專利名稱：一種用于清除集砂器中沉積物的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于水壓式清除集砂器中沉積物的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
在很多情況下人們都希望能夠在不排水或不降低所覆蓋的水的水位的情況下清 除水下沉積的沉積物。這種情況下沉積物為顆粒狀物質，例如砂礫、沙子、“淤泥”、有機顆粒 物或其他顆粒物質。江河、水渠、水道或管道中的水流能夠輸送沉積物。如果水流速度降低， 比水重的沉積物就會沉降到底部并沉積。這可能發(fā)生在與發(fā)電廠或灌溉站相連的緩沖池、 入口或沉淀池中、或與處理廠相關聯的水道或貯槽或水池中的集砂器中。通常都希望能夠 通過水或者空氣來清空貯槽中的顆粒物質。下文中所有這樣的沉淀池，不管其想要實現的 目的如何，都用集砂器表示。
如果沉積物隨著水流過發(fā)電廠的渦輪，則該沉積物就會導致過度磨損。眾所周知， 由于沉積物所產生的磨損，渦輪一年必須進行數次更換或維修。另外水渠或者水道可能會 被沉積物充塞。因此，主要是在河流中沉積物含量較高的地帶建立了一定數目的與水電站 相關的集砂器。此外，在與灌溉站的進水口相關的許多位置處都希望能夠分離出顆粒物中 至少較粗的部分，從而使得灌溉渠不會被阻塞，或者利用鹽水沖洗灌溉站以避免產生阻塞。
集砂器中沉積的沉積物包括從巖石和砂礫到極細顆粒物的物質。在水力發(fā)電站 中，將會被分離的顆粒的典型的標準是0.15mm-0.5mm。
已知的清除沉積物的技術包括泄流并進行機械挖掘，或者在水位降低時沖刷沉積 物，從而使經過沉積物的流速增加。這兩種方法的缺陷都在于供給到例如發(fā)電站的供水會 被中斷。因此生產會中斷，另外會產生與發(fā)電站的停止和運轉相關的花費。此外，生產需求 和清除沉積物之間的矛盾典型地將意味著清除將被推遲，這會導致渦輪機不必要的磨損。
其他已知技術包括通過集砂器底部的孔向下至泄流道進行沖刷。這些孔可任選地 配置有關閉機構(Bieri的取得專利的系統(tǒng))。這種系統(tǒng)的缺陷在于該系統(tǒng)依賴馬達、傳送 裝置和可動部件，這可能在其操作過程中導致停機。
公開號W002088472( Jacobsen)教導了在集砂器中使用開有槽的管道，以用于以簡 單的方式連續(xù)清除集砂器中的沉積物。開有槽的管道以一定的間隔平行地設置在集砂器底 部的凹部中，每根開有槽的管道均在集砂器的(較低)端部處或在接近該端部處連接至排放 管道。該系統(tǒng)在高達一定尺寸的集砂器中都能很好地起作用，但需要將集砂器底部準備成 溝渠的形式，以避免開有槽的管道處發(fā)生沖淡以及上述沉積物發(fā)生破壞(下文統(tǒng)稱“沖淡”) 的風險增加。在大型集砂器中，由于其長度尺寸的原因，在從集砂器的最高部分到最低部分 的全部范圍內獲得所想要的效果存在一定問題；即，當開有槽的管道很長時，就很難在開有 槽的管道中保持大體上均勻的狀況。
技術目的
本發(fā)明的目的是提供一種以簡單、經濟、可靠且所需維護最少的方式從集砂器中 清除沉積物的方法。
另外的目的是，所述方法應適用于大型的集砂器，其應能定期處理大量沉積物，優(yōu)選地，清除應能夠連續(xù)進行。
本發(fā)明的目的還包括能夠清除具有盡可能大直徑的沉積顆粒和物體。發(fā)明內容
上述目的是通過權利要求1中限定的本發(fā)明的方法實現的。根據另外的方面，本發(fā)明還包括權利要求10中限定的開有槽的管道系統(tǒng)。
優(yōu)選實施方式如從屬權利所述。
本發(fā)明明顯更為簡單地涵蓋具有開有槽的管道系統(tǒng)的大型集砂器，所述開有槽的管道至少成對地與公共排放管道互連。這意味著，通過使排放管道在一定區(qū)域的長邊的中部而不是在所述區(qū)域的一端離開，而使得在該區(qū)域內的開有槽的管道的長度能夠被縮短一半。根據所述的實施方式，還能夠在兩根管道之間實現水壓平衡，從而使得抽吸力在任何時間點平順分布，并且與開有槽的管道單獨連接至排放管道的情況例如(Al)相比，能夠得到更為均勻的抽吸力。
應該強調的是，正如隨后將會被證明的那樣，采用這種方式連接兩根開有槽的管道確實不是顯而易見的方法，因為這種組合可能會干擾為了使開有槽的管道實施其想要實現的任務所必須具備的精密水壓條件。
因而考慮到這種情況就顯得尤為重要，同樣重要的是每根開有槽的管道與其他開有槽的管道充分分離，以能夠在通常的水壓條件下與連接至同一根排放管道的其它開有槽的管道獨立地進行操作，但需要時仍允許開有槽的管道有效地相互配合。這將會在隨后進行解釋。
對于每根開有槽的管道，各槽的較低端之間需要有充分的距離以使得管道相互獨立地運作。這樣可以確保:
排放管道可具有與開有槽的管道相同或者比開有槽的管道更大的直徑從而減少堵塞的風險；
.每根排放管道都在更大的范圍內工作，即各個開有槽的管道都可以更短，這又減少了沖淡的風險；
由于開有槽的管道和排放管道中的負壓相等，沖淡的風險將進一步降低。如果滑動物等臨時阻塞或阻礙了流體進入其中一根開有槽的管道，那么進入另一根開有槽的管道的流量就會增加。
.在連續(xù)作業(yè)時只有槽的下游端起作用，但沉積物將仍能在較大的范圍內被清除掉。


以下將參照說明書附圖對本發(fā)明做出更詳細的描述，其中:
圖1示出了集砂器中包括兩根開有槽的管道的系統(tǒng)，所述兩根開有槽的管道連接至公共排放管道。圖2示出了與圖1不同的變形例。
圖3示出了集砂器中包括8根開有槽的管道的系統(tǒng)，所述8根開有槽的管道成對地連接至排放管道。
圖4示出了適用于本發(fā)明的開有槽的管道的一部分的透視圖。
圖5示出了具有分隔壁的T型連接件。
圖6示出了連接至一根公共排放管道的兩對開有槽的管道。
圖7示出了本發(fā)明的一種特定實施方式。
具體實施方式
圖1提供了兩根開有槽的管道15的俯視圖，所述開有槽的管道大體上沿著集砂器 的長度方向L布置。開有槽的管道通常包括大體上的水平部15a (參見圖2)，并且兩個開 有槽的管道在其上游端附近均設置有傾斜部15b，以保證開有槽的管道的上游端15c中始 終無沉積物，這對于開有槽的管道的運行是重要的。集砂器的長度典型地是寬度的若干倍。 所述兩根開有槽的管道15通過連接件16連接至公共排放管道17。圖1中所示的連接件通 常被稱為T型連接件。集砂器具有傾斜的側壁12和傾斜的端壁13，所述傾斜的側壁和傾斜 的端壁有助于各管道水平部15a早期被沉積物覆置，并且有助于不需要設置額外的橫向的 開有槽的管道這一事實。
圖2所示與圖1基本相同，但是作為另外的元件，分隔壁21在開有槽的管道互 相連接的位置處橫跨集砂器布置，以確保開有槽的管道沒有不合需要的相互影響(如前所 述)。圖2還示出了可以在靠近連接件處為每個開有槽的管道15設置阻流閥22，以允許逐 漸減少來自一根或兩根管道的流量，例如，與出現問題的開有槽的管道對的至少一根管道 中的沖淡或沖淡風險相關的流量。這樣的阻流閥必須容易被遠程控制。本領域技術人員將 理解，這樣的阻流閥在沒有設置分隔開所述開有槽的管道的分隔壁的圖1的實施例中至少 是同樣適用的。
圖3示出了更大型的集砂器，包括由分隔壁31彼此分隔開的右手部分R和左手部 分L，分隔壁可以但不是必須與集砂器的外壁等高。在長度部分R中，兩對開有槽的管道布 置有用于每對管道的公共排放管道。相應地，長度部分L包括兩對開有槽的管道，所述兩對 開有槽的管道具有用于每對開有槽的管道的公共排放管道?？偣苍O置有4對開有槽的管 道，即設有8根開有槽的管道。以這種方式，在過長以至于不能使用一對開有槽的管道覆蓋 集砂器的全部長度的集砂器中也能實現本發(fā)明的優(yōu)勢，更不必說僅使用單根開有槽的管道 的情況。上述內容相應地闡釋了如何在過寬的集砂器中實現本發(fā)明的優(yōu)勢，其中，所述集砂 器對于用一根開有槽的管道從其整個寬度有效地提取沉積物而言是過寬的。
在圖3中，在集砂器的長度方向上僅示出了一個隔板，但同樣也可以橫跨集砂器 設置至少一個隔板。這種隔板的目的是減少沉積物沖淡的風險，這意味著一根或幾根開有 槽的管道將在它/它們的長度的全部或部分范圍變得不起作用，直至積聚起新的沉積層。
另外，如果發(fā)生沖淡的話，本發(fā)明的系統(tǒng)可以通過暫時中斷流過存在問題的開有 槽的管道的所有液流來對這種狀況進行補救，優(yōu)選的是在每根開有槽的管道上設置閥門， 從而避免在一對開有槽的管道中的兩根管道中都發(fā)生停止流動的中斷。
圖4給出了開有槽的管道的一種特別優(yōu)選的變形，其中槽41兩側由裙部42圍繞， 所述裙部向下延伸以使水和沉積物進入槽的輸送路徑Tr更長，這也有助于減少在沿著開 有槽的管道的任意位置處的沖淡風險。裙部的高度可以沿著開有槽的管道的長度改變，并且在該情況下應該在下游端最高(最深)。如果發(fā)生沖淡就將意味著存在問題的那對開有槽 的管道暫時將不能從沖淡位置上游的任何位置吸入顆粒。在沉積物再次連續(xù)地沿著開有 槽的管道的長度覆蓋該開有槽的管道之前這種狀況將一直保持。沿著開有槽的管道的槽具 有不連續(xù)的槽開口的形式，這便于基于合適的尺寸和材料獲得具有足夠強度的開有槽的管 道。然而，各個槽開口可以具有與圖4中所示完全不同的形式。作為示例，槽開口的長度可 大于其寬度，但是總體上其尺寸應使得T型連接件和排放管道不會有被能通過槽開口進入 帶槽的管道的顆粒物阻塞的風險。
典型地，槽比排放管道的直徑小但比沉積在集砂器中沉積的最大的顆粒物大，從 而防止阻塞。
圖5示出了 T型連接件16的優(yōu)選實施例，所述T型連接件適用于將兩根開有槽的 管道連接至公共排放管道(連接至圖中所示的T型連接件的豎向腳)。內分隔壁52 (虛線) 向下游延伸至T型連接件的排放部分中的所需位置。優(yōu)選地，內分隔壁52能夠受控地運動， 從而在需要時有差別地控制每根開有槽的管道中的水的流量。
圖6是為了說明排放管道(17)也可以組合，典型的是成對組合，以節(jié)省管道長度 的米數。這樣可以使排放管道中的水流進一步加速，但通過采用直徑逐漸變小的管道也可 以實現相同的效果。
圖7示出了本發(fā)明用于從大體上圓形的池71 (或貯槽)中排放的具體實施例，其中 6根開有槽的管道15以星狀結構朝向連接件布置，所述連接件具有6個入口和與入口大體 上垂直的排放口(向下進入紙張平面)，所述排放口將水流引入公共排放管道17?？珊侠淼?改變開有槽的管道的數目。
本發(fā)明的中心問題是連接至公共排放管道的開有槽的管道對之間的動態(tài)相互作 用。通常人們會假設這種相互作用是不利的并且它會干擾使開有槽的管道沿著該開有槽的 管道的整個長度持續(xù)可靠地吸入沉積物并將它們運出集砂器時所必需具備的水壓條件。例 如，如果其中一根管道大大提前于另一根管道完成抽吸并且在覆蓋的沉積物已被清除之前 短路了所述另一根管道，則就會出現這種情況。然而已經被證明，在采取了正確的預防措施 的情況下，將至少兩根開有槽的管道連接至公共排放管道確保了能夠更加穩(wěn)定地進行清除 沉積物的相關操作。已經提及的重要問題是，每根開有槽的管道的長度都能被縮短這一事 實。進一步的優(yōu)點在于，其中一根開有槽的管道能夠暫時減輕其他管道的負擔從而避免可 能會導致沖淡的壓力脈沖。
為了保證開有槽的管道可大體上相互獨立地操作，從而使得一個開有槽的管道即 使在其它開有槽的管道完成抽吸時也可以繼續(xù)抽吸沉積物，必須滿足以下條件:1)兩根開 有槽的管道間必須有足夠的距離，或必須采取預防措施以確保覆蓋仍在運行的開有槽的管 道的沉積物具有足以抗沖淡的隔板。2)在連接至公共排放管道的連接處的水流(在排放部 分中)應當充分加速從而使得各個開有槽的管道中的抽吸力均得以保持。這可以通過例如 借助分隔壁(52)使得各個開有槽的管道的水流均保持分開一定距離來實現。此分隔壁還 可以延伸到排放管道中，并且該分隔壁可以做得更厚，從而使得沿著分隔壁的水流速度增 加并且使開有槽的管道中的水流彼此進一步分開。但這種方式不應被過度使用，因為這會 減少兩根開有槽的管道之間所期望的相互作用，即一根管道在另外一根管道部分阻塞的時 候減輕所述另外一根管道的負擔的能力。
還可以安裝監(jiān)控設備以監(jiān)控沉積物覆層，并且根據監(jiān)測到的沉積高度手動或自動 地控制開有槽的管道的操作。這可以通過測量沉積高度的改變速率來進一步細化，并且當 沉積高度快速增加時(例如在灌溉期間)變成更加快速的操作或者甚至是連續(xù)的操作。
沿著開有槽的管道可以設置沖洗噴嘴以用于使粘性沉積物或粘結有機物變松散。 這種噴嘴可以永久或暫時地連接至高壓水泵，所述高壓水泵將在由此存在需要時運行。
槽的寬度也可以被優(yōu)化以優(yōu)化槽的集中度，同時獲得與工作條件相一致的有效抽 吸范圍。
開有槽的管道被構造成具有足夠的剛性，并且其基部具有足夠的強度以防止該管 道被所覆蓋的沉積物壓扁。
排放管道中的流速取決于開有槽的管道的直徑、排放管道的直徑、長度和驅動壓 差。當限定了排放長度和壓力差時，開有槽的管道的直徑和排放管道的直徑必須做相應的 調整從而使得排放管道中的流速足夠高并使得大顆粒不會沉積在管道中并堵塞管道，并且 是以使沉積物的濃度與排放管道的容量相適應的方式進行調整。
為了控制沉積物濃度從而使其與排放管道17的容量相對應，在某些情況下可適 于在開有槽的管道的下游端為開有槽的管道供水。排放的水中沉積物的濃度將會根據所加 入的水的流量而改變。
權利要求
1.一種水壓式清除集砂器中沉積物的方法，其中沉積物被吸入設置在集砂器底部附近的開有槽的管道(15)中，其特征在于，開有槽的管道(15)從連接件(16)處分支出來，在該連接件處至少兩根開有槽的管道在獨立于所述開有槽的管道(15)的定向的方向上連接至公共排放管道(17)，并且在連接件處所述開有槽的管道(15)彼此分開以彼此相互獨立地操作并還有助于使共同的負壓相互平衡。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過物理距離以及通過使槽在距連接件(16)—定距離處終止而使開有槽的管道(15)彼此分開。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過開有槽的管道(15)之間的物理隔板 (21,31)而使所述開有槽的管道彼此分開。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述物理隔板包括設置在兩個相接的開有槽的管道(15)之間的分隔壁(21)，從而使得兩根開有槽的管道(15)中的水流及沉積物保持相互分開地流向連接件(16 )。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，相接的開有槽的管道(15)中的水流及沉積物被連接件(16)中被任意控制的可動分隔壁(52)分開。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，開有槽的管道(15)成對設置，每對開有槽的管道(15)都沿著共同的線布置并且通過t型連接件連接至公共排放管道(17)。
7.如權利要求3所述的方法，其特征在于，開有槽的管道(15)被用于加壓管道式集砂器中。
8.如權利要求3所述的方法，其特征在于，開有槽的管道(15)被連續(xù)操作。
9.如權利要求3所述的方法，其特征在于，當沉積物覆層達到預定高度時使用所述開有槽的管道(15)，或者相隔一定時間間隔地使用所述開有槽的管道。
10.一種用于水壓式清除集砂器中的沉積物的開有槽的管道系統(tǒng)，其中沉積物被吸入設置在集砂器底部附近的開有槽的管道中，其特征在于，開有槽的管道(15)從連接件(16) 處分支出來，在連接件處至少兩根開有槽的管道(15)在獨立于所述開有槽的管道(15)的定向的方向上連接至公共排放管道(17)，并且在連接件處開有槽的管道(15)彼此分開，以彼此相互獨立地運行并還有助于使共同的(負 )壓力相互平衡。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，開有槽的管道(15)上在槽(41)的每一側均設置有裙部(42)以減少沖淡風險。
12.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，沿著開有槽的管道設置有噴嘴以使粘性沉積物變松散。
13.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一對在另一對后面地成列布置的若干對開有槽的管道(15)。
14.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括彼此并行布置的若干對開有槽的管道(15)，優(yōu)選為通過物理隔板(31)分隔開。
15.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，槽(41)的尺寸沿開有槽的管道的長度而改變，集砂器中上游的槽開口大于在下游的槽開口，以對集砂器中顆粒物的尺寸如何分布也發(fā)生改變進行補償。
16.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，連接件(16)包括被設置成可任意控制并且可動的分隔壁(52)，該分隔壁使相連的開有槽的管道(15)中的水流在連接件(16)的下游立即保持彼此分開。
17.如權利要求10中所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括適用于監(jiān)控沉積高度的設備，還包括依據所記錄的沉積高度自動啟動操作以及暫停操作的可選的設備。
18.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，每對開有槽的管道(15)中的一根管道或兩根管道在靠近連接件(16 )處設置有阻流閥(22 )，以能夠逐漸關閉通至連接件(16 )的 開 □。
全文摘要
一種用于水壓式清除集砂器中沉積物的方法和系統(tǒng)，其中沉積物被吸入設置在集砂器底部附近的開有槽的管道(15)中。開有槽的管道(15)從連接件(16)處分支出來，在連接件處至少兩根開有槽的管道在獨立于開有槽的管道(15)的定向的方向上連接至公共排放管道(17)，開有槽的管道(15)彼此分開成使得所述開有槽的管道可相互獨立地操作并還有助于使共同的負壓相互平衡。
文檔編號B01D21/24GK103221612SQ201180056512
公開日2013年7月24日 申請日期2011年10月3日 優(yōu)先權日2010年11月25日
發(fā)明者T·雅各布森 申請人:加拉拉股份公司