技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種基于彎道水流特性的清沙裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)自然的開發(fā)力度越來越大，這導(dǎo)致自然植被的大量破壞，森林面積的急劇減少，水土流失越來越嚴(yán)重。流失的泥土在地表徑流和地下水流的攜帶作用下流入到江河中，加大了天然河流的含沙量，從而影響流域內(nèi)居民的生產(chǎn)和生活用水。此外，泥沙經(jīng)長(zhǎng)年沉積于江河水渠的底部，會(huì)抬高河床，容易引發(fā)水災(zāi)；興建的水渠也常常會(huì)因?yàn)槟嗌吵练e造成阻塞，從而影響其正常的輸水灌溉等功用，所以，江河水渠中的泥沙處理已經(jīng)成為亟待重視的問題。

目前，江河水渠的泥沙處理裝置主要分為兩類：第一類裝置是利用絮凝劑等化學(xué)物質(zhì)的吸附沉降作用實(shí)現(xiàn)水沙分離，但該類裝置往往處理效率低下，并且由于在水體中加入了化學(xué)物質(zhì)，如果處理不當(dāng)極易造成水體的二次污染。第二類裝置是利用水力旋流和沙石過濾等實(shí)現(xiàn)水和泥沙的分離，但目前市場(chǎng)上該類裝置需耗費(fèi)巨大能源，運(yùn)行管理復(fù)雜，對(duì)人員操作和監(jiān)管依賴性強(qiáng)，因此無法廣泛運(yùn)用，也不符合環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展的需要。此外，現(xiàn)有的泥沙處理裝置更多地是側(cè)重水流中泥沙的清除，而忽視了對(duì)泥沙本身的處理再利用，造成了一定程度的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用清潔能源供電、且能夠根據(jù)水道中的含沙量實(shí)時(shí)自動(dòng)清沙，并將泥沙集中存儲(chǔ)的基于彎道水流特性的清沙裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于彎道水流特性的清沙裝置，其特殊之處在于：包括供電模塊、控制模塊和清沙結(jié)構(gòu)，所述清沙結(jié)構(gòu)包括通過可調(diào)節(jié)的支撐架支撐設(shè)置在河道彎道底部的曲形過水管，曲形過水管與河渠平順連接，所述曲形過水管底部偏凸岸側(cè)設(shè)置有可開合的落沙板，所述落沙板底部對(duì)應(yīng)設(shè)置有儲(chǔ)沙室，所述儲(chǔ)沙室側(cè)壁設(shè)置有通往地面的取沙通道，所述儲(chǔ)沙室底部設(shè)置有排水口，所述供電模塊利用清潔能源發(fā)電為整個(gè)裝置供電，所述控制模塊用于控制落沙板的開合。優(yōu)選地，所述可伸縮支撐架設(shè)計(jì)為筒狀結(jié)構(gòu)，可以通過實(shí)際需求和不同的季節(jié)來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)伸縮架的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)曲形過水管的支撐效果。

進(jìn)一步地，所述落沙板為傾斜狀，傾向河渠中心，所述落沙板四周為止水材料，所述落沙板上邊緣與儲(chǔ)沙室室壁鉸接，其余邊緣與儲(chǔ)沙室室壁緊密接觸，所述落沙板與儲(chǔ)沙室壁之間還設(shè)置有伸縮臂，所述伸縮臂一端連接在儲(chǔ)沙室側(cè)壁上，另一端設(shè)置有滑塊，所述落沙板中部板底設(shè)置有連接滑塊的滑軌，所述伸縮臂由控制模塊控制伸縮，從而控制落沙板開合。當(dāng)落沙板關(guān)閉時(shí)，其四周與曲形過水管緊密相連，可以作為曲形過水管的一部分，從而起到過水的作用；當(dāng)落沙板打開時(shí)便在曲形過水管底部開了個(gè)缺口，從而能讓泥沙自然下落。優(yōu)選地，滑軌的長(zhǎng)度為落沙板高度的四分之一，滑軌頂端與落沙板腰部中線齊平。

更進(jìn)一步地，所述落沙板與豎直方向呈75°，所述落沙板上的滑軌設(shè)置有兩條，所述伸縮臂也對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)。優(yōu)選地，所述兩條滑軌在落沙板上左右對(duì)稱布置。

再進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)沙室底部為傾斜狀，一般按10°角設(shè)計(jì)。

再進(jìn)一步地，所述排水口為致密的網(wǎng)狀口，從而保證只能讓水流走，而不會(huì)帶著泥沙。優(yōu)選地，網(wǎng)狀口的孔洞比例一般按1:2設(shè)計(jì)。

再進(jìn)一步地，所述供電模塊設(shè)置在河道兩岸，包括蓄電池組、交直流電源轉(zhuǎn)換器、充電保護(hù)電路、太陽能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置、生物質(zhì)能發(fā)電裝置，所述太陽能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置均分別通過充電保護(hù)電路與交直流電源轉(zhuǎn)換器連接，所述交直流電源轉(zhuǎn)換器與蓄電池組連接，所述控制模塊分別與蓄電池組、太陽能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置連接，所述伸縮臂與蓄電池組連接。充分考慮風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能的能量采集時(shí)間、強(qiáng)度和電能轉(zhuǎn)化特性，實(shí)現(xiàn)電量?jī)?yōu)化調(diào)度，最大效率地提高能量供應(yīng)效率，以保證整個(gè)清沙裝置有充足的電力供應(yīng)。發(fā)電系統(tǒng)布置在河渠兩岸。使用三種清潔能源發(fā)電裝置組合使用，可以保證整個(gè)清沙裝置有充足的電力供應(yīng)。

再進(jìn)一步地，所述控制模塊包括單片機(jī)，所述單片機(jī)與伸縮臂連接，用于控制伸縮臂，所述蓄電池組連接在控制模塊的單片機(jī)上，所述太陽能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置和生物質(zhì)能發(fā)電裝置均與單片機(jī)連接。

再進(jìn)一步地，所述控制模塊還包括與單片機(jī)連接的紅外傳感器，所述紅外傳感器由蓄電池組供電，所述紅外傳感器設(shè)置在曲形過水管底部，靠近落沙板處，用于檢測(cè)曲形過水管底部法向泥沙厚度，并將信息反饋給單片機(jī)，從而自動(dòng)控制伸縮臂的伸縮，達(dá)到自動(dòng)落沙的目的。其中，所述法向?yàn)榍芜^水管上紅外傳感器所在位置的切平面的法線方向。

再進(jìn)一步地，所述控制模塊還包括與單片機(jī)連接的壓力傳感器和門鈴，所述壓力傳感器設(shè)置在儲(chǔ)沙室底部，儲(chǔ)沙室側(cè)壁上設(shè)置有連接取沙通道的取沙門，所述門鈴設(shè)置在取沙門上，所述壓力傳感器和門鈴均由蓄電池組供電。當(dāng)壓力傳感器所測(cè)壓力大于預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，單片機(jī)便會(huì)發(fā)送一個(gè)信號(hào)給門鈴，門鈴聲響，提示工作人員儲(chǔ)沙室泥沙已滿，需要取沙。達(dá)到了自動(dòng)控制，減少了監(jiān)管人員的勞動(dòng)力。

再進(jìn)一步地，所述控制模塊還包括與單片機(jī)連接的驅(qū)魚燈，采用緊湊型熒光燈，至少設(shè)置五個(gè)，其中四個(gè)組成環(huán)狀布置在上下游河渠底部，另一個(gè)布置在儲(chǔ)沙室正上方河渠底部，所述驅(qū)魚燈由蓄電池組供電。通過強(qiáng)光干擾，將裝置尤其是儲(chǔ)沙室上方的魚群驅(qū)走，防止魚群落入儲(chǔ)沙室內(nèi)。可以減輕裝置運(yùn)行時(shí)對(duì)魚群等水生生物的影響，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明利用彎道水流中泥沙會(huì)在凸岸淤積的特性，將裝置的清沙儲(chǔ)沙系統(tǒng)布置在河渠凸岸底部，對(duì)淤積的泥沙進(jìn)行收集儲(chǔ)存。利用彎道水流的天然特性，可以很大程度上提高泥沙清理的效率。本發(fā)明的裝置整體通過控制模塊集中控制，能夠做到實(shí)時(shí)自動(dòng)清沙儲(chǔ)沙，從而降低對(duì)人員操作和監(jiān)管的依賴性，減少運(yùn)行管理成本；同時(shí)儲(chǔ)沙室將收集的泥沙儲(chǔ)存起來，可以將這些泥沙用到簡(jiǎn)單建筑工程等領(lǐng)域，變廢為寶，避免資源浪費(fèi)。本發(fā)明布置靈活，清沙效率高，利用清潔能源供能，能實(shí)時(shí)自動(dòng)清沙儲(chǔ)沙，運(yùn)行管理方便簡(jiǎn)單。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的供電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明基于彎道水流特性的清沙裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的落沙板閉合時(shí)的儲(chǔ)沙室的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的落沙板打開時(shí)的儲(chǔ)沙室的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明布置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為河渠彎道泥沙淤積示意圖。

圖7為落沙板的正面示意圖。

圖8為圖7的側(cè)視圖。

圖9為滑軌和滑塊配合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明裝置整體電路示意圖。

圖中：1蓄電池組、2交直流電源轉(zhuǎn)換器、3充電保護(hù)電路、4太陽能發(fā)電裝置、5風(fēng)能發(fā)電裝置、6生物質(zhì)能發(fā)電裝置、7曲形過水管、8支撐架、9儲(chǔ)沙室、10紅外傳感器、11排水口、12取沙門、13取沙通道、14落沙板、15伸縮臂、16壓力傳感器、17門鈴、18驅(qū)魚燈、19滑軌、20滑塊、21清沙裝置、22單片機(jī)、23渠道淤沙、24儲(chǔ)沙室的泥沙。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

圖中所示的基于彎道水流特性的清沙裝置21，包括供電模塊、控制模塊和清沙結(jié)構(gòu)，清沙結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在河道彎道底部的曲形過水管7，曲形過水管7占滿整個(gè)河渠的寬度，與河渠平順連接，曲形過水管7底部偏河道凸岸側(cè)設(shè)置有可開合的落沙板14，落沙板14底部對(duì)應(yīng)設(shè)置有儲(chǔ)沙室9，儲(chǔ)沙室9側(cè)壁設(shè)置有通往地面的取沙通道13，儲(chǔ)沙室9底部為傾斜狀，并設(shè)置有排水口11，排水口為致密網(wǎng)狀口，能保證只讓水流走，不會(huì)帶著泥沙，儲(chǔ)沙室9底部?jī)A斜角度一般選擇10°左右；優(yōu)選地，網(wǎng)狀口的孔洞比例一般按1:2設(shè)計(jì)。供電模塊利用清潔能源發(fā)電為整個(gè)裝置供電，控制模塊用于控制落沙板14的開合。曲形過水管7通過底部支撐架8固定在河道底部，支撐架8一般設(shè)計(jì)為筒狀結(jié)構(gòu)，可以通過實(shí)際需求和不同的季節(jié)來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)伸縮架的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)曲形過水管7的支撐效果。

其中，落沙板14為矩形，傾向河渠中心，與豎直方向呈75°。落沙板14四周為止水材料，所述落沙板14上邊緣與儲(chǔ)沙室9室壁鉸接，其余邊緣與儲(chǔ)沙室9室壁緊密接觸，落沙板14與儲(chǔ)沙室9壁之間還設(shè)置有伸縮臂15，伸縮臂15一端連接在儲(chǔ)沙室9側(cè)壁上，另一端設(shè)置有滑塊20，落沙板14中部板底設(shè)置有連接滑塊20的滑軌19，伸縮臂15由控制模塊控制伸縮，從而控制落沙板14開合。當(dāng)落沙板14關(guān)閉時(shí)，其四周與曲形過水管7緊密相連，可以作為曲形過水管7的一部分，從而起到過水的作用；當(dāng)落沙板14打開時(shí)便在曲形過水管7底部開了個(gè)缺口，從而能讓泥沙自然下落。伸縮臂15由控制模塊控制伸縮，從而控制落沙板14開合。儲(chǔ)沙室9側(cè)壁上設(shè)置有連接取沙通道13的取沙門12。優(yōu)選地，落沙板14上的滑軌19設(shè)置有兩條，兩條滑軌19在落沙板14上左右對(duì)稱布置，伸縮臂15也對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)。優(yōu)選地，滑軌19的長(zhǎng)度為落沙板14高度的四分之一，且滑軌19頂端與落沙板14腰部中線齊平。

控制模塊包括單片機(jī)22，單片機(jī)22與伸縮臂15連接，用于控制伸縮臂15。為了使整個(gè)裝置更加智能，運(yùn)行管理更加方便，控制模塊還包括與單片機(jī)22連接的紅外傳感器10、壓力傳感器16、門鈴17和驅(qū)魚燈18，紅外傳感器10、壓力傳感器16、門鈴17和驅(qū)魚燈18均由供電模塊供電。紅外傳感器10設(shè)置在曲形過水管7底部，靠近落沙板14處，用于檢測(cè)曲形過水管7底部法向泥沙厚度，并將信號(hào)傳送給單片機(jī)22，當(dāng)紅外傳感器10測(cè)得法向泥沙厚度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，伸縮臂15回縮，落沙板14打開，渠道淤沙23自然落入儲(chǔ)沙室9中，與泥沙一起進(jìn)入儲(chǔ)沙室9的部分河水則通過排水口11排走；當(dāng)紅外傳感器10測(cè)得法向泥沙厚度小于預(yù)設(shè)值時(shí)，伸縮臂15回縮，落沙板14關(guān)閉。其中，法向?yàn)榍芜^水管上紅外傳感器所在位置的切平面的法線方向。壓力傳感器16設(shè)置在儲(chǔ)沙室9底部，門鈴17設(shè)置在取沙門12上。當(dāng)壓力傳感器16所測(cè)壓力大于預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，單片機(jī)22便會(huì)發(fā)送一個(gè)信號(hào)給安裝在取沙門12上的門鈴17，門鈴聲響，提示工作人員儲(chǔ)沙室泥沙已滿，需要取沙。工作人員便可通過取沙通道13和取沙門12將儲(chǔ)沙室的泥沙24運(yùn)走。

本發(fā)明中單片機(jī)22采用STC單片機(jī)或ATMEL單片機(jī)。

驅(qū)魚燈18至少設(shè)置五個(gè)，其中四個(gè)組成環(huán)狀布置在上下游河渠底部，另一個(gè)布置在儲(chǔ)沙室9正上方河渠底部。當(dāng)單片機(jī)22控制落沙板14打開前，會(huì)先控制驅(qū)魚燈18打開，通過強(qiáng)光干擾，將裝置尤其是儲(chǔ)沙室9上方的魚群驅(qū)走，防止魚群落入儲(chǔ)沙室9內(nèi)。驅(qū)魚燈18采用緊湊型熒光燈，該燈具有節(jié)能效果好、光線強(qiáng)度和色彩易于調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，可以通過設(shè)定，將緊湊型熒光燈的光線強(qiáng)度和顏色設(shè)置為既能驅(qū)趕魚群、又不損傷魚群健康的模式。

供電模塊設(shè)置在河道兩岸，包括蓄電池組1、交直流電源轉(zhuǎn)換器2、充電保護(hù)電路3、太陽能發(fā)電裝置4、風(fēng)能發(fā)電裝置5和生物質(zhì)能發(fā)電裝置6，太陽能發(fā)電裝置4、風(fēng)能發(fā)電裝置5和生物質(zhì)能發(fā)電裝置6均分別通過充電保護(hù)電路3與交直流電源轉(zhuǎn)換器2連接，交直流電源轉(zhuǎn)換器2與蓄電池組1連接，單片機(jī)22分別與蓄電池組1、太陽能發(fā)電裝置4、風(fēng)能發(fā)電裝置5和生物質(zhì)能發(fā)電裝置6連接，所述蓄電池組1與紅外傳感器10、壓力傳感器16、門鈴17和驅(qū)魚燈18均連接，為其供電。風(fēng)能發(fā)電裝置5，利用現(xiàn)有技術(shù)，主要包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、回轉(zhuǎn)體、調(diào)速機(jī)構(gòu)、調(diào)向機(jī)構(gòu)、剎車機(jī)構(gòu)和塔架等部分，由單片機(jī)22進(jìn)行控制；太陽能發(fā)電裝置4，利用現(xiàn)有技術(shù)，主要包括銅銦鎵硒太陽能膜、太陽能控制器、微型逆變器、二維自動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)和支座等部分，由單片機(jī)22進(jìn)行控制，所述銅銦鎵硒太陽能膜具有成本低廉、質(zhì)地柔韌、易于布設(shè)、光電轉(zhuǎn)化效率高等特點(diǎn)，特別適用于在野外替代傳統(tǒng)的太陽能電池板；生物質(zhì)能發(fā)電裝置6，利用現(xiàn)有技術(shù)，主要利用沼氣發(fā)電技術(shù)，主要包括沼氣池、沼氣發(fā)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)、熱回收裝置、脫硫器、貯氣罐等部分，由單片機(jī)進(jìn)行控制。風(fēng)能發(fā)電裝置5、太陽能發(fā)電裝置4和生物質(zhì)能發(fā)電裝置6均與蓄電池組通過充電保護(hù)電路3和交直流電源轉(zhuǎn)換器2相連，所發(fā)電量?jī)?chǔ)存于蓄電池組1中。

所述風(fēng)能發(fā)電裝置5、太陽能發(fā)電裝置4以及生物質(zhì)能發(fā)電裝置6通過單片機(jī)22控制，充分考慮風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能的能量采集時(shí)間、強(qiáng)度和電能轉(zhuǎn)化特性，實(shí)現(xiàn)電量?jī)?yōu)化調(diào)度，最大效率地提高能量供應(yīng)效率，以保證整個(gè)清沙裝置有充足的電力供應(yīng)。

本發(fā)明，將裝置的供電模塊布置在河渠兩岸適當(dāng)位置，利用風(fēng)能、太陽能以及生物質(zhì)能這三類清潔能源進(jìn)行發(fā)電，三種發(fā)電裝置組合使用，可以保證整個(gè)清沙裝置有充足的電力供應(yīng)。裝置整體通過控制模塊集中控制，能夠做到實(shí)時(shí)自動(dòng)清沙儲(chǔ)沙，從而降低對(duì)人員操作和監(jiān)管的依賴性，減少運(yùn)行管理成本；同時(shí)儲(chǔ)沙室將收集的泥沙儲(chǔ)存起來，可以將這些泥沙用到簡(jiǎn)單建筑工程等領(lǐng)域，變廢為寶，避免資源浪費(fèi)。

本發(fā)明還設(shè)置有驅(qū)魚燈，可以降低裝置運(yùn)行時(shí)對(duì)魚群等水生生物的影響，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

本發(fā)明整體布置靈活，清沙效率高，利用清潔能源供能，能實(shí)時(shí)自動(dòng)清沙儲(chǔ)沙，運(yùn)行管理方便簡(jiǎn)單。