙管升降直流电机、绞吸头升降直流电机、控制柜、太阳能板、蓄电池组、绞吸头和收放钢丝绳。本发明运用水压能量绞吸排沙原理，利用水库灌溉期间的流量和水库大坝上下游水位差能量，直接将水库泥沙通过绞吸头和输沙管排出到水库下游，节省了二次运输费用，同时利用太阳能和蓄电池驱动直流电机移动清淤船，实现了零碳排放。
【专利说明】一种零碳排放的水库清淤装置及其使用方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于水利机械【技术领域】，特别是涉及用于清除水库内淤积泥沙的一种零碳排放的水库清淤装置及其使用方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]现有的水库多数是在20世纪50— 60年代兴建的，缺乏有效的排沙设计，多年运行之后已普遍出现泥沙淤积现象，严重削减了水库的兴利库容。水库泥沙淤积使水库库容减小，降低蓄水能力，特别是西北地区，河流来沙量大，被泥沙淤积的水库甚至完全丧失水库功能。虽然水库设计有排沙底孔，但只能将口门附近的泥沙排走，且大流量排沙浪费水资源。
[0005]目前采用排出库底淤积泥沙的主要方式有:一是放干清淤，冬季降低水位，露出水面的泥沙被渣土车运走，花费大量运输费用；二是采用水力清淤，在洪水期利用大流量的能量将泥沙从水库排沙底孔排出，浪费宝贵的水资源；三是水下清淤，通过吸泥机械将高含沙水流输送到沉淀池，清水回归水库，淤泥使用渣土车运走；四是水下清淤排淤一体化，利用压力流或真空流将绞吸的泥沙通过输沙管道排出水库。前三种方式在推广应用中已形成产业，但耗能大、效率低，第四种方式充分利用水库大坝上下游压力差，将高含沙水流排出库夕卜，为高效节能措施，正在研究和完善中。
[0006]对水库清淤大多使用绞吸机械，使用柴油机绞吸库底泥沙，并通过大功率泥浆泵和管道输送泥沙到岸边或水库下游。这种清淤方法需要很高的能源，清淤船的功率一般在500KW以上，500KW柴油机每小时耗油130升，既消耗了能源，还污染了空气。
[0007]选择性水库自动清淤系统，专利号201320577368，在水坝泄洪闸口至水库中，安装主水管，其长度以水库容积为准，主水管连接若干吸淤管，每根吸淤管设若干吸淤口，在主水管中段设磁力阀门和变力浮标，泄洪闸开启后，水库中的水由于水压而进入吸淤口，泥沙砾石混入水中也进入吸淤口，水与泥沙砾石进入吸淤管又进入主水管，又通过泄洪闸口而流出，吸淤口及吸淤管附近的泥沙砾石因被吸走而地势变低，其周围高处的泥沙砾石又会向低处流动，周而复始，水库库底的泥沙砾石即被清理减至最佳状态，同时可根据水压，通过磁力阀门与变力浮标，可提升变力浮标浮力打开磁力阀门或降低变力浮标浮力关闭磁力阀门，分段吸淤。这个设计要放空水库铺设管网，管网吸淤口的疏密不好确定，吸淤口的吸力不大，多年沉积板结的淤泥无法排出，清淤效果不佳。
[0008]如何克服现有技术的不足已成为当水利机械【技术领域】中亟待解决的重点难题之
O
[0009]
【发明内容】
[0010]本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种零碳排放的水库清淤装置，本发明运用水压能量绞吸排沙原理，能够直接将水库泥沙通过绞吸头和输沙管排出到水库下游，节省了二次运输费用，同时利用太阳能和蓄电池驱动直流电机移动清淤船，实现了零碳排放。
[0011]根据本发明提出的一种零碳排放的水库清淤装置，其特征在于它包括清淤船、拉索直流电机、收索直流电机、拉簧、左横定滑轮、右横定滑轮、横向循环索、左岸纵向循环索、右岸纵向循环索、输沙管、左纵直流电机、右纵直流电机、左纵定滑轮、右纵定滑轮、输沙管升降直流电机、绞吸头升降直流电机、控制柜、太阳能板、蓄电池组、绞吸头和收放钢丝绳，其中:所述清淤船为水面浮体，其上安装由控制柜操控的拉索直流电机、收索直流电机、输沙管升降直流电机和绞吸头升降直流电机；控制柜通过输沙管升降电机和绞吸头升降直流电机，操控绞吸头和输沙软管由水库底上移至水面的位移；收放钢丝绳控制绞吸头距离水库底的高度以及绞吸头的倾斜度；左岸纵向循环索套在左纵定滑轮和左纵直流电机上，通过左横定滑轮使横向循环索与左岸纵向循环索连接；右岸纵向循环索套在右纵定滑轮和右纵直流电机上，通过右横定滑轮使横向循环索与右岸纵向循环索连接；横向循环索的一端连接拉簧绕过左横定滑轮后在拉索直流电机上绕3圈，再绕过右横定滑轮后在收索直流电机上绕多圈固定，收索直流电机控制横向循环索的长度和绷紧度；左岸纵向循环索和右岸纵向循环索均为闭环设置，左纵直流电机控制左岸纵向循环索旋转，右纵直流电机控制右岸纵向循环索旋转，拉索直流电机控制横向循环索旋转；船顶上的太阳能板的各正极均与蓄电池组的正极并联连接，太阳能板的各负极均与蓄电池组的负极并联连接，装置所有的直流电机的正极和负极均与控制柜连接，该控制柜与蓄电池组的正负极连接。
[0012]本发明与现有技术相比其显著优点在于:一是本发明运用水压能量绞吸排沙原理，利用水库灌溉期间的流量和水库大坝上下游水位差能量，能够直接将水库泥沙通过绞吸头和输沙管排出至水库下游，由控制柜自动操控进行三维移动，使得断面线上5m范围内的泥沙被清吸干净；且可实现全天候的连续工作，节省了二次运输费用。二是本发明利用清淤船作为移动控制平台，以控制柜为核心，自动操控船体左右横向移动和前后纵向移动，并控制绞吸头的上下移动，达到最大效率的清淤效果，并可在一个作业点完成后继续新的断面上清淤处理，机动性好。三是本发明利用太阳能和蓄电池驱动直流电机移动清淤船，实现了零碳排放，完全符合环境保护的要求。
[0013]
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明提出的一种零碳排放的水库清淤装置的主视结构示意图。
[0015]图2是本发明提出的一种零碳排放的水库清淤装置的俯视结构示意图。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0018]结合图1和图2，本发明提出的一种零碳排放的水库清淤装置，它包括清淤船(I)、拉索直流电机(2 )、收索直流电机(3 )、拉簧(4 )、左横定滑轮(5 )、右横定滑轮(6 )、横向循环索(7 )、左岸纵向循环索(8 )、右岸纵向循环索(9 )、输沙管(10 )、左纵直流电机(11)、右纵直流电机(12)、左纵定滑轮(13)、右纵定滑轮(14)、输沙管升降直流电机(15)、绞吸头升降直流电机(16)、控制柜(17)、太阳能板(18)、蓄电池组(19)、绞吸头(20)和收放钢丝绳(21)，其中:所述清淤船(I)为水面浮体，其上安装由控制柜(17)操控的拉索直流电机(2)、收索直流电机(3)、输沙管升降直流电机(15)和绞吸头升降直流电机(16);控制柜(17)通过输沙管升降电机(15)和绞吸头升降直流电机(16)，操控绞吸头(20)和输沙软管(10)由水库底上移至水面的位移；收放钢丝绳(21)控制绞吸头(20)距离水库底的高度以及绞吸头(20 )的倾斜度；左岸纵向循环索(8 )套在左纵定滑轮(13 )和左纵直流电机(11)上，通过左横定滑轮(5 )使横向循环索(7 )与左岸纵向循环索(8 )连接；右岸纵向循环索(9 )套在右纵定滑轮(14)和右纵直流电机(12)上，通过右横定滑轮(6)使横向循环索(7)与右岸纵向循环索(9 )连接；横向循环索(7 )的一端连接拉簧(4 )绕过左横定滑轮(5 )后在拉索直流电机
(2)上绕3圈，再绕过右横定滑轮(6)后在收索直流电机(3)上绕多圈固定，收索直流电机
(3)控制横向循环索的长度和绷紧度；左岸纵向循环索(8)和右岸纵向循环索(9)均为闭环设置，左纵直流电机(11)控制左岸纵向循环索(8)旋转，右纵直流电机(12)控制右岸纵向循环索(9)旋转，拉索直流电机(2)控制横向循环索旋转；船顶上的太阳能板(18)的各正极均与蓄电池组(19)的正极并联连接，太阳能板(18)的各负极均与蓄电池组(19)的负极并联连接，装置所有的直流电机的正极和负极均与控制柜(17)连接，该控制柜(17)与蓄电池组(19)的正负极连接。
[0019]本发明所述一种零碳排放的水库清淤装置的进一步优选方案是:所述太阳能板
(18)的电功率为每块100W、每块工作电压为17.5V，将由该太阳能板(18)蓄能供电，驱动清淤船(I)在水库区的水面移动；所述蓄电池组(19)为100AHU2V，以存蓄太阳能板的发电量；所述控制柜(17)采用PLC控制柜或变频控制柜。
[0020]本发明所述一种零碳排放的水库清淤装置的使用方法，其特征在于它包括如下具体步骤:
步骤一，绞吸头(20)位于水库底，利用水库上下游水力压差将高含沙水流通过输沙管输送到水库下游，由控制柜(17)操控清淤船(I)进行三维移动，并在零碳排放的条件下全天候连续工作；
步骤二，由清淤船(I)提供浮力吊提绞吸头(20)在水下移动，控制柜(17)及其附件在库区水面上运动，绞吸头(20)在水库底进行三维移动清除水库内所有泥沙；
步骤三，在水库两侧设置左岸纵向循环索(8)和右岸纵向循环索(9)，由固定在地面基础上的左纵定滑轮(13)和左纵直流电机(11)将左岸纵向循环索(8)绷紧，由固定在地面基础上的右纵定滑轮(14)和右纵直流电机(12)将右岸纵向循环索(9)绷紧，由控制柜(17)操控左纵直流电机(11)和右纵直流电机(12 )运转；
步骤四，清淤船(I)与左岸纵向循环索(8)和右岸纵向循环索(9)之间用开口横向循环索(7)连接，横向循环索(7) —端固定在拉簧(4)上，另一端经左横定滑轮(5)连接到驱动拉索直流电机(2)上，再经右横定滑轮(6)连接到绷紧收索直流电机(3)上，便于在左右岸纵向循环索不平行的情况下能够绷紧；
步骤五，控制柜(17)为清淤船(I)的中枢指挥核心，其操控驱动拉索直流电机(2)的正转和反转，以控制清淤船(I)来回运动；其操控输沙管升降直流电机(15)和绞吸头升降直流电机(16)，以控制绞吸头(20)与水库底的距离，从而控制绞吸头(20)内泥沙的浓度；
步骤六，控制柜(17 )操控拉索直流电机(2 )正反运转，以控制清淤船(I)在横断面上自动来回移动，使断面线上5m范围内的泥沙被清吸干净；
步骤七，控制柜(17)和所有直流电机的用电电源线接到蓄电池(19)上，位于船顶的太阳能(18)充电电源线接到蓄电池组(19)上给蓄电池补充电能；
步骤八，控制柜(17)操控输沙管升降直流电机(15)和绞吸头升降直流电机(16)，将绞吸头(20)和输沙软管(10)由水库底上移到水面，然后加接延长输沙软管(10);操控左纵直流电机(11)和右纵直流电机(12 )运转，分别控制左岸纵向循环索(8 )和右岸纵向循环索
(9)向前步进，使得清淤船(I)在新的断面上继续清淤。
[0021]以下结合本发明提出的一种零碳排放的水库清淤装置及其使用方法的具体实施过程来进一步说明本发明的实施例。
[0022]本发明的装置，运用自动控制技术，在控制柜(17)的操控下，拉索直流电机(2)工作，驱动清淤船(I)横向向左岸移动，到达左岸时，控制柜(17)监测到清淤船(I)接近左横定滑轮(5)时控制拉索直流电机(2)反转，驱动清淤船(I)横向向右岸移动；同理，清淤船Cl)到达右岸时，控制柜(17)监测到清淤船(I)接近右横定滑轮(6)时控制拉索直流电机(2 )正转，驱动清淤船(I)横向向左岸移动，如此循环往复，驱动清淤船(I)在水库区断面上移动，清除水库底淤泥；所述控制柜(17)为PLC智能控制柜。
[0023]本发明的装置，以清淤船(I)为移动控制平台，以控制柜(17)为中枢核心，操控拉索直流电机(2 )运转，控制清淤船(I)横向移动，操控左纵直流电机(11)和右纵直流电机(12)运转，控制清淤船(I)纵向移动，操控绞吸头升降电机(16)运转，控制绞吸头(20)处于距离水库底泥面的最佳高度。
[0024]本发明装置的所有直流电机的工作电压均为24V，由太阳能板(18)对蓄电池组
(19)进行充电，以保证清淤船(I)实现全天候不间断地工作；其中:所述太阳能板(18)为每块电功率为100W、每块工作电压为17.5V ;所述蓄电池组(19)为100AH、12V。
[0025]本发明的绞吸头(20)有工作状态传感器，控制柜(17)实时监测绞吸头(20)的工作状态，并通过输沙管升降直流电机(15)调整绞吸头(20)的倾斜度，通过绞吸头升降直流电机(16)调整绞吸头(20)的潜水深度，保证绞吸头(20)始终正常工作。
[0026]本发明的装置在一个5?10米的带状断面范围内淤泥清除完毕，控制柜(17)操作输沙管升降直流电机(15)、绞吸头升降直流电机(16)运转将吸泥头(20)和输沙软管(10)吊起，加接延长6?12米输沙软管，操控左纵直流电机(11)和右纵直流电机(12)运转，分别控制左岸纵向循环索(8)和右岸纵向循环索(9)向前步进5米，使清淤船(I)在新的断面上继续吸泥清淤工作，直到水库底泥沙被全部清除完毕。
[0027]本发明的【具体实施方式】中凡未涉到的说明属于本【技术领域】的公知技术，可参考公知技术加以实施。
[0028]本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。
【权利要求】
1.一种零碳排放的水库清淤装置，其特征在于它包括清淤船(I)、拉索直流电机(2)、收索直流电机(3)、拉簧(4)、左横定滑轮(5)、右横定滑轮(6)、横向循环索(7)、左岸纵向循环索(8 )、右岸纵向循环索(9 )、输沙管(10 )、左纵直流电机(11)、右纵直流电机(12 )、左纵定滑轮(13)、右纵定滑轮(14)、输沙管升降直流电机(15)、绞吸头升降直流电机(16)、控制柜(17)、太阳能板(18)、蓄电池组(19)、绞吸头(20)和收放钢丝绳(21)，其中:所述清淤船(I)为水面浮体，其上安装由控制柜(17)操控的拉索直流电机(2 )、收索直流电机(3 )、输沙管升降直流电机(15)和绞吸头升降直流电机(16);控制柜(17)通过输沙管升降电机(15)和绞吸头升降直流电机(16)，操控绞吸头(20)和输沙软管(10)由水库底上移至水面的位移；收放钢丝绳(21)控制绞吸头(20)距离水库底的高度以及绞吸头(20)的倾斜度；左岸纵向循环索(8 )套在左纵定滑轮(13 )和左纵直流电机(11)上，通过左横定滑轮(5 )使横向循环索(7)与左岸纵向循环索(8)连接；右岸纵向循环索(9)套在右纵定滑轮(14)和右纵直流电机(12 )上，通过右横定滑轮(6 )使横向循环索(7 )与右岸纵向循环索(9 )连接；横向循环索(7)的一端连接拉簧(4)绕过左横定滑轮(5)后在拉索直流电机(2)上绕3圈，再绕过右横定滑轮(6)后在收索直流电机(3)上绕多圈固定，收索直流电机(3)控制横向循环索的长度和绷紧度；左岸纵向循环索(8)和右岸纵向循环索(9)均为闭环设置，左纵直流电机(II)控制左岸纵向循环索(8)旋转，右纵直流电机(12 )控制右岸纵向循环索(9 )旋转，拉索直流电机(2)控制横向循环索旋转；船顶上的太阳能板(18)的各正极均与蓄电池组(19)的正极并联连接，太阳能板(18)的各负极均与蓄电池组(19)的负极并联连接，装置所有的直流电机的正极和负极均与控制柜(17)连接，该控制柜(17)与蓄电池组(19)的正负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种零碳排放的水库清淤装置，其特征在于所述太阳能板(18)的电功率为每块100W、每块工作电压为17.5V。
3.根据权利要求1所述的一种零碳排放的水库清淤装置，其特征在于所述蓄电池组(19)为100AH、12V。
4.根据权利要求1所述的一种零碳排放的水库清淤装置，其特征在于所述控制柜(17)为PLC控制柜或变频控制柜。
5.根据权利要求1所述的一种零碳排放的水库清淤装置的使用方法，其特征在于它包括如下具体步骤: 步骤一，绞吸头(20)位于水库底，利用水库上下游水力压差将高含沙水流通过输沙管输送到水库下游，由控制柜(17)操控清淤船(I)进行三维移动，并在零碳排放的条件下全天候连续工作； 步骤二，由清淤船(I)提供浮力吊提绞吸头(20)在水下移动，控制柜(17)及其附件在库区水面上运动，绞吸头(20)在水库底进行三维移动清除水库内所有泥沙； 步骤三，在水库两侧设置左岸纵向循环索(8)和右岸纵向循环索(9)，由固定在地面基础上的左纵定滑轮(13)和左纵直流电机(11)将左岸纵向循环索(8)绷紧，由固定在地面基础上的右纵定滑轮(14)和右纵直流电机(12)将右岸纵向循环索(9)绷紧，由控制柜(17)操控左纵直流电机(11)和右纵直流电机(12 )运转； 步骤四，清淤船(I)与左岸纵向循环索(8)和右岸纵向循环索(9)之间用开口横向循环索(7)连接，横向循环索(7) —端固定在拉簧(4)上，另一端经左横定滑轮(5)连接到驱动拉索直流电机(2)上，再经右横定滑轮(6)连接到绷紧收索直流电机(3)上，便于在左右岸纵向循环索不平行的情况下能够绷紧； 步骤五，控制柜(17)为清淤船(I)的中枢指挥核心，其操控驱动拉索直流电机(2)的正转和反转，以控制清淤船(I)来回运动；其操控输沙管升降直流电机(15)和绞吸头升降直流电机(16)，以控制绞吸头(20)与水库底的距离，从而控制绞吸头(20)内泥沙的浓度； 步骤六，控制柜(17 )操控拉索直流电机(2 )正反运转，以控制清淤船(I)在横断面上自动来回移动，使断面线上5m范围内的泥沙被清吸干净； 步骤七，控制柜(17)和所有直流电机的用电电源线接到蓄电池(19)上，位于船顶的太阳能(18)充电电源线接到蓄电池组(19)上给蓄电池补充电能； 步骤八，控制柜(17)操控输沙管升降直流电机(15)和绞吸头升降直流电机(16)，将绞吸头(20)和输沙软管(10)由水库底上移到水面，然后加接延长输沙软管(10);操控左纵直流电机(11)和右纵直流电机(12 )运转，分别控制左岸纵向循环索(8 )和右岸纵向循环索(9)向前步进，使得清淤船(I)在新的断面上继续清淤。
【文档编号】E02F3/90GK104264730SQ201410462917
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】舒大兴 申请人:河海大学