一種利用天然能量清除水庫漂浮垃圾的設施及運行方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用天然能量清除水庫漂浮垃圾的設施及運行方法，屬于水利工程【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是由收集輸送漂浮垃圾的管道系統(tǒng)，置于管道進口的垃圾匯集篩分裝置，置于管道出口的垃圾收儲輸出裝置組成。垃圾匯集篩分裝置漂浮在漂浮垃圾聚集區(qū)，由環(huán)形浮箱及垃圾篩分圍欄、操作平臺組成。環(huán)形浮箱潛浮在水下，中心空間連接垃圾收集口及管道，四周安裝篩分圍欄，水面以上安裝操作平臺。漂浮垃圾隨水流進入管道形成漩渦，漂浮垃圾隨漩渦向垃圾收集口匯集，經(jīng)篩分后進入管道，輸送到水壩下游一側(cè)的垃圾收儲輸出裝置。垃圾集裝籠在移動中收儲管道出口排出的垃圾，由壩頂?shù)踯嚨跞氲醭觥?br> 【專利說明】一種利用天然能量清除水庫漂浮垃圾的設施及運行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及水利工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]水庫上游的各種垃圾隨水流漂浮而下，受水壩阻擋而聚集在壩前。傳統(tǒng)水壩建造沒有清除水庫漂浮垃圾的專用設施。傳統(tǒng)清理方法主要是采用船舶、機械和人工打撈和收儲。需要消耗大量人力和動力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種利用天然能量清除水庫漂浮垃圾的設施及運行方法。其特征是由收集和輸送漂浮垃圾的管道系統(tǒng)，置于管道進口的漂浮垃圾匯集篩分裝置，置于管道出口的垃圾收儲輸出裝置配套組成。管道系統(tǒng)由垃圾收集口與水壩之間的柔性管道，穿越水壩的水下涵管及其入口閘門，涵管出口與管道出口之間的柔性管道，以及管道出口連接組成。垃圾收集口低于漂浮垃圾的水面以下深度而高于水下涵管和管道出口。水流挾帶漂浮垃圾從收集口進入管道，由閘門啟閉調(diào)控，從水壩下游一側(cè)的管道出口排出。垃圾匯集篩分裝置漂浮在壩前的漂浮垃圾聚集區(qū)，由環(huán)形浮箱及所承載的垃圾篩分圍欄和操作平臺組成。環(huán)形浮箱潛浮在水下，潛伏深度為大體積垃圾的限定水下深度。環(huán)形浮箱采用一種平面為環(huán)形的中空箱式浮體，箱內(nèi)四周均布四個獨立儲水箱，通過調(diào)整儲水箱水量調(diào)整浮力和潛水深度。環(huán)形浮箱的中心空間安裝漏斗狀垃圾收集口，收集口上口與環(huán)形浮箱頂面持平，下口與管道采用柔性接頭連接。環(huán)形浮箱的頂面四周安裝垃圾篩分圍欄立柱，立柱間距略小于管道口徑，用以在平面上篩分大體積垃圾。立柱的水面以上圍繞圍欄安裝一道水平欄桿，與浮箱頂面共同在豎向上篩分大體積垃圾。水平欄桿以上安裝以鋼板網(wǎng)為底板的操作平臺。水流經(jīng)垃圾收集口進入管道形成漩渦，漂浮垃圾隨漩渦水流旋轉(zhuǎn)并向垃圾收集口匯集，經(jīng)篩分圍欄篩分后被卷入收集口進入管道，完成漂浮垃圾匯集、篩分和收集過程。體積大于管道口徑的少量垃圾被篩分在圍欄外，由人工在操作平臺上撈出。垃圾收儲輸出裝置安置在水壩下游一側(cè)的側(cè)壁表面，由垃圾集裝籠、集裝籠平臺及軌道、驅(qū)動機構(gòu)和設置于水壩壩頂?shù)牡踯嚱M成，集裝籠平臺可同時容納至少三個集裝籠。管道出口由支架固定在集裝籠平臺上方。集裝籠頂部敞口，四周和底部采用網(wǎng)狀鋼構(gòu)。集裝籠頂部安裝吊環(huán)供吊車吊裝使用，底部安裝行走輪在軌道上行走。待裝集裝籠由壩頂?shù)踯噺膲雾斃\汽車上吊裝至集裝籠平臺的待裝位置，受驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動并推動在裝集裝籠和輸出集裝籠沿軌道移動，其始端移動至管道出口下方時轉(zhuǎn)變?yōu)樵谘b集裝籠，開始收儲管道出口排出的垃圾，并透過底部和四周網(wǎng)狀鋼構(gòu)排除水分，利用管道出口的水流和垃圾沖擊力壓縮致密已裝入集裝籠的垃圾。在裝集裝籠末端移動到管道出口下方時裝滿垃圾，隨后進入輸出集裝籠位置，由置于壩頂?shù)牡踯嚨跹b至壩頂?shù)睦\汽車上，完成垃圾收儲和輸出過程。集裝籠平臺上部的水壩側(cè)壁安裝曳引機和豎向附壁軌道，集裝籠平臺及管道出口受曳引機牽引沿附壁軌道上下移動，用以調(diào)整管道出口與進口的高差，保持垃圾穩(wěn)定收儲。[0004]本發(fā)明的優(yōu)點是采用管道系統(tǒng)導引水庫蓄水水面與管道出口高差蓄積的勢能釋放，完成水庫漂浮垃圾匯集、篩分、收集、輸送和收儲過程，達到利用天然能量清除水庫漂浮垃圾的目的。并實現(xiàn)垃圾收儲的集裝化和密實化，提高垃圾清除效率，改進垃圾收儲效果。
【具體實施方式】
[0005]水面垃圾隨水流漂浮到水庫壩前。趨向于在靠近兩岸或其他水流相對靜止的區(qū)域聚集。漂浮垃圾雜亂無章，形態(tài)大小各異。采用管道系統(tǒng)利用天然能量清除，首先需要根據(jù)漂浮垃圾的形態(tài)和大小確定管道口徑。
[0006]水庫漂浮垃圾按其形態(tài)可劃分為立體垃圾、平面垃圾和桿狀垃圾。
[0007]立體垃圾是指泡沫塑料、玩具、飲料瓶等具有明顯立體特征的垃圾。其任一方向的尺寸如果大于管道口徑將導致管道堵塞。管道口徑主要由允許通過的絕大多數(shù)立體垃圾尺寸上限確定。
[0008]平面垃圾是指塑料包裝膜，紙片包裝物、紡織品等膜片類及雜草類垃圾，這類垃圾的形態(tài)隨水流形態(tài)的改變而改變。只要管道所容許的絕大多數(shù)立體垃圾能夠通過，平面垃圾便可以通過。
[0009]桿狀垃圾是指長度尺寸較大而橫截面較小的木棍、竹竿等。這類垃圾數(shù)量有限，但若不經(jīng)篩分而直接輸送，則需要管道有足夠大的口徑，會數(shù)倍加大設施造價和水量消耗。為此，管道口徑只考慮輸送絕大部分立體垃圾、平面垃圾以及長度小于管道口徑的桿狀垃圾。管道口徑一般在DN600mm左右為宜。而對于超出管道口徑的少量立體和桿狀垃圾，則采取在管道的垃圾收集口外篩分，然后進行打撈的方法另行處理。
[0010]水庫漂浮垃圾需通過匯集和篩分預處理才能收集到管道系統(tǒng)中清除。本發(fā)明提出一種漂浮垃圾預處理裝置-垃圾匯集篩分裝置，對漂浮垃圾進行自動匯集和篩分。匯集篩分裝置以管道的垃圾收集口為中心，由環(huán)形浮箱及其所承載的篩分圍欄和操作平臺組成。
[0011]環(huán)形浮箱采用一種平面為環(huán)形的中空箱式浮體，潛浮在水面以下，潛浮深度等于大體積垃圾的限定水下深度，為水流挾帶垃圾進入收集口提供通道。垃圾收集口連接管道從環(huán)形浮箱中心空間向水下延伸。環(huán)形浮箱承載篩分圍欄、操作平臺以及垃圾收集口，需要足夠大的平面尺寸和排水量，以保障其潛浮穩(wěn)定性。外環(huán)直徑不宜小于4米，內(nèi)環(huán)空間直徑等于垃圾收集口的上口直徑。環(huán)形浮箱的箱體內(nèi)部四周均布四個獨立儲水箱。通過統(tǒng)一調(diào)整儲水箱水量，調(diào)整環(huán)形浮箱的整體浮力和潛水深度；通過分別調(diào)整各儲水箱水量，精細調(diào)整環(huán)形浮箱各點的平衡，保持篩分圍欄、操作平臺以及垃圾收集口與水面的高度或深度。
[0012]環(huán)形浮箱的上部四周安裝垃圾篩分圍欄，圍欄的水面以上安裝操作平臺。篩分圍欄和操作平臺的外圍直徑與環(huán)形浮箱外環(huán)直徑相同。圍欄立柱沿環(huán)形浮箱頂面外圍均布安裝，立柱間距略小于管道口徑以限制大體積垃圾進入，部分立柱加粗兼做操作平臺立柱。圍繞圍欄立柱的水面以上安裝一道可以上下調(diào)整的水平欄桿。通過適度調(diào)整水平欄桿距水面的高度，與環(huán)形浮箱頂面共同在豎向上篩分大體積垃圾。操作平臺的底板在水平欄桿以上，采用鋼板網(wǎng)鋪設，以便于觀察平臺下的水面及垃圾情況，平臺周圍加裝防護欄桿。
[0013]環(huán)形浮箱的中心空間安裝垃圾收集口。收集口呈漏斗狀。環(huán)形浮箱頂面與收集口上口持平，內(nèi)環(huán)直徑與收集口上口直徑相同。收集口下口與管道的口徑相同，并采用柔性接頭與管道連接，使管道與收集口保持適當?shù)淖杂啥?，以消除管道傾斜對浮箱平衡產(chǎn)生的影響。
[0014]由于管道收集口低于水面而高于管道出口，管道輸水導引水面與管道出口高差蘊含的勢能釋放，垃圾收集口產(chǎn)生對水流和漂浮垃圾的負壓抽吸力。經(jīng)篩分后的漂浮垃圾隨水流從環(huán)形漂浮箱上面流入收集口，在以收集口為中心的一定范圍內(nèi)形成漩渦，漩渦水面呈現(xiàn)凹形。漩渦水流挾帶漂浮垃圾旋轉(zhuǎn)，速度逐漸加快，垃圾密度逐漸增大，最終被漩渦卷入收集口進入管道。從而達到利用天然能量匯集、篩分和收集漂浮垃圾的目的。
[0015]垃圾收集口周圍形成漩渦，桿狀垃圾隨漩渦水流旋轉(zhuǎn)，速度逐步加快。由于沿漩渦徑向的相鄰水流流速不同，桿狀垃圾趨向于與旋轉(zhuǎn)弧線相切的形態(tài)圍繞圍欄旋轉(zhuǎn)，逐漸靠近圍欄，從而避免長度大于圍欄立柱間距的桿狀垃圾插入圍欄，最終被擋在圍欄外由人工撈出。從而達到對桿狀漂浮垃圾的自動篩分。
[0016]漂浮垃圾從收集口進入管道之后進入垃圾輸送和控制程序。
[0017]垃圾輸送和控制由管道系統(tǒng)承擔。管道系統(tǒng)由垃圾收集口與水壩之間的管道、穿越水壩的水下涵管及其入口閘門、涵管出口與管道出口之間的管道、以及管道出口連接而成。管道收集口高于水下涵管和管道出口。水流挾帶漂浮垃圾從收集口進入管道，從水壩下游一側(cè)的管道出口排出，由水下涵管入口的閘門啟閉調(diào)控。水流挾帶垃圾流經(jīng)閘門時會給閘門關(guān)閉造成困難，可在閥門關(guān)閉前在收集口上臨時安放垃圾過濾網(wǎng)，對垃圾進行過濾。
[0018]漂浮垃圾數(shù)量和水庫水位在雨季和旱季相差很大，一次洪水形成的漂浮垃圾往往比整個旱季的漂浮垃圾總量還要多。垃圾匯集篩分裝置隨水面升降浮動，水下涵管設定在枯水期水位以下，管道出口的高程如果固定不變，管道進口和出口的高差則隨水庫水位升降而變化。管道出口的水流量、垃圾流量和水流沖擊力會隨之發(fā)生很大變化。水庫在汛期尤其是洪水水位時，管道出口的水流沖擊力最大，垃圾數(shù)量最多，而在枯水期恰好相反。管道出口水流沖擊力和垃圾流量的巨大差別甚至達到難以調(diào)控的程度。為此，本發(fā)明提出從管道進口至水下涵管閘門之間的管道，水下涵管出口至管道出口之間的管道，采用柔性的塑料或橡膠管道。柔性管道可以適度彎曲和移動，滿足在壩前隨匯集篩分裝置升降和浮動的需要，減輕對裝置漂浮姿態(tài)的影響。同時滿足壩后管道出口隨收儲輸出裝置上下移動的需要。在垃圾收集口隨水庫水位升降時，管道出口隨之提升或下降。垃圾收集口、水下涵管及管道出口之間的管道系統(tǒng)保持倒虹吸形態(tài)，管道進口與出口保持適度的高差，使管道出口水流保持均衡的沖擊力和垃圾流量，在水庫高低水位時都可均衡平穩(wěn)的進行垃圾收儲。
[0019]漂浮垃圾隨水流排出管道出口后進入垃圾收儲和輸出程序。
[0020]水庫收儲漂浮垃圾的傳統(tǒng)方法是采用人工和機械收儲，自然堆積，松散雜亂，收儲和輸出效率很低。對此，本發(fā)明提出一種垃圾收儲輸出裝置與管道系統(tǒng)配套。垃圾收儲采用外形如集裝箱的“集裝籠”。集裝籠頂部敞口，四周和底部采用網(wǎng)狀鋼構(gòu)。集裝籠頂部安裝吊環(huán)，供吊車吊裝使用，底部安裝行走輪在軌道上行走。集裝籠置于水壩壩后側(cè)壁的集裝籠平臺上，平臺表面安裝集裝籠軌道和集裝籠驅(qū)動機構(gòu)。平臺預置待裝、在裝和輸出集裝籠的位置，平臺的長度至少可同時放置三個集裝籠。待裝集裝籠由壩頂?shù)踯噺膲雾斃\汽車上吊裝到平臺軌道上的待裝位置，由平臺驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，并推動在裝集裝籠和輸出集裝籠一并向前移動。垃圾隨水流經(jīng)管道出口從在裝集裝籠的頂部裝入。
[0021]管道出口安裝在在裝集裝籠前進方向的始端上方，采用彎頭制作，管口向下朝集裝籠。待裝集裝籠受驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動沿軌道進入在裝位置，在繼續(xù)移動中開始收儲管道出口排出的垃圾。裝入集裝籠的垃圾受管道出口后續(xù)水流和垃圾的強烈沖擊，水流透過集裝籠底部和四周的網(wǎng)狀鋼構(gòu)排放，垃圾在集裝籠內(nèi)被規(guī)整的壓縮密實。在裝集裝籠在移動中從始端到末端裝滿垃圾，繼續(xù)移動進入輸出位置，由壩頂?shù)踯嚨跹b至停放在壩頂?shù)睦\汽車上，完成垃圾收儲和輸出過程。垃圾待裝、在裝、輸出過程循環(huán)進行，周而復始。
[0022]管道出口固定在集裝籠平臺上，調(diào)整管道出口的高程需要整體調(diào)整集裝籠平臺高程。本發(fā)明提出在集裝籠平臺上方的水壩壩后側(cè)壁豎向安裝附壁軌道，通過安裝在軌道上方的曳引機牽引集裝籠平臺，連同管道出口沿附壁軌道上升或下降，調(diào)整管道出口高程，保持與管道進口的適當高差，保持垃圾收儲的均衡平穩(wěn)進行。
【權(quán)利要求】
1.一種利用天然能量清除水庫漂浮垃圾的設施及運行方法，其特征是由收集和輸送漂浮垃圾的管道系統(tǒng)，置于管道進口的漂浮垃圾匯集篩分裝置，置于管道出口的垃圾收儲輸出裝置配套組成；管道系統(tǒng)由垃圾收集口與水壩之間的柔性管道，穿越水壩的水下涵管及其入口閘門，涵管出口與管道出口之間的柔性管道，以及管道出口連接組成；垃圾收集口低于漂浮垃圾的水面以下深度而高于水下涵管和管道出口 ；水流挾帶漂浮垃圾從收集口進入管道，由閘門啟閉調(diào)控，從水壩下游一側(cè)的管道出口排出；垃圾匯集篩分裝置漂浮在壩前的漂浮垃圾聚集區(qū)，由環(huán)形浮箱及所承載的垃圾篩分圍欄和操作平臺組成；環(huán)形浮箱潛浮在水下，潛伏深度為大體積垃圾的限定水下深度；環(huán)形浮箱采用一種平面為環(huán)形的中空箱式浮體，箱內(nèi)四周均布四個獨立儲水箱，通過調(diào)整儲水箱水量調(diào)整浮力和潛水深度；環(huán)形浮箱的中心空間安裝漏斗狀垃圾收集口，收集口上口與環(huán)形浮箱頂面持平，下口與管道采用柔性接頭連接；環(huán)形浮箱的頂面四周安裝垃圾篩分圍欄立柱，立柱間距略小于管道口徑，用以在平面上篩分大體積垃圾；立柱的水面以上圍繞圍欄安裝一道水平欄桿，與浮箱頂面共同在豎向上篩分大體積垃圾；水平欄桿以上安裝以鋼板網(wǎng)為底板的操作平臺；水流經(jīng)垃圾收集口進入管道形成漩渦，漂浮垃圾隨漩渦水流旋轉(zhuǎn)并向垃圾收集口匯集，經(jīng)篩分圍欄篩分后被卷入收集口進入管道，完成漂浮垃圾匯集、篩分和收集過程；體積大于管道口徑的少量垃圾被篩分在圍欄外，由人工在操作平臺上撈出；垃圾收儲輸出裝置安置在水壩下游一側(cè)的側(cè)壁表面，由垃圾集裝籠，集裝籠平臺及軌道、驅(qū)動機構(gòu)和設置于水壩壩頂?shù)牡踯嚱M成，集裝籠平臺可同時容納至少三個集裝籠；管道出口由支架固定在集裝籠平臺上方；集裝籠頂部敞口，四周和底部采用網(wǎng)狀鋼構(gòu)。集裝籠頂部安裝吊環(huán)供吊車吊裝使用，底部安裝行走輪在軌道上行走；待裝集裝籠由壩頂?shù)踯噺膲雾斃\汽車上吊裝至集裝籠平臺的待裝位置，受驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動并推動在裝集裝籠和輸出集裝籠沿軌道移動，其始端移動至管道出口下方時轉(zhuǎn)變?yōu)樵谘b集裝籠，開始收儲管道出口排出的垃圾，并透過底部和四周網(wǎng)狀鋼構(gòu)排除水分，利用管道出口的水流和垃圾沖擊力壓縮致密已裝入集裝籠的垃圾；在裝集裝籠末端移動到管道出口下方時裝滿垃圾，隨后進入輸出集裝籠位置，由置于壩頂?shù)牡踯嚨跹b至壩頂?shù)睦\汽車上，完成垃圾收儲和輸出過程；集裝籠平臺上部的水壩側(cè)壁安裝曳引機和豎向附壁軌道，集裝籠平臺及管道出口受曳引機牽引沿附壁軌道上下移動，用以調(diào)整管道出口與進口的高差，保持垃圾穩(wěn)定收儲。
【文檔編號】E02B15/10GK103643661SQ201310699452
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】馬向前 申請人:馬向前, 馬彤, 馬藝瑄