本發(fā)明屬于水下鋪砂技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置。

背景技術(shù)：

目前，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的迅猛發(fā)展使得填海造地工程越來(lái)越多，在填海造地工程中需要通過(guò)吹填完成水下鋪砂。以往采取的施工工藝主要有在吹填區(qū)建造圍堰，通過(guò)耙吸船直接進(jìn)行吹填，完成填海鋪砂。這種施工工藝的缺陷主要是吹填區(qū)鋪砂濃度與砂土粒徑分布不均勻，造成后期建筑物地基基礎(chǔ)軟硬分布不均勻。尤其對(duì)于機(jī)場(chǎng)建設(shè)，對(duì)地基軟硬分布均勻度要求很高，這種耙吸船直接吹填的工藝不能滿足要求。另外的施工工藝是在耙吸船吹填口接開放式水下鋪砂裝置，這種裝置是在耙吸船吹填口接一個(gè)開放式導(dǎo)流板，使得耙吸船出口的泥砂沿著導(dǎo)流板軌跡流動(dòng)完成鋪砂。這種開放式的鋪砂裝置，在一定程度上提高了鋪砂均勻度，但由于其裝置是開放型設(shè)計(jì)，砂漿沿導(dǎo)流板在水下的流動(dòng)控制性很差，難以解決泥砂的擴(kuò)散與溢流問(wèn)題，鋪砂均勻度不能得到很好的保障，同時(shí)容易造成水體污染等一系列問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置。

本發(fā)明的目的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工環(huán)保，可控性高，單程鋪砂面積大，均勻度高，操作成本低，鋪砂效率高等特點(diǎn)的環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置。

本發(fā)明包括進(jìn)口圓管，過(guò)渡管，矩形管，擴(kuò)散段和內(nèi)部長(zhǎng)短導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，整個(gè)鋪砂裝置采用全封閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鋪砂裝置的進(jìn)口圓管與吹砂設(shè)備如耙吸船、絞吸船等的吹填口相連接，在進(jìn)行水下鋪砂施工時(shí)，具有一定濃度的水砂混合而成的砂漿由吹砂設(shè)備的吹填口進(jìn)入鋪砂裝置。鋪砂過(guò)程中砂漿完全在封閉的鋪砂裝置內(nèi)流動(dòng)，可以避免水下鋪砂施工對(duì)水體環(huán)境的污染。

鋪砂裝置的進(jìn)口圓管為圓形斷面，與吹砂設(shè)備的吹填口相連。砂漿進(jìn)入鋪砂裝置的進(jìn)口圓管以后，將流入鋪砂裝置的過(guò)渡管。過(guò)渡管的橫向截面由圓形逐漸過(guò)渡到矩形，其截面面積保持不變。過(guò)渡管內(nèi)部依據(jù)水動(dòng)力學(xué)原理采用流線型設(shè)計(jì)，保證砂漿流動(dòng)的通暢性，減小水力損失。過(guò)渡管與矩形管相連，矩形管的截面形狀完全為矩形，其截面面積依舊保持不變，在進(jìn)口圓管，過(guò)渡管和矩形管內(nèi)砂漿并不經(jīng)歷擴(kuò)散的過(guò)程。矩形管之后是擴(kuò)散段，在矩形管出口即擴(kuò)散段入口處開始布置長(zhǎng)導(dǎo)流板，過(guò)渡管截面形狀由圓形過(guò)渡到矩形可以保證擴(kuò)散段內(nèi)導(dǎo)流板更均勻的布置。

鋪砂裝置擴(kuò)散段的設(shè)計(jì)需要滿足三點(diǎn)要求，一是實(shí)現(xiàn)單程大面積鋪砂功能，二是實(shí)現(xiàn)均勻鋪砂的功能，三是避免砂土沉降發(fā)生堵管。在擴(kuò)散段內(nèi)依據(jù)合理的水動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)，這三點(diǎn)要求通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。首先，通過(guò)擴(kuò)散式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單程大面積鋪砂功能。擴(kuò)散式結(jié)構(gòu)形式，砂漿從進(jìn)口到出口，在寬度方向尺寸逐漸增大，呈喇叭形擴(kuò)散。擴(kuò)散段在寬度方向的尺寸將大幅度擴(kuò)大，大大提高了單程的鋪砂面積，提高了鋪砂效率。這一擴(kuò)散式的設(shè)計(jì)，除了實(shí)現(xiàn)了單程大面積鋪砂的功能外，還大大降低了出砂口的流速，減少了對(duì)已鋪砂底床的沖擊。其次，通過(guò)內(nèi)部布置導(dǎo)流板實(shí)現(xiàn)均勻鋪砂的功能。鋪砂裝置的擴(kuò)散段截面形狀為矩形，在擴(kuò)散段入口矩形截面處開始布置多個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)流板，將擴(kuò)散段的流動(dòng)通道劃分成若干個(gè)分支流道，對(duì)流入擴(kuò)散段的砂漿進(jìn)行分流，使得寬度方向上能夠保證流量的均分，實(shí)現(xiàn)均勻鋪砂的功能。同時(shí)，在各個(gè)分支流道內(nèi)又布置了短導(dǎo)流板，可以進(jìn)一步提高鋪砂均勻度。擴(kuò)散段內(nèi)長(zhǎng)短導(dǎo)流板的布置有以下特點(diǎn)，各個(gè)流動(dòng)分支通道的過(guò)流面積按照從中心向兩側(cè)以一定比例系數(shù)增大的趨勢(shì)設(shè)計(jì)，用以抵消擴(kuò)散效應(yīng)引起的中心區(qū)域鋪砂量大，兩側(cè)鋪砂量小的后果，實(shí)現(xiàn)均勻鋪砂。最后，通過(guò)高度方向扁嘴式收縮結(jié)構(gòu)保證免砂土沉降發(fā)生堵管。由于擴(kuò)散段內(nèi)過(guò)流面積不斷增大，砂漿的流速在不斷減小，為了保證砂漿的流速不能低于臨界沉降流速，避免砂土在裝置通道內(nèi)發(fā)生沉降，產(chǎn)生堵管的嚴(yán)重后果，擴(kuò)散段內(nèi)的過(guò)流面積不能太大。為了達(dá)到這一要求，鋪砂裝置的擴(kuò)散段在高度方向從進(jìn)口到出口成收縮式的設(shè)計(jì)，在保證整個(gè)鋪砂裝置擴(kuò)散段橫截面積逐步加大的同時(shí)，又要兼顧過(guò)流面積不會(huì)太大，砂漿混合物的流速不能太低，以免發(fā)生沉降堵管。

砂漿在通過(guò)擴(kuò)散段后，其流速在可控范圍內(nèi)，在減少對(duì)已鋪砂底床的沖擊的同時(shí)避免砂土發(fā)生沉降堵管，最終實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的大面積高效率均勻的鋪砂功能。

本發(fā)明環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置所采取的技術(shù)方案是：

一種環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置，其特點(diǎn)是：環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置由進(jìn)口管、過(guò)渡管、矩形管、擴(kuò)散段和內(nèi)部導(dǎo)流板構(gòu)成，進(jìn)口管連接過(guò)渡管，過(guò)渡管連接矩形管，矩形管連接擴(kuò)散段，擴(kuò)散段設(shè)有內(nèi)部導(dǎo)流板，進(jìn)口管、過(guò)渡管、矩形管和擴(kuò)散段構(gòu)成封閉的鋪砂管道。

本發(fā)明環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置還可以采用如下技術(shù)方案：

所述的環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置，其特點(diǎn)是：進(jìn)口管為圓管，過(guò)渡管為圓形管過(guò)渡到矩形管，擴(kuò)散段從進(jìn)口到出口，在寬度方向尺寸逐漸增大，呈喇叭形擴(kuò)散，出口斷面的寬度方向尺寸比進(jìn)口斷面寬度方向尺寸增大5-40倍。

所述的環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置，其特點(diǎn)是：鋪砂裝置的擴(kuò)散段，從進(jìn)口到出口，在高度方向尺寸逐漸減小，呈扁嘴形收縮。

所述的環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置，其特點(diǎn)是：擴(kuò)散段內(nèi)部導(dǎo)流板分為長(zhǎng)導(dǎo)流板和短導(dǎo)流板，長(zhǎng)導(dǎo)流板分隔出的流動(dòng)通道內(nèi)又布置了短導(dǎo)流板，短導(dǎo)流板使得各分支流道內(nèi)的砂漿二次分流，進(jìn)一步提高了鋪砂的均勻度。

所述的環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置，其特點(diǎn)是：擴(kuò)散段內(nèi)部長(zhǎng)導(dǎo)流板和短導(dǎo)流板為垂直方向排布。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工環(huán)保，可控性高，單程鋪砂面積大，均勻度高，操作成本低，鋪砂效率高等優(yōu)點(diǎn)，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，并能應(yīng)用于其他類似特種工程船舶上。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、進(jìn)口圓管；2、過(guò)渡管；3、矩形管；4、擴(kuò)散段；5、短導(dǎo)流板；6、長(zhǎng)導(dǎo)流板。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

參閱附圖1至圖3。

實(shí)施例1

一種環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置，由進(jìn)口管、過(guò)渡管、矩形管、擴(kuò)散段和內(nèi)部導(dǎo)流板構(gòu)成，進(jìn)口管連接過(guò)渡管，過(guò)渡管連接矩形管，矩形管連接擴(kuò)散段，擴(kuò)散段設(shè)有內(nèi)部導(dǎo)流板，進(jìn)口管、過(guò)渡管、矩形管和擴(kuò)散段構(gòu)成封閉的鋪砂管道。進(jìn)口管為圓管，過(guò)渡管為圓形管過(guò)渡到矩形管，擴(kuò)散段從進(jìn)口到出口，在高度方向尺寸逐漸減小，呈扁嘴形收縮，在寬度方向尺寸逐漸增大，呈喇叭形擴(kuò)散，出口斷面的寬度方向尺寸比進(jìn)口斷面寬度方向尺寸增大20倍。擴(kuò)散段內(nèi)部垂直方向布置長(zhǎng)導(dǎo)流板，長(zhǎng)導(dǎo)流板分隔出的流動(dòng)通道內(nèi)又垂直方向布置了短導(dǎo)流板，短導(dǎo)流板使得各分支流道內(nèi)的砂漿二次分流，進(jìn)一步提高了鋪砂的均勻度。

本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)及其工作過(guò)程：

結(jié)合附圖1至圖3。一種環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置，在進(jìn)行水下鋪砂作業(yè)時(shí)，其進(jìn)口圓管1與吹砂設(shè)備如耙吸船、絞吸船等的吹填口相連。由吹砂設(shè)備吹填口吹出的具有一定濃度的水砂混合砂漿從進(jìn)口圓管1進(jìn)入鋪砂裝置。在一定水壓差的作用下，砂漿以一定流速進(jìn)入過(guò)渡管2，過(guò)渡管2的截面形狀由圓形逐步過(guò)渡到矩形，并保持截面面積不變。過(guò)渡管2之后是矩形截面的矩形管3，矩形管3的截面面積保持不變。砂漿流出矩形管3后將進(jìn)入擴(kuò)散段4，在擴(kuò)散段4內(nèi)布置有長(zhǎng)導(dǎo)流板6和短導(dǎo)流板5。依據(jù)水動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)，在實(shí)施例中共布置了七個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)流板6和八個(gè)短導(dǎo)流板5。其中，長(zhǎng)導(dǎo)流板6的起始位置位于矩形管3的出口處，而短導(dǎo)流板5的起始位置與矩形管3的出口處有一定距離。七個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)流板6和八個(gè)短導(dǎo)流板5分隔出的各個(gè)分支流道的橫截面積，按照從中心到兩側(cè)以一定比例系數(shù)增大的規(guī)律布置。在擴(kuò)散段4內(nèi)，由于寬度方向的擴(kuò)散作用，使得整個(gè)擴(kuò)散段的過(guò)流面積從入口到出口逐漸增大，砂漿的流速逐步降低，在擴(kuò)散段出口處，砂漿的流速降低到設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，這樣可以避免對(duì)已鋪砂底床的沖擊。鋪砂裝置出口處在寬度方向上尺寸大幅度擴(kuò)大，大大增加了鋪砂面積，提高了鋪砂效率。而通過(guò)擴(kuò)散段4內(nèi)部長(zhǎng)導(dǎo)流板6和短導(dǎo)流板5的分流導(dǎo)流作用，使得在鋪砂裝置出口處在寬度方向上砂漿的濃度分布更加均勻，提高了鋪砂均勻度。同時(shí)，在保證寬度方向尺度盡可能大的擴(kuò)散，提高鋪砂面積的要求下，在高度方向尺寸的收縮設(shè)計(jì)，使得整個(gè)擴(kuò)散段的過(guò)流面積從入口到出口逐漸增大的同時(shí)又控制在一定范圍內(nèi)，使得擴(kuò)散段的過(guò)流面積不會(huì)太大，使得砂漿保持一定流速，保證砂漿的流速不會(huì)低于砂土顆粒的沉降速度，不會(huì)發(fā)生堵管。

該環(huán)保的水下封閉擴(kuò)散式水力鋪砂裝置與吹砂設(shè)備如耙吸船、絞吸船等聯(lián)合使用，可以完成高效率的大面積水下環(huán)保鋪砂作業(yè)，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，并能應(yīng)用于其他類似特種工程船舶上。

本實(shí)施例具有所述的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工環(huán)保，可控性高，單程鋪砂面積大，均勻度高，操作成本低，鋪砂效率高等積極效果，具有取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，并能應(yīng)用于其他類似特種工程船舶上。