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Title:
ROTARY CYLINDER TYPE SCROLL PUMP, SEDIMENT INTAKE DEVICE, SEDIMENT DREDGER AND DREDGING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/116651
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed are a rotary cylinder type scroll pump, a sediment intake device, a sediment dredger and a dredging method. The rotary cylinder type scroll pump includes a rotatable retentive cylinder shell (3); multiple supercharging sections (6) arranged within the cylinder shell, with one of the sections arranged at the side of the pump inlet; and one conveying section (7) arranged between every two neighbouring supercharging sections, and every section being in fluid communication with the two neighbouring supercharging sections, wherein each supercharging section includes a scroll worm (8) which has a spindle (9) and a first scroll impeller (10) thereon, and the end edge of the first scroll impeller is fixedly engaged with the inner wall of the cylinder shell so as to form a spiral conveying space bounded by the inner wall, the outside surface of the spindle and the first scroll impeller; each conveying section includes a second scroll impeller (11) fixedly arranged on the inner wall of the cylinder shell, the end thereof extending toward the longitudinal axis of the cylinder shell; the cylinder shell rotates with the first scroll worm synchronously so that the conveying space volume of the spiral conveying space becomes gradually smaller.

Inventors:
LIU, Binjun (Room 105, No. 2 528 Nong, Miyun Road, Shanghai 2, 200092, CN)
Application Number:
CN2012/071838
Publication Date:
September 07, 2012
Filing Date:
March 02, 2012
Export Citation:
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Assignee:
LIU, Binjun (Room 105, No. 2 528 Nong, Miyun Road, Shanghai 2, 200092, CN)
刘滨军 (中国上海市密云路528弄2号105室, Shanghai 2, 200092, CN)
International Classes:
F04D7/04; E02F3/06
Foreign References:
CN1335916A2002-02-13
CN2699025Y2005-05-11
CN2874087Y2007-02-28
CN2061221U1990-08-29
JPH06323080A1994-11-22
EP1362954A12003-11-19
Attorney, Agent or Firm:
CHINA SCIENCE PATENT & TRADEMARK AGENT LTD. (25/F, Bldg. B Tsinghua Tongfang Hi-Tech Plaza,No.1, Wangzhuang Rd., Haidian District, Beijing 3, 100083, CN)
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Claims:
权 利 要 求

1、 一种转筒式涡旋泵, 包括:

第一圆筒壳体;

第一固定装置, 所述第一固定装置可旋转地保持第一圆筒壳体; 第一驱动装置, 所述第一驱动装置驱动所述第一圆筒壳体旋转; 设置在第一圆筒壳体内的多个增压段, 其中的一个增压段设置在转筒 式涡旋泵的入口侧; 以及

在每相邻的两个增压段之间设置的输送段, 每一个输送段流体连通相 邻的两个增压段,

其中:

每一个增压段包括第一涡旋蜗杆, 第一涡旋蜗杆具有第一芯轴和固定 设置在第一芯轴上的第一涡旋叶轮, 第一涡旋叶轮的末端边缘与所述第一 圆筒壳体的内壁固定地接合以在所述内壁、所述第一芯轴的外表面以及第 一涡旋叶轮之间形成第一螺旋输送空间, 第一芯轴的纵向轴线与第一圆筒 壳体的纵向轴线重合;

每一个输送段包括固定设置在第一圆筒壳体内壁上的第二涡旋叶轮, 第二涡旋叶轮的末端朝向第一圆筒壳体的纵向轴线延伸;

第一圆筒壳体在由第一驱动装置驱动旋转的同时, 带动所述第一涡旋 蜗杆同歩旋转;

第一螺旋输送空间的输送空间体积逐渐变小。

2、 根据权利要求 1所述的转筒式涡旋泵, 其中:

通过减小第一涡旋叶轮的螺距和 /或通过在泵送流体的流动方向上逐 渐增加第一芯轴的直径实现第一螺旋输送空间的输送空间体积逐渐变小。

3、 根据权利要求 1所述的转筒式涡旋泵, 其中:

在第一涡旋蜗杆竖直放置的情况下, 第一涡旋叶轮沿平行于第一芯轴 的纵向轴线的端面截面包括:

向下凹的第一上弧线, 所述第一上弧线始于第一涡旋叶轮的末端, 止 于第一芯轴的外表面上的第一上点;

第一下弧线, 所述第一下弧线始于第一涡旋叶轮的末端, 止于第一芯 轴的外表面上的第一下点, 在第一芯轴的纵向方向上所述第一下点在所述 第一上点的下方, 其中所述第一下弧线包括: 第一段涡旋泵弧线, 始于第 一涡旋叶轮的末端并且曲率中心在第一下弧线的上方; 与第一段涡旋泵弧 线平滑相接的第二段涡旋泵弧线, 止于所述第一下点, 且第二段涡旋泵弧 线的曲率中心在第一下弧线的下方。

4、 根据权利要求 3所述的转筒式涡旋泵, 其中:

在第一圆筒壳体竖直放置的情况下, 第二涡旋叶轮沿平行于第一圆筒 壳体的纵向轴线的端面截面包括:

向下凹的第二上弧线, 所述第二上弧线始于第二涡旋叶轮的末端, 止 于输送段上在第一圆筒壳体内表面上的第二上点;

第二下弧线, 所述第二下弧线始于第二涡旋叶轮的末端, 止于输送段 上在第一圆筒壳体内表面上的第二下点, 在第一圆筒壳体的纵向方向上所 述第二下点在所述第二上点的下方, 其中所述第二下弧线包括: 第三段涡 旋泵弧线, 始于第二涡旋叶轮的末端并且曲率中心在第二下弧线的上方; 与第三段涡旋泵弧线平滑相接的第四段涡旋泵弧线, 止于所述第二下点, 且第四段涡旋泵弧线的曲率中心在第二下弧线的下方。

5、 一种取泥沙装置, 包括:

竖直转筒式涡旋泵, 所述竖直转筒式涡旋泵为根据权利要求 1-4中任 一项所述的转筒式涡旋泵;

设置在该转筒式涡旋泵的入口侧的水下取泥沙组件, 所述水下取泥沙 组件具有围绕第一芯轴的轴线设置的多个泥沙切削件, 所述多个泥沙切削 件围绕所述第一芯轴的轴线形成泥沙预混空间, 所述泥沙预混空间与所述 转筒式涡旋泵的入口侧的增压段中的第一螺旋输送空间流体连通; 和

第二驱动装置, 用于驱动所述水下取泥沙组件的多个泥沙切削件围绕 所述第一芯轴的轴线在与第一涡旋蜗杆的转动方向相反的方向上转动。

6、 根据权利要求 5所述的取泥沙装置, 其中:

所述泥沙切削件为兜立面, 每一个兜立面包括在第一芯轴的轴线方向 上的上端和下端, 所有兜立面的上端均固定在固定环上, 该第二驱动装置 通过驱动所述固定环而驱动所述兜立面旋转, 该固定环与第一圆筒壳体的 入口侧端形成旋转密封接触;

每一个兜立面包括位于兜立面的旋转方向上的前端的切削边和位于 兜立面的旋转方向上的后端的后边缘, 每一个兜立面的切削边与相邻的一 个兜立面的后边缘之间的间隙构成第一泥沙入口, 每一个切削边设置有切 割刃或切割齿。

7、 根据权利要求 6所述的取泥沙装置, 其中:

所述每一个兜立面的切削边在垂直于第一涡旋蜗杆的轴线的横截面 上到所述第一芯轴的轴线的距离大于所述相邻的一个兜立面的后边缘到 所述第一芯轴的轴线的距离。

8、 根据权利要求 7所述的取泥沙装置, 其中:

所述多个兜立面的下端固定在切削锯齿环上, 该切削锯齿环具有朝向 远离第一芯轴的方向凸出的锯齿, 所述第一芯轴的轴线垂直通过所述切削 锯齿环所在圆的圆心, 所述切削锯齿环构成第二泥沙入口。

9、 根据权利要求 8所述的取泥沙装置, 其中:

所述水下取泥沙组件还包括: 第二涡旋蜗杆, 所述第二涡旋蜗杆具有 第二芯轴和固定设置在第二芯轴上的第三涡旋叶轮, 所述第二芯轴从所述 转筒式涡旋泵的入口侧的增压段中的第一涡旋蜗杆的第一芯轴一体延伸, 所述第三涡旋叶轮从所述转筒式涡旋泵的入口侧的增压段中的第一涡旋 蜗杆的第一涡旋叶轮螺旋延伸, 第二芯轴的轴线与第一芯轴的轴线重合, 其中, 所述多个兜立面围绕所述第三涡旋叶轮设置, 且多个兜立面与 第三涡旋叶轮之间形成所述泥沙预混空间。

10、 根据权利要求 9所述的取泥沙装置, 其中:

所述第三涡旋叶轮延伸到所述切削锯齿环的所在圆。

11、 根据权利要求 6-10中任一项所述的取泥沙装置, 其中:

所述水下取泥沙组件还包括围绕所述固定环固定的多个下压导叶, 所 述下压导叶自所述固定环与第一芯轴的轴线的兜立面所围绕的部分成锐 角设置且与所述兜立面间隔开。

12、 根据权利要求 11所述的取泥沙装置, 其中:

每一个下压导叶在面向兜立面的一侧设置有下压齿。 13、 根据权利要求 11所述的取泥沙装置, 其中:

所述水下取泥沙组件还包括侧切板, 所述侧切板布置在所述兜立面的 外侧, 且在所述兜立面的旋转方向上从所述兜立面的下端附近倾斜地向上 延伸到兜立面的中部位置附近, 所述侧切板的与泥沙接触的边缘设置有侧 切齿。

14、 根据权利要求 9所述的取泥沙装置, 其中:

在第二涡旋蜗杆竖直放置的情况下, 第三涡旋叶轮沿平行于第二芯轴 的纵向轴线的端面截面包括:

向下凹的第三上弧线, 所述第三上弧线始于第三涡旋叶轮的末端, 止 于第二芯轴的外表面上的第三上点;

第三下弧线, 所述第三下弧线始于第三涡旋叶轮的末端, 止于第二芯 轴的外表面上的第三下点, 在第二芯轴的纵向方向上所述第三下点在所述 第三上点的下方, 其中所述第三下弧线包括: 第五段涡旋泵弧线, 始于第 三涡旋叶轮的末端并且曲率中心在第三下弧线的上方; 与第五段涡旋泵弧 线平滑相接的第六段涡旋泵弧线, 止于所述第三下点, 且第六段涡旋泵弧 线的曲率中心在第三下弧线的下方。

15、 根据权利要求 14所述的取泥沙装置, 其中:

在从第一芯轴到第二芯轴的方向上, 第三涡旋叶轮的直径逐渐变大。

16、 根据权利要求 14所述的取泥沙装置, 其中:

所述多个兜立面的面向第二涡旋叶轮的一侧设置有内涡旋叶轮。

17、 根据权利要求 15所述的取泥沙装置, 其中:

在第二涡旋蜗杆竖直放置的情况下, 内涡旋叶轮沿平行于第二芯轴的 纵向轴线的端面截面包括:

向下凹的第四上弧线, 所述第四上弧线始于内涡旋叶轮的末端, 止于 兜立面的内表面上的第四上点;

第四下弧线, 所述第四下弧线始于内涡旋叶轮的末端, 止于兜立面的 内表面上的第四下点, 在第二芯轴的纵向方向上所述第四下点在所述第四 上点的下方, 其中所述第四下弧线包括: 第七段弧线, 始于内涡旋叶轮的 末端并且曲率中心在第四下弧线的上方; 与第七段弧线平滑相接的第八段 弧线,止于所述第四下点,且第八段弧线的曲率中心在第四下弧线的下方。 18、 根据权利要求 5所述的取泥沙装置, 其中:

所述第一驱动装置包括围绕第一圆筒壳体安装的第一齿轮以及由驱 动轴驱动的与第一齿轮啮合的第二齿轮;

所述第二驱动装置包括:

围绕第一圆筒壳体并且与第一圆筒壳体间隔开地设置在转筒式涡旋 泵的入口侧的第二圆筒壳体, 第二圆筒壳体包括远离转筒式涡旋泵的入口 侧的一端和邻近转筒式涡旋泵的入口侧的另一端, 所述固定环安装在所述 第二圆筒壳体的另一端上;

第二圆筒壳体固定装置, 其可旋转地保持第二圆筒壳体;

围绕第二圆筒壳体的所述一端的第三齿轮; 以及

同样被所述驱动轴驱动的与所述第三齿轮啮合的第四齿轮,

其中第四齿轮与第三齿轮的传动比小于第二齿轮与第一齿轮的传动 比。

19、 一种泥沙疏浚船, 包括:

船体;

设置在船体的船头的根据权利要求 5-18中任一项所述的取泥沙装置; 与取泥沙装置流体连通的泥沙排出装置; 以及

设置在船体的船尾的铅笔桩。

20、 根据权利要求 19所述的泥沙疏浚船, 还包括一对支撑组件, 所述 一对支撑组件分别设置在船体的两侧, 每一个支撑组件包括:

竖直液压缸, 竖直液压缸的一端通过第一万向节固定安装在船体侧面 的第一位置上;

爬行浮体, 所述爬行浮体的几何中心位置安装有支撑臂, 所述支撑臂 固定在所述竖直液压缸的另一端;

侧拉液压缸, 侧拉液压缸一端通过第二万向节安装在船体侧面上的与 第一位置不同的第二位置,

其中, 所述侧拉液压缸的另一端通过第三万向节与所述支撑臂固定连 接。

21、 根据权利要求 20所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述爬行浮体为扁平的浮体。 22、 根据权利要求 20所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述第一位置位于所述泥沙疏浚船的重心线附近或在所述重心线上。

23、 根据权利要求 19-22中任一项所述的泥沙疏浚船, 其中: 所述泥沙排出装置包括:

第一水平转筒式涡旋泵, 第一水平转筒式涡旋泵为根据权利要求 1-3 中任一项所述的转筒式涡旋泵, 该第一水平转筒式涡旋泵的入口侧与竖直 转筒式涡旋泵的出口侧流体相通。

24、 根据权利要求 23所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述泥沙排出装置还包括:

与第一水平转筒式涡旋泵的出口侧流体连通的垂直短管或第二竖直 转筒式涡旋泵, 所述第二竖直转筒式涡旋泵为根据权利要求 1-4中任一项 所述的转筒式涡旋泵;

第二水平转筒式涡旋泵, 第二水平转筒式涡旋泵为根据权利要求 1-4 中任一项所述的转筒式涡旋泵, 该第二水平转筒式涡旋泵的入口侧与垂直 短管或第二竖直转筒式涡旋泵的出口流体连通。

25、 根据权利要求 24所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述泥沙排出装置还包括:

位于船舱外的至少一组水面浮体式接力输送泵, 该至少一组水面浮体 式接力输送泵的入口侧与第二水平转筒式涡旋泵的出口流体连通。

26、 根据权利要求 25所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述泥沙排出装置还包括安装在该至少一组水面浮体式接力输送泵 的出口的喷射装置, 所述喷射装置的一端围绕该至少一组水面浮体式接力 输送泵的出口固定, 所述喷射装置的另一端渐缩而形成泥沙喷射口, 所述 喷射装置还包括:

设置在所述喷射装置的所述一端处的高压水入口以及贴着喷射装置 的内壁布置的多个高压水喷射口, 所述多个高压水喷射口将来自高压水入 口的高压水沿喷射装置的所述内壁朝向泥沙喷射口喷射。

27、 根据权利要求 24所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述泥沙排出装置还包括:

泥沙与水分离装置, 所述泥沙与水分离装置设置在所述垂直短管或第 二竖直转筒式涡旋泵的出口与所述第二水平转筒式涡旋泵的入口之间, 用 于执行将来自所述垂直短管或第二竖直转筒式涡旋泵的出口的泥沙与水 的混合物中的水分和泥沙分离, 执行了水分分离的泥沙进入所述第二水平 转筒式涡旋泵的入口。

28、 根据权利要求 19-22中任一项所述的泥沙疏浚船, 还包括: 变幅机构, 所述变幅机构调整所述竖直转筒式涡旋泵的方位。

29、 根据权利要求 25所述的泥沙疏浚船, 还包括:

变幅机构, 所述变幅机构调整所述竖直转筒式涡旋泵的方位。

30、 根据权利要求 29所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述船体上还设置有:

与所述第一水平转筒式涡旋泵平行设置的辅助支撑件;

固定竖直转筒式涡旋泵的横向构件, 所述横向构件分别通过第一、 第 二旋转接头与第一水平转筒式涡旋泵以及辅助支撑件连接, 且竖直转筒式 涡旋泵在变幅机构的作用下能够在垂直于横向构件的平面上摆动。

31、 根据权利要求 30所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述第二水平转筒式涡旋泵的出口与该至少一组水面浮体式接力输 送泵的入口侧在船舱内通过第三旋转接头流体连通以使得第二水平转筒 式涡旋泵能够关于该至少一组水面浮体式接力输送泵的入口侧为支点摆 动;

所述船体的甲板上设置有横过船体的以所述支点为圆心的圆弧形导 轨, 以及能够在该导轨上被引导移动的移动盘, 所述第一水平转筒式涡旋 泵以及辅助支撑件被支撑在所述移动盘上;

垂直短管或第二竖直转筒式涡旋泵穿过所述移动盘进入到船舱之内。

32、 根据权利要求 31所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述第二水平转筒式涡旋泵的入口通过第四旋转接头与垂直短管或 第二竖直转筒式涡旋泵的出口流体连通。

33、 根据权利要求 31所述的泥沙疏浚船, 其中:

所述泥沙疏浚船还包括第一收回装置, 所述第一收回装置适于将所述 竖直转筒式涡旋泵收回到船体上, 所述第一收回装置包括缆索以及设置在 船体侧的卷扬缆索的卷扬机构, 所述缆索的一端固定在水下取泥沙组件上 或附近, 另一端固定在该卷扬机构上; 且

在船体的俯视图上, 所述第一水平转筒式涡旋泵位于所述移动盘的靠 近设置卷扬机构的船体侧的偏心位置, 且所述辅助支撑件位于比所述第一 水平转筒式涡旋泵更偏离所述移动盘的位置。

34、 根据权利要求 19-22中任一项所述的泥沙疏浚船, 还包括第二收 回装置, 所述第二收回装置适于将所述铅笔桩收回到船体上。

35、 一种疏浚方法, 包括以下歩骤:

将根据权利要求 19所述的泥沙疏浚船移动到待疏浚位置附近; 利用铅笔桩固定所述泥沙疏浚船;

使得所述水下取泥沙组件在待疏浚位置处平移。

36、 根据权利要求 35所述的方法, 包括:

使得所述水下取泥沙组件在待疏浚位置处进一歩下挖后平移。

37、 根据权利要求 35所述的方法, 其中:

所述泥沙疏浚船为根据权利要求 20-22中任一项所述的泥沙疏浚船, 且

所述方法还包括歩骤:

利用所述支撑组件以及所述铅笔桩使得所述泥沙疏浚船的船体移动 到另外的待疏浚位置。

38、 根据权利要求 35所述的方法, 其中:

所述泥沙疏浚船为根据权利要求 23-34中任一项所述的泥沙疏浚船。

39、 根据权利要求 35所述的方法, 还包括以下歩骤:

所述泥沙排出装置执行将输送的泥沙与水的混合物中的水分和泥沙分离。

Description:
转筒式涡旋泵、 取泥沙装置、 泥沙疏浚船和疏浚方法 技术领域

本发明涉及泥沙疏浚领域, 尤其涉及用于执行疏浚功能的涡旋泵、取 泥沙装置、 泥沙疏浚船和疏浚方法。 背景技术

人们对水下吸送泥 (沙), 输送, 吹填方面的流体动力机械设备探索 了多年, 主流形式是: 用渣浆泵 (泥泵) 作为流体动力机械, 把机械能转 变为液态流体(泥沙) 的势能和动压能, 吸入口安装绞刀头和耙子头, 达 到吸送泥(沙) 目的。

而渣浆泵 (泥泵) 的工作原理, 是用高速旋转的半开式和开式叶轮, 叶片的叶型产生径向离心力作用和轴向力对流 体做功, 流体产生加速度, 并与静止的蜗壳发生摩擦运动, 将机械能转换为势能和动压能, 蜗壳将流 体均匀排出或转入下一级叶。流量范围 100— 20000m7h,扬程约为 10— 200m, 它的动力特性属于低压泵范围。

现有技术中存在着几个问题:

1 ) 渣浆泵(泥泵)的动力特性决定了浓浆(体积 )比不得超过 30 %, 超过 30 %后, 其泵的效率曲线急速下降, 工作范围在 20 %以下为好, 实际 情况在 10 %左右, 以防输泥管道和泵体堵塞。

2 ) 在静止的蜗壳和高速旋转的叶轮形成了流道空 间, 流体消耗的功 率通过流道摩擦获得势能和动压能的同时带来 了很大的摩擦损失, 并在叶 轮背部产生反压区, 造成水力损失很大, 有效轴功率减少。 泵体的泄露也 会产生功率损耗。 所有损耗占轴功率 30 %。

3 ) 失速和喘振现象,冲角增加时,叶片背水面的 尾部流动产生分离, 外力有所增加而阻力 (主要是形体阻力) 的增加更大, 叶片升阻比减少, 冲角增大到某一临界值后, 流动分离点前移, 分离区扩大, 致使升力明显 下降而阻力急剧增加, 产生失速, 喘振。 当旋转失速逆叶轮旋转方向的角 速度 (约为 30 %—— 80 % ) , 交变失速力频率等于或接近叶片固有频率, 除了会影响流体压力的变化外, 叶片将产生共振甚至叶片断裂, 输出流量 一定要远大于临界流量, 但是现实中, 混合流体的密度, 流体在入口室产 生的弹性波频率, 振幅都是变化的。 当流体流速在紊流区, 实际流体流动 方式在管道吸入腔内和排出管道, 多是大大小小的涡旋运动, 冲角也是一 个变化的函数关系, 变化规律难以掌握。

4) 由于气蚀现象, 泵的安装高度应满足〈^:^ 3 〉, 实际

安装高度满足 ( ), Hs是厂家在(1325Pa和

20°C的清水下实验流出。 水下取泥沙时, 限制了水面以上安装高度, 超过 数值时, 需水下加装接力真空泵, 增加了工装难度, 泵的吸入口的流体背 压受到限制, 流体的泥 (沙) 吸入浓度也受到限制, 系统最佳工况脱离了 泵效率最佳工况。

5 ) 为了破除水下泥 (沙) 层砼, 提高泥 (沙) 的浓桨比, 大都采用 配置动力带动的旋转绞刀头, 绞刀头安装在绞刀架上, 与一定长度吸入管 悍接在一起, 与船体滑动轴承铰接, 靠这一段刚体自身重力下垂与水底形 成一定夹角的吸泥工作面。 实际运行中绞刀旋转需克服自身重力, 与水下 泥底的反作用力、 水深的压力, 水底下层流和紊流漩涡矢量力, 才能保证 工作面工作, 需耗无效功率极大。 绞刀的机械能, 泵吸入口的动压能, 使 流体(泥,沙)产生入口方向的涡旋矢量力, 该力需克服流体质量惯性力, 本身浮力, 形成浓度的很低 (15%左右)甚至更低, 浓浆比变化幅度很大。 生产效率低。

6) 当工况为胶粘土层砼时, 其剪切粘性强度为 150n/ C n , 绞刀的切 削半径大, 所需轴功率数量级越大, 水越深, 水下压力越大, 反作用力越 大, 功耗越大, 并且与浓浆比效率没有相关关系, 所需的平台造价相对很 高, 整个生产系统的性价比很低, 投资回报率很低。

7)采用航行中拖动耙子头破层砼, 靠泥泵的扬程吸泥(沙), 这种方 式比上述方式效率更低, 水域的混浊污染更大。

8)螺旋泵用于吸泥吹填方面还没有大面积应用 其主要原因是 1.螺旋 叶片与筒壳的间隙造成流体的连续圆盘损失过 大, 导致效率远远小于离心 水泵。 2.由于螺旋叶片的背部反压区过大, 水流损失在每个螺距之间叠加 产生, 螺旋泵的扬程随功率和流量的关系成反比, 导致扬程小, 流量相对 大, 功率损失巨大。 发明内容

为解决现有技术中的技术问题的至少一个方面 , 提出本发明。

根据本发明的一个方面, 提出了一种转筒式涡旋泵, 包括: 第一圆筒 壳体; 第一固定装置, 所述第一固定装置可旋转地保持第一圆筒壳体 ; 第 一驱动装置, 所述第一驱动装置驱动所述第一圆筒壳体旋转 ; 设置在第一 圆筒壳体内的多个增压段, 其中的一个增压段设置在转筒式涡旋泵的入口 侧; 以及在每相邻的两个增压段之间设置的输送段 , 每一个输送段流体连 通相邻的两个增压段, 其中: 每一个增压段包括第一涡旋蜗杆, 第一涡旋 蜗杆具有第一芯轴和固定设置在第一芯轴上的 第一涡旋叶轮, 第一涡旋叶 轮的末端边缘与所述第一圆筒壳体的内壁固定 地接合以在所述内壁、所述 第一芯轴的外表面以及第一涡旋叶轮之间形成 第一螺旋输送空间, 第一芯 轴的纵向轴线与第一圆筒壳体的纵向轴线重合 ; 每一个输送段包括固定设 置在第一圆筒壳体内壁上的第二涡旋叶轮, 第二涡旋叶轮的末端朝向第一 圆筒壳体的纵向轴线延伸; 第一圆筒壳体在由第一驱动装置驱动旋转的同 时, 带动所述第一涡旋蜗杆同歩旋转; 第一螺旋输送空间的输送空间体积 逐渐变小。

可以通过减小第一涡旋叶轮的螺距和 /或通过在泵送流体的流动方向 上逐渐增加第一芯轴的直径实现第一螺旋输送 空间的输送空间体积逐渐 变小。

有利地, 在第一涡旋蜗杆竖直放置的情况下, 第一涡旋叶轮沿平行于 第一芯轴的纵向轴线的端面截面包括: 向下凹的第一上弧线, 所述第一上 弧线始于第一涡旋叶轮的末端, 止于第一芯轴的外表面上的第一上点; 第 一下弧线, 所述第一下弧线始于第一涡旋叶轮的末端, 止于第一芯轴的外 表面上的第一下点, 在第一芯轴的纵向方向上所述第一下点在所述 第一上 点的下方, 其中所述第一下弧线包括: 第一段涡旋泵弧线, 始于第一涡旋 叶轮的末端并且曲率中心在第一下弧线的上方 ; 与第一段涡旋泵弧线平滑 相接的第二段涡旋泵弧线, 止于所述第一下点, 且第二段涡旋泵弧线的曲 率中心在第一下弧线的下方。

进一歩有利地, 在第一圆筒壳体竖直放置的情况下, 第二涡旋叶轮沿 平行于第一圆筒壳体的纵向轴线的端面截面包 括: 向下凹的第二上弧线, 所述第二上弧线始于第二涡旋叶轮的末端, 止于输送段上在第一圆筒壳体 内表面上的第二上点; 第二下弧线, 所述第二下弧线始于第二涡旋叶轮的 末端, 止于输送段上在第一圆筒壳体内表面上的第二 下点, 在第一圆筒壳 体的纵向方向上所述第二下点在所述第二上点 的下方, 其中所述第二下弧 线包括: 第三段涡旋泵弧线, 始于第二涡旋叶轮的末端并且曲率中心在第 二下弧线的上方; 与第三段涡旋泵弧线平滑相接的第四段涡旋泵 弧线, 止 于所述第二下点, 且第四段涡旋泵弧线的曲率中心在第二下弧线 的下方。

根据本发明的再一方面, 提出了一种取泥沙装置, 包括: 竖直转筒式 涡旋泵, 所述竖直转筒式涡旋泵为上述的转筒式涡旋泵 ; 设置在该转筒式 涡旋泵的入口侧的水下取泥沙组件, 所述水下取泥沙组件具有围绕第一芯 轴的轴线设置的多个泥沙切削件, 所述多个泥沙切削件围绕所述第一芯轴 的轴线形成泥沙预混空间, 所述泥沙预混空间与所述转筒式涡旋泵的入口 侧的增压段中的第一螺旋输送空间流体连通; 和第二驱动装置, 用于驱动 所述水下取泥沙组件的多个泥沙切削件围绕所 述第一芯轴的轴线在与第 一涡旋蜗杆的转动方向相反的方向上转动。

有利地, 所述泥沙切削件为兜立面, 每一个兜立面包括在第一芯轴的 轴线方向上的上端和下端, 所有兜立面的上端均固定在固定环上, 该第二 驱动装置通过驱动所述固定环而驱动所述兜立 面旋转, 该固定环与第一圆 筒壳体的入口侧端形成旋转密封接触; 每一个兜立面包括位于兜立面的旋 转方向上的前端的切削边和位于兜立面的旋转 方向上的后端的后边缘, 每 一个兜立面的切削边与相邻的一个兜立面的后 边缘之间的间隙构成第一 泥沙入口, 每一个切削边设置有切割刃或切割齿。 有利地, 所述每一个兜 立面的切削边在垂直于第一涡旋蜗杆的轴线的 横截面上到所述第一芯轴 的轴线的距离大于所述相邻的一个兜立面的后 边缘到所述第一芯轴的轴 线的距离。 有利地, 所述多个兜立面的下端固定在切削锯齿环上, 该切削 锯齿环具有朝向远离第一芯轴的方向凸出的锯 齿, 所述第一芯轴的轴线垂 直通过所述切削锯齿环所在圆的圆心, 所述切削锯齿环构成第二泥沙入口。 进一歩地, 所述水下取泥沙组件还包括: 第二涡旋蜗杆, 所述第二涡 旋蜗杆具有第二芯轴和固定设置在第二芯轴上 的第三涡旋叶轮, 所述第二 芯轴从所述转筒式涡旋泵的入口侧的增压段中 的第一涡旋蜗杆的第一芯 轴一体延伸, 所述第三涡旋叶轮从所述转筒式涡旋泵的入口 侧的增压段中 的第一涡旋蜗杆的第一涡旋叶轮螺旋延伸, 第二芯轴的轴线与第一芯轴的 轴线重合; 所述多个兜立面围绕所述第三涡旋叶轮设置, 且多个兜立面与 第三涡旋叶轮之间形成所述泥沙预混空间。 有利地, 所述第三涡旋叶轮延 伸到所述切削锯齿环的所在圆。

所述水下取泥沙组件还可包括围绕所述固定环 固定的多个下压导叶, 所述下压导叶自所述固定环与第一芯轴的轴线 的兜立面所围绕的部分成 锐角设置且与所述兜立面间隔开。每一个下压 导叶在面向兜立面的一侧可 设置有下压齿。 所述水下取泥沙组件还可包括侧切板, 所述侧切板布置在 所述兜立面的外侧, 且在所述兜立面的旋转方向上从所述兜立面的 下端附 近倾斜地向上延伸到兜立面的中部位置附近, 所述侧切板的与泥沙接触的 边缘设置有侧切齿。

有利地, 在第二涡旋蜗杆竖直放置的情况下, 第三涡旋叶轮沿平行于 第二芯轴的纵向轴线的端面截面包括: 向下凹的第三上弧线, 所述第三上 弧线始于第三涡旋叶轮的末端, 止于第二芯轴的外表面上的第三上点; 第 三下弧线, 所述第三下弧线始于第三涡旋叶轮的末端, 止于第二芯轴的外 表面上的第三下点, 在第二芯轴的纵向方向上所述第三下点在所述 第三上 点的下方, 其中所述第三下弧线包括: 第五段涡旋泵弧线, 始于第三涡旋 叶轮的末端并且曲率中心在第三下弧线的上方 ; 与第五段涡旋泵弧线平滑 相接的第六段涡旋泵弧线, 止于所述第三下点, 且第六段涡旋泵弧线的曲 率中心在第三下弧线的下方。

在从第一芯轴到第二芯轴的方向上, 第三涡旋叶轮的直径可以逐渐变 所述多个兜立面的面向第二涡旋叶轮的一侧可 设置有内涡旋叶轮。有 利地, 在第二涡旋蜗杆竖直放置的情况下, 内涡旋叶轮沿平行于第二芯轴 的纵向轴线的端面截面包括: 向下凹的第四上弧线, 所述第四上弧线始于 内涡旋叶轮的末端, 止于兜立面的内表面上的第四上点; 第四下弧线, 所 述第四下弧线始于内涡旋叶轮的末端, 止于兜立面的内表面上的第四下点, 在第二芯轴的纵向方向上所述第四下点在所述 第四上点的下方, 其中所述 第四下弧线包括: 第七段弧线, 始于内涡旋叶轮的末端并且曲率中心在第 四下弧线的上方; 与第七段弧线平滑相接的第八段弧线, 止于所述第四下 点, 且第八段弧线的曲率中心在第四下弧线的下方 。

可选地, 所述第一驱动装置包括围绕第一圆筒壳体安装 的第一齿轮以 及由驱动轴驱动的与第一齿轮啮合的第二齿轮 ,

且所述第二驱动装置包括:

围绕第一圆筒壳体并且与第一圆筒壳体间隔开 地设置在转筒式涡旋 泵的入口侧的第二圆筒壳体, 第二圆筒壳体包括远离转筒式涡旋泵的入口 侧的一端和邻近转筒式涡旋泵的入口侧的另一 端, 所述固定环安装在所述 第二圆筒壳体的另一端上;

第二圆筒壳体固定装置, 其可旋转地保持第二圆筒壳体;

围绕第二圆筒壳体的所述一端的第三齿轮; 以及

同样被所述驱动轴驱动的与所述第三齿轮啮合 的第四齿轮,

其中第四齿轮与第三齿轮的传动比小于第二齿 轮与第一齿轮的传动 比。

根据本发明的又一方面, 提出了一种泥沙疏浚船, 包括: 船体; 设置 在船体的船头的上述取泥沙装置; 与取泥沙装置流体连通的泥沙排出装置; 以及设置在船体的船尾的铅笔桩。

有利地, 泥沙疏浚船还包括一对支撑组件, 所述一对支撑组件分别设 置在船体的两侧, 每一个支撑组件包括:

竖直液压缸, 竖直液压缸的一端通过第一万向节固定安装在 船体侧面 的第一位置上;

爬行浮体, 所述爬行浮体的几何中心位置安装有支撑臂, 所述支撑臂 固定在所述竖直液压缸的另一端;

侧拉液压缸, 侧拉液压缸一端通过第二万向节安装在船体侧 面上的与 第一位置不同的第二位置,

其中, 所述侧拉液压缸的另一端通过第三万向节与所 述支撑臂固定连 接。

所述爬行浮体可为扁平的浮体。

有利地, 所述第一位置位于所述泥沙疏浚船的重心线附 近或在所述重 心线上。

所述泥沙排出装置可包括: 第一水平转筒式涡旋泵, 第一水平转筒式 涡旋泵为上述的转筒式涡旋泵, 该第一水平转筒式涡旋泵的入口侧与竖直 转筒式涡旋泵的出口侧流体相通。

有利地, 所述泥沙排出装置还包括:

与第一水平转筒式涡旋泵的出口侧流体连通的 垂直短管或第二竖直 转筒式涡旋泵, 所述第二竖直转筒式涡旋泵为上述的转筒式涡 旋泵, 有利 地, 垂直短管或第二竖直转筒式涡旋泵的出口位于 船体的船舱内;

第二水平转筒式涡旋泵, 第二水平转筒式涡旋泵为上述转筒式涡旋泵, 该第二水平转筒式涡旋泵的入口侧与垂直短管 或第二竖直转筒式涡旋泵 的出口流体连通。

可选地, 所述泥沙排出装置还包括: 泥沙与水分离装置, 所述泥沙与 水分离装置设置在所述垂直短管或第二竖直转 筒式涡旋泵的出口与所述 第二水平转筒式涡旋泵的入口之间, 用于执行将来自所述垂直短管或第二 竖直转筒式涡旋泵的出口的泥沙与水的混合物 中的水分和泥沙分离, 执行 了水分分离的泥沙进入所述第二水平转筒式涡 旋泵的入口。

有利地, 所述泥沙排出装置还包括:

位于船舱外的至少一组水面浮体式接力输送泵 , 该至少一组水面浮体 式接力输送泵的入口侧与第二水平转筒式涡旋 泵的出口流体连通。

所述泥沙排出装置还可包括安装在该至少一组 水面浮体式接力输送 泵的出口的喷射装置, 所述喷射装置的一端围绕该至少一组水面浮体 式接 力输送泵的出口固定, 所述喷射装置的另一端渐缩而形成泥沙喷射口 , 所 述喷射装置还包括设置在所述喷射装置的所述 一端处的高压水入口以及 贴着喷射装置的内壁布置的多个高压水喷射口 , 所述多个高压水喷射口将 来自高压水入口的高压水沿喷射装置的所述内 壁朝向泥沙喷射口喷射。

有利地, 泥沙疏浚船还包括变幅机构, 所述变幅机构调整所述竖直转 筒式涡旋泵的方位。 所述船体上还可设置有: 与所述第一水平转筒式涡旋泵平行设置的辅 助支撑件; 固定竖直转筒式涡旋泵的横向构件, 所述横向构件分别通过第 一、 第二旋转接头与第一水平转筒式涡旋泵以及辅 助支撑件连接, 且竖直 转筒式涡旋泵在变幅机构的作用下能够在垂直 于横向构件的平面上摆动。

有利地, 所述第二水平转筒式涡旋泵的出口与该至少一 组水面浮体式 接力输送泵的入口侧在船舱内通过第三旋转接 头流体连通以使得第二水 平转筒式涡旋泵能够关于该至少一组水面浮体 式接力输送泵的入口侧为 支点摆动; 所述船体的甲板上设置有横过船体的以所述支 点为圆心的圆弧 形导轨, 以及能够在该导轨上被引导移动的移动盘, 所述第一水平转筒式 涡旋泵以及辅助支撑件被支撑在所述移动盘上 ; 垂直短管或第二竖直转筒 式涡旋泵穿过所述移动盘进入到船舱之内。

有利地, 所述泥沙疏浚船还包括第一收回装置, 所述第一收回装置适 于将所述竖直转筒式涡旋泵收回到船体上, 所述第一收回装置包括缆索以 及设置在船体侧的卷扬缆索的卷扬机构, 所述缆索的一端固定在水下取泥 沙组件上或附近, 另一端固定在该卷扬机构上; 且在船体的俯视图上, 所 述第一水平转筒式涡旋泵位于所述移动盘的靠 近设置卷扬机构的船体侧 的偏心位置, 且所述辅助支撑件位于比所述第一水平转筒式 涡旋泵更偏离 所述移动盘的位置。

有利地, 所述第二水平转筒式涡旋泵的入口通过第四旋 转接头与垂直 短管或第二竖直转筒式涡旋泵的出口流体连通 。

该泥沙疏浚船还可包括第二收回装置, 所述第二收回装置适于将所述 铅笔桩收回到船体上。

本发明还涉及一种疏浚方法, 包括以下歩骤: 将泥沙疏浚船移动到待 疏浚位置附近; 利用铅笔桩固定所述泥沙疏浚船; 使得所述水下取泥沙组 件在待疏浚位置处平移。

所述方法可包括歩骤: 使得所述水下取泥沙组件在待疏浚位置处进一 歩下挖后平移。

所述方法还可包括歩骤: 利用所述支撑组件以及所述铅笔桩使得所述 泥沙疏浚船的船体移动到另外的待疏浚位置。

所述方法还可以包括歩骤: 所述泥沙排出装置执行将输送的泥沙与水 的混合物中的水分和泥沙分离。

通过下文中参照附图对本发明所作的描述, 本发明的其它目的和优点 将显而易见, 并可帮助对本发明有全面的理解。 附图说明

图 1是根据本发明的一个实施例的转筒式涡旋泵 结构示意图,其中, 涡旋泵上附加了取泥沙装置;

图 2示出了根据本发明一个实施例的转筒式涡旋 的第一涡旋叶轮, 其中图 2a示出了第一涡旋叶轮的立体图, 而图 2b示出了第一涡旋叶轮的沿 平行于第一芯轴的纵向轴线的端面截面;

图 3示出了根据本发明一个实施例的转筒式涡旋 的第二涡旋叶轮的 沿平行于第一芯轴的纵向轴线的截面局部放大 图;

图 4示出了根据本发明一个实施例的水下取泥沙 件的立体示意图; 图 5示出了根据本发明一个实施例的水下取泥沙 件的横截面示意图 以及水下取泥沙组件的圆圈部分的放大视图;

图 6示出了根据本发明一个实施例的第一、 第二驱动装置的示意图。 图 7示出了根据本发明一个实施例的泥沙疏浚船 示意图;

图 8示出了根据本发明一个实施例的设置在船体 面的支撑组件, 其 中示出了该支撑组件的动作;

图 9示出了上述的支撑组件与铅笔桩相配合使得 体爬行的示意图; 图 10示出了根据本发明一个实施例的泥沙疏浚船 俯视图 ·'

图 11示出了沿图 10中的 A-A线的剖视图;

图 12示出了根据本发明一个实施例的旋转接头的 构示意图; 图 13示出了根据本发明的一个实施例的竖直转筒 涡旋泵的回收装 置的示意图;

图 14示出了根据本发明一个实施例的铅笔桩的回 示意图;

图 15示出了根据本发明一个实施例的转筒式涡旋 的第一涡旋叶轮 的工作区域;

图 16示意性地示出了根据本发明一个实施例的喷 装置的结构图; 图 17a示意性地示出了根据本发明一个实施例的泥 沙与水分离装置的 结构图, 图 17b为图 17a的右视示意图。 具体实施方式

下面通过实施例, 并结合附图, 对本发明的技术方案作进一歩具体的 说明。 在说明书中, 相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件 。 下述 参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发 明的总体发明构思进行解 释, 而不应当理解为对本发明的一种限制。

下面参照图 1描述转筒式涡旋泵 1。 图 1是根据本发明的一个实施例 的转筒式涡旋泵的结构示意图, 其中, 涡旋泵上附加了取泥沙装置。 虽然 在图 1中涡旋泵 1竖直放置, 但是实际上该涡旋泵 1也可以在除了竖直方 位之外的方位工作。 需要指出的是, 在图 1中, 涡旋泵 1上附加了水下取 泥沙组件 2 (后面将描述)。

如图 1中所示, 转筒式涡旋泵 1包括:

第一圆筒壳体 3;

第一固定装置 4, 所述第一固定装置 4可旋转地保持第一圆筒壳体 3; 第一驱动装置 5, 所述第一驱动装置 5驱动所述第一圆筒壳体 3旋转; 设置在第一圆筒壳体 3内的多个增压段 6, 其中的一个增压段 6设置在 转筒式涡旋泵 1的入口侧; 以及

在每相邻的两个增压段 6之间设置的输送段 7, 每一个输送段 7流体连 通相邻的两个增压段 6,

其中:

每一个增压段 6包括第一涡旋蜗杆 8, 第一涡旋蜗杆 8具有第一芯轴 9和 固定设置在第一芯轴 9上的第一涡旋叶轮 10, 第一涡旋叶轮 10的末端边缘 与所述第一圆筒壳体 3的内壁固定地接合以在所述内壁、所述第一 轴 9的 外表面以及第一涡旋叶轮 10之间形成第一螺旋输送空间, 第一芯轴的纵向 轴线与第一圆筒壳体的纵向轴线重合;

每一个输送段 7包括固定设置在第一圆筒壳体 3内壁上的第二涡旋叶 轮 11, 第二涡旋叶轮 11的末端朝向第一圆筒壳体 3的纵向轴线延伸;

第一圆筒壳体 3在由第一驱动装置 5驱动旋转的同时, 带动所述第一涡 旋蜗杆 8同歩旋转; 第一螺旋输送空间的输送空间体积逐渐变小。

这里的第一螺旋输送空间的输送空间体积逐渐 变小表示该输送空间 体积在沿流体(泥浆或沙水等) 的螺旋流动方向上第一涡旋叶轮 10与第一 圆筒壳体 3的内壁以及第一芯轴 9的外壁所围成的截面面积逐渐变小。如图 1中所示, 可以通过减小第一涡旋叶轮 10的螺距和 /或通过在泵送流体的流 动方向上逐渐增加第一芯轴 9的直径实现第一螺旋输送空间的输送空间体 积逐渐变小。 当然也可以通过改变第一涡旋叶轮 10的叶片的厚度来实现输 送空间体积的逐渐变小。

图 2示出了根据本发明一个实施例的转筒式涡旋 的第一涡旋叶轮, 其中图 2a示出了第一涡旋叶轮的立体图, 而图 2b示出了第一涡旋叶轮的沿 平行于第一芯轴的纵向轴线的端面截面。 如图 1-2中所示, 在第一涡旋蜗 杆 8竖直放置的情况下, 第一涡旋叶轮 10沿平行于第一芯轴 9的纵向轴线的 端面截面包括:

向下凹的第一上弧线 BD, 所述第一上弧线 BD始于第一涡旋叶轮 10的末 端 B, 止于第一芯轴 9的外表面上的第一上点 D;

第一下弧线 BE, 所述第一下弧线 BE始于第一涡旋叶轮 10的末端 B, 止 于第一芯轴 9的外表面上的第一下点 E, 在第一芯轴 9的纵向方向上所述第 一下点 E在所述第一上点 D的下方, 其中所述第一下弧线 BE包括: 第一段涡 旋泵弧线 BF, 始于第一涡旋叶轮 10的末端 B并且曲率中心在第一下弧线 BE 的上方; 与第一段涡旋泵弧线 BF平滑相接的第二段涡旋泵弧线 FE, 止于所 述第一下点 E, 且第二段涡旋泵弧线 FE的曲率中心在第一下弧线 BE的下方。

图 3示出了根据本发明一个实施例的转筒式涡旋 的第二涡旋叶轮的 沿平行于第一芯轴的纵向轴线的截面局部放大 图。 如图 3中所示, 与第一 涡旋叶轮 10类似, 第二涡旋叶轮 11也具有相似的结构。 具体地, 在第一圆 筒壳体 3竖直放置的情况下, 第二涡旋叶轮 11沿平行于第一圆筒壳体的纵 向轴线的端面截面包括:

向下凹的第二上弧线 GH, 所述第二上弧线 GH始于第二涡旋叶轮 11的末 端 G, 止于输送段 7上在第一圆筒壳体内表面上的第二上点 H;

第二下弧线 GI, 所述第二下弧线 GI始于第二涡旋叶轮的末端 G, 止于 输送段 7上在第一圆筒壳体内表面上的第二下点 I, 在第一圆筒壳体 3的纵 向方向上所述第二下点 I在所述第二上点 H的下方, 其中所述第二下弧线 GI 包括: 第三段涡旋泵弧线 GJ, 始于第二涡旋叶轮的末端 G并且曲率中心在 第二下弧线 GI的上方; 与第三段涡旋泵弧线 GJ平滑相接的第四段涡旋泵弧 线 JI, 止于所述第二下点 I, 且第四段涡旋泵弧线 JI的曲率中心在第二下 弧线 GI的下方。

下面参照附图 1、 4描述根据本发明一个实施例的取泥沙装置。 图 4示 出了根据本发明一个实施例的水下取泥沙组件 的立体示意图。该取泥沙装 置包括:

竖直转筒式涡旋泵, 所述竖直转筒式涡旋泵为上述的转筒式涡旋泵 1 ; 设置在该转筒式涡旋泵 1的入口侧的水下取泥沙组件 2, 所述水下取泥 沙组件具有围绕第一芯轴的轴线设置的多个泥 沙切削件 12, 所述多个泥沙 切削件 12围绕所述第一芯轴 9的轴线形成泥沙预混空间, 所述泥沙预混空 间与所述转筒式涡旋泵 1的入口侧的增压段 6中的第一螺旋输送空间流体 连通; 和

第二驱动装置 13, 用于驱动所述水下取泥沙组件 2的多个泥沙切削件 12围绕所述第一芯轴 9的轴线在与第一涡旋蜗杆 8的转动方向相反的方向 上转动。

需要注意的是, 这里的水下取泥沙组件 2可以采用各种形式, 只要有 助于围绕所述第一芯轴 9的轴线形成泥沙预混空间, 且所述泥沙预混空间 与所述转筒式涡旋泵 1的入口侧的增压段 6中的第一螺旋输送空间流体连 通即可。 例如, 水下取泥沙组件 2可以是用于切削泥沙的绞刀头。

如图 1、 4中所示, 所述泥沙切削件 12为兜立面, 每一个兜立面包括在 第一芯轴 9的轴线方向上的上端和下端, 所有兜立面的上端均固定在固定 环 14上, 该第二驱动装置 13通过驱动所述固定环 14而驱动所述兜立面旋转, 该固定环 14与第一圆筒壳体 3的入口侧端形成旋转密封接触, 这里的旋转 密封接触指在固定环 14相对于第一圆筒壳体 3旋转的过程中, 防止泥沙通 过固定环 14与第一圆筒壳体 3之间的间隙; 每一个兜立面包括位于兜立面 的旋转方向上的前端的切削边 15和位于兜立面的旋转方向上的后端的后 边缘 16, 每一个兜立面的切削边 15与相邻的一个兜立面的后边缘 16之间的 间隙构成第一泥沙入口 17, 每一个切削边设置有切割刃或切割齿 18。 有利地, 所述每一个兜立面的切削边 15在垂直于第一涡旋蜗杆 8的轴 线的横截面上到所述第一芯轴 9的轴线的距离大于所述相邻的一个兜立面 的后边缘 16到所述第一芯轴 9的轴线的距离。 这意味着后边缘 16为切削边 15切削泥沙提供了空间, 使得切削边 15可以直接面对泥沙进行切割。

有利地, 所述多个兜立面的下端固定在切削锯齿环 19上, 该切削锯齿 环 19具有朝向远离第一芯轴 9的方向凸出的锯齿 20, 所述第一芯轴 9的轴线 垂直通过所述切削锯齿环 19所在圆的圆心, 所述切削锯齿环 19构成第二泥 沙入口。

水下取泥沙组件 2安装 5个以上圆周 360度等分兜立面, 并且兜立面之 间留有泥沙入口 17, 开口弧线中心线上安装有切割齿 18, 以对粘土类切削 式破砼, 兜立面内壁上安装有反向叶片, 以便加速泥沙的吸入量。 兜立面 的数量不限于 5个, 还可以是其它适合的数量, 例如 3个、 4个、 6个等。

更有利地, 如图 4中所示, 所述水下取泥沙组件还包括:

第二涡旋蜗杆 21, 所述第二涡旋蜗杆 21具有第二芯轴 22和固定设置在 第二芯轴 22上的第三涡旋叶轮 23, 所述第二芯轴 22从所述转筒式涡旋泵 1 的入口侧的增压段 6中的第一涡旋蜗杆 8的第一芯轴 9一体延伸, 所述第三 涡旋叶轮 23从所述转筒式涡旋泵 1的入口侧的增压段 6中的第一涡旋蜗杆 8 的第一涡旋叶轮 10螺旋延伸, 第二芯轴 22的轴线与第一芯轴 9的轴线重合。 其中, 所述多个兜立面围绕所述第三涡旋叶轮 23设置, 且多个兜立面与第 三涡旋叶轮 23之间形成所述泥沙预混空间。 有利地, 所述第三涡旋叶轮 23 延伸到所述切削锯齿环 19的所在圆, gp, 第三涡旋叶轮 23可以直接切削泥 沙。

第二芯轴 22上可以缠绕多头 (当然也可以是一头) 第三涡旋叶轮 23, 其蜗角应大于竖直转筒式涡旋泵的泵体入口连 接处的第一涡旋叶轮 10的 蜗角, 蜗角在 90度一 185度之间, 其曲率大于竖直转筒式涡旋泵的泵体内 的第一涡旋叶轮 10的曲率。这一段用可选用变涡旋角和等涡旋 的涡旋曲 面。 上述设计可以加速增大泥沙的吸入量。

虽然在附图 1中没有示出, 但是, 如图 4中所示, 所述水下取泥沙组件 2还包括围绕所述固定环 14固定的多个下压导叶 24, 所述下压导叶 24自所 述固定环 14与第一芯轴 9的轴线的兜立面所围绕的部分成锐角设置且 所 述兜立面间隔开。 下压导叶 24给飘浮在水下取泥沙组件 2入口处的流体施 加初始涡旋加速度, 克服向上浮力加速度。 每一个下压导叶 24在面向兜立 面的一侧还可以设置有下压齿 25。

在兜立面外壁上安装有蜗角〉90度的侧切板 26用以切削沙砼和泥砼。 如图 4中所示, 所述水下取泥沙组件 2还可包括侧切板 26, 所述侧切板 26布置在所述兜立面的外侧, 且在所述兜立面的旋转方向上从所述兜立面 的下端附近倾斜地向上延伸到兜立面的中部位 置附近, 所述侧切板 26的与 泥沙接触的边缘设置有侧切齿 27。

图 5示出了根据本发明一个实施例的水下取泥沙 件的横截面示意图。 如图 5中所示, 第二芯轴 22的下端直径缩小而与一个轴承装置 200配合。 图 5中的下图是图 5中的上图中圆圈部分的放大视图, 其具体示出了该轴承装 置 200的结构。 该轴承装置 200包括内套 201, 外套 202, 内套 201的内圈与 第二芯轴 22的下端配合连接, 内套 201的外圈规则设置有小半圆球面, 且 外套 202的内圈同样设置有小半圆球面。外套 202的外圈置于圆筒体 203内, 且内套 201的外圈与外套 202的内圈相互摩擦起到轴承作用。如图 5中所示, 外套 202利用紧固螺钉 204固定在圆筒体 203内, 且圆筒体 203利用多个螺栓 件 205与切削锯齿环 19固定。

虽然在图中示出了第二芯轴 22的下端通过轴承装置 200固定, 但是, 在第二芯轴 22与第一芯轴 9一体形成的情况下, 也可以不设置轴承装置 200。 另外, 虽然图中示出了第三涡旋叶轮 23延伸出切削锯齿环 19之外, 但是, 第三涡旋叶轮 23也可以不延伸出来。

如图 5中所示, 在第二涡旋蜗杆 21竖直放置的情况下, 第三涡旋叶轮 23沿平行于第二芯轴 22的纵向轴线的端面截面包括:

向下凹的第三上弧线 KL, 所述第三上弧线 KL始于第三涡旋叶轮 23的末 端 K, 止于第二芯轴 22的外表面上的第三上点 L;

第三下弧线 KM, 所述第三下弧线 KM始于第三涡旋叶轮的末端 K, 止于 第二芯轴 22的外表面上的第三下点 Μ, 在第二芯轴 22的纵向方向上所述第 三下点 Μ在所述第三上点 L的下方, 其中所述第三下弧线 KM包括: 第五段涡 旋泵弧线 KN, 始于第三涡旋叶轮的末端 K并且曲率中心在第三下弧线 KM的 上方; 与第五段涡旋泵弧线 KN平滑相接的第六段涡旋泵弧线匪, 止于所述 第三下点 M, 且第六段涡旋泵弧线匪的曲率中心在第三下弧 线的 KM下方。 如图 5中所示, 在从第一芯轴 9到第二芯轴 22的方向上, 第三涡旋叶轮

23的直径逐渐变大。

如图 5中所示, 所述多个兜立面的面向第二涡旋叶轮的一侧可 以设置 有内涡旋叶轮 28。

如图 5中所示, 在第二涡旋蜗杆 21竖直放置的情况下, 内涡旋叶轮 28 沿平行于第二芯轴 22的纵向轴线的端面截面包括:

向下凹的第四上弧线 PQ, 所述第四上弧线 PQ始于内涡旋叶轮的末端 P, 止于兜立面的内表面上的第四上点 Q;

第四下弧线 PR , 所述第四下弧线 PR始于内涡旋叶轮的末端 P, 止于兜 立面的内表面上的第四下点 R , 在第二芯轴 22的纵向方向上所述第四下点 R 在所述第四上点 Q的下方, 其中所述第四下弧线 PR包括: 第七段弧线 PS, 始于内涡旋叶轮的末端 P并且曲率中心在第四下弧线 PR的上方; 与第七段 弧线 PS平滑相接的第八段弧线 SR, 止于所述第四下点 R, 且第八段弧线 SR 的曲率中心在第四下弧线 PR的下方。

图 6示出了根据本发明一个实施例的第一、 第二驱动装置的示意图。 下面参照图 1、 6描述第一驱动装置 5和第二驱动装置 13。

所述第一驱动装置 5包括围绕第一圆筒壳 3体安装的第一齿轮 29以及 由驱动轴 30驱动的与第一齿轮 29啮合的第二齿轮 31 ;

所述第二驱动装置 13包括:

围绕第一圆筒壳体 3并且与第一圆筒壳体 3间隔开地设置在转筒式涡 旋泵 1的入口侧的第二圆筒壳体 32, 第二圆筒壳体 32包括远离转筒式涡旋 泵 1的入口侧的一端和邻近转筒式涡旋泵 1的入口侧的另一端, 所述固定环 14安装在所述第二圆筒壳体 32的另一端上;

第二圆筒壳体固定装置 33, 其可旋转地保持第二圆筒壳体 32, 这里的 第一圆筒壳体固定装置 4以及第二圆筒壳体固定装置 33在图中均显示为利 用轴承组 (推力轴承和调芯轴承) 实现圆筒壳体可旋转固定, 当然也可以 采用其他的方式, 例如可以使用多个滚柱可旋转地保持该圆筒壳 体;

围绕第二圆筒壳体 32的所述一端的第三齿轮 34; 以及

同样被所述驱动轴 30驱动的与所述第三齿 34轮啮合的第四齿轮 35, 其中第四齿轮 35与第三齿轮 34的传动比小于第二齿轮 31与第一齿轮 29的传动比。

需要指出的是, 附图 6中仅仅是示出了优选的实施方式, 本领域普通 技术人员还可以对此方式作出替换。 例如, 第一驱动装置 5与第二驱动装 置 13可以使用不同的驱动源, 而不是使用同一根驱动轴。

图 7示出了根据本发明一个实施例的泥沙疏浚船 示意图。 下面参照 附图 7描述泥沙疏浚船 100。如图 7中所示,该泥沙疏浚船 100包括:船体 101 ; 设置在船体 101的船头的上述的取泥沙装置; 与取泥沙装置流体连通的泥 沙排出装置; 以及设置在船体 101的船尾的铅笔桩 102。

图 8示出了根据本发明一个实施例的设置在船体 面的支撑组件。 如 图 8中所示, 泥沙疏浚船 100还包括一对支撑组件 103, 所述一对支撑组件 103分别设置在船体 101的两侧,每一个支撑组件 103包括:竖直液压缸 104, 竖直液压缸 104的一端通过第一万向节 105固定安装在船体侧面的第一位 置上;

爬行浮体 106, 所述爬行浮体 106的几何中心位置安装有支撑臂 107, 所述支撑臂 107固定在所述竖直液压缸 104的另一端;

侧拉液压缸 108, 侧拉液压缸 108—端通过第二万向节 109安装在船体 侧面上的与第一位置不同的第二位置, 有利地, 所述第一位置位于所述泥 沙疏浚船 100的重心线附近或在所述重心线上。

其中, 所述侧拉液压缸 108的另一端通过第三万向节 110与所述支撑臂 107固定连接。

所述爬行浮体 106为扁平的浮体。 浮体除了支撑船体之外, 还可大幅 度提高船体在水中的稳定性。

挖泥船水中的移动可用船用推进器。

如图 7中所示, 所述泥沙排出装置包括第一水平转筒式涡旋泵 111, 第 一水平转筒式涡旋泵 111为上述的转筒式涡旋泵 1的类型, 该第一水平转筒 式涡旋泵 111的入口侧与竖直转筒式涡旋泵 1的出口侧流体相通。泥沙可以 经由该第一水平转筒式涡旋泵 111的出口直接排出。

可选地, 所述泥沙排出装置还包括:

与第一水平转筒式涡旋泵 111的出口侧流体连通的垂直短管或第二竖 直转筒式涡旋泵 112, 所述第二竖直转筒式涡旋泵 112为上述的转筒式涡旋 泵 1的类型, 有利地, 垂直短管或第二竖直转筒式涡旋泵 112的出口位于船 体的船舱内;

第二水平转筒式涡旋泵 113, 第二水平转筒式涡旋泵 113为上述的转筒 式涡旋泵 1的类型, 该第二水平转筒式涡旋泵 113的入口侧与垂直短管或第 二竖直转筒式涡旋泵 112的出口流体连通。

所述泥沙排出装置还包括: 泥沙与水分离装置 300, 所述泥沙与水分 离装置 300设置在所述垂直短管或第二竖直转筒式涡旋 泵 112的出口与所 述第二水平转筒式涡旋泵 113的入口之间, 用于执行将来自所述垂直短管 或第二竖直转筒式涡旋泵 112的出口的泥沙与水的混合物中的水分和泥沙 分离, 执行了水分分离的泥沙进入所述第二水平转筒 式涡旋泵 113的入口。

由于将大部分水分与泥沙进行了分离, 使得后续的泥沙排出操作降低 了功耗。

下面参照附图 17描述该泥沙与水分离装置 300。

参见图 17, 泥沙与水分离装置 300包括: 筛网 301, 该筛网优选带有龙 骨, 该筛网形成为圆筒形, 筛网 301由设置在筛网下方的驱动轮 302驱动, 驱动轮 302支撑在 U形罩 320的内壁上,驱动轮 302的驱动源没有示出,当然, 驱动轮 302也可以不由 U形罩 302支撑; 与筛网 301同中心布置并且设置在筛 网中的轮轴 303,轮轴 303上设置有螺旋叶轮 304,轮轴 303由电机 305驱动, 轮轴 303由设置在筛网 301两侧的轴承 306支撑。 如图 17中所示, 筛网 301的 上侧形成有作为进料口的开口 307, 该开口 307与所述垂直短管或第二竖直 转筒式涡旋泵 112的出口相对; 且筛网 301的下侧形成有作为出料口的开口 308,该开口 308与所述第二水平转筒式涡旋泵 113的入口相对。在 U形罩 320 的下侧还设置有供水流出的出水口 321。

有利地, 筛网 301的网眼的孔径为 1讓左右, 参见图 17, 为了防止筛网 301上的供水流出的网眼堵塞, 可以在筛网 301的上侧设置吹扫装置 309, 该吹扫装置由空气压缩机 (未示出) 提供气源, 以从其喷气口 310朝向筛 网 301上的网眼喷射气体。 可以利用脉冲控制器以脉冲的方式喷射气体, 气体的压力可以在 0. 6-0. 8Mpa。

有利地, 为了有助于泥沙和水在筛网 301中搅拌, 还可以在筛网 301的 内壁上设置内螺旋叶片 311。

在上述的泥沙与水分离装置 300的操作过程中, 筛网 301在驱动轮 302 的驱动下滚动, 且设置有螺旋叶轮 304的轮轴 303由电机 305在相同的方向 上转动, 轮轴 303的转动速度有利地大于筛网 301的转动速度。 有利地, 轮 轴 303的转速在 200转 /分以内。 U形罩 320不仅起到支撑驱动轮 302的作用, 还可以起到防止甩出的水飞溅的功能。

图 17仅仅示出了泥沙与水分离装置的一个示例, 本领域普通技术人员 还可以采用其它任何结构来实现水和泥沙的分 离。

进一歩地, 所述泥沙排出装置还包括: 位于船舱外的至少一组水面浮 体式接力输送泵 114, 该至少一组水面浮体式接力输送泵 114的入口侧与第 二水平转筒式涡旋泵 113的出口流体连通。

图 16示意性地示出了根据本发明一个实施例的喷 装置的结构图。如 图 7、 16中所示, 所述泥沙排出装置还可包括安装在该至少一组 水面浮体 式接力输送泵 114的出口的喷射装置 115, 所述喷射装置 115的一端围绕该 至少一组水面浮体式接力输送泵 114的出口固定, 所述喷射装置 115的另一 端渐缩而形成泥沙喷射口, 所述喷射装置 115还包括: 设置在所述喷射装 置 115的所述一端处的高压水入口 116以及贴着喷射装置 115的内壁布置的 多个高压水喷射口 117, 所述多个高压水喷射口 117将来自高压水入口 116 的高压水沿喷射装置 115的所述内壁朝向泥沙喷射口 118喷射。

如图 7中所示, 泥沙疏浚船 100还包括: 变幅机构 119, 所述变幅机构 119调整所述竖直转筒式涡旋泵 1的方位。

如图 8-11中所示, 所述船体 101上还设置有:

与所述第一水平转筒式涡旋泵 111平行设置的辅助支撑件 120;

固定竖直转筒式涡旋泵 1的横向构件 121, 所述横向构件 121分别通过 第一、 第二旋转接头 122、 123与第一水平转筒式涡旋泵 111以及辅助支撑 件 120连接, 且竖直转筒式涡旋泵 1在变幅机构 119的作用下能够在垂直于 横向构件 121的平面上摆动。

可选地, 所述第二水平转筒式涡旋泵 113的出口与该至少一组水面浮 体式接力输送泵 114的入口侧在船舱内通过第三旋转接头 124流体连通以 使得第二水平转筒式涡旋泵 113能够关于该至少一组水面浮体式接力输送 泵 114的入口侧为支点摆动;

所述船体 101的甲板上设置有横过船体的以所述支点为圆 心的圆弧形 导轨 125, 以及能够在该导轨 125上被引导移动的移动盘 126, 所述第一水 平转筒式涡旋泵 111以及辅助支撑件 120被支撑在所述移动盘 126上;

垂直短管或第二竖直转筒式涡旋泵 112穿过所述移动盘 126进入到船 舱之内。

移动盘 126可以由电机 130驱动以在导轨 125上移动。 利用上述技术方 案, 可以改变竖直转筒式涡旋泵 1相对于船头的位置。

所述第二水平转筒式涡旋泵 113的入口通过第四旋转接头 135与垂直 短管或第二竖直转筒式涡旋泵 112的出口流体连通。 这样, 移动盘 126同样 可以绕其旋转中心转动。 移动盘 126的转动同样可以利用电机 130实现。

图 12示出了根据本发明一个实施例的旋转接头的 构示意图。 旋转 接头包括轴承 42、 密封环 43、 外衬圈 44、 内衬圈 45、 紧固螺丝 46。

图 13示出了根据本发明的一个实施例的竖直转筒 涡旋泵的回收装 置的示意图。 如图 13中所示, 所述泥沙疏浚船 100还包括第一收回装置, 所述第一收回装置适于将所述竖直转筒式涡旋 泵 1收回到船体 101上, 所述 第一收回装置包括缆索 127以及设置在船体侧的卷扬缆索的卷扬机构 128, 所述缆索 127的一端固定在水下取泥沙组件上或附近, 另一端固定在该卷 扬机构 128上; 且在船体的俯视图上, 如图 13中所示, 所述第一水平转筒 式涡旋泵 111位于所述移动盘 126的靠近设置卷扬机构 128的船体侧的偏心 位置, 且所述辅助支撑件 120位于比所述第一水平转筒式涡旋泵 111更偏离 所述移动盘 126的位置。

图 14示出了根据本发明一个实施例的铅笔桩的回 示意图。如图所示, 泥沙疏浚船 100还可包括第二收回装置, 所述第二收回装置适于将所述铅 笔桩收回到船体上。 该第二回收装置在图 14中示出为液压缸 129。 当然, 第二回收装置可以为本领域普通技术人员所熟 知的其它形式。

本发明还涉及一种疏浚方法, 该方法包括以下歩骤:

将泥沙疏浚船 100移动到待疏浚位置附近;

利用铅笔桩 102固定所述泥沙疏浚船 100;

使得所述水下取泥沙组件 2在待疏浚位置处平移。 所述方法还可包括 3 使得所述水下取泥沙组件 2在待疏浚位置处 进一歩下挖后平移。

泥沙疏浚船 100还包括一对支撑组件 103, 所述一对支撑组件 13分别设 置在船体 101的两侧, 每一个支撑组件 103包括: 竖直液压缸 104, 竖直液 压缸 104的一端通过第一万向节 105固定安装在船体侧面的第一位置上; 爬 行浮体 106, 所述爬行浮体 106的几何中心位置安装有支撑臂 107, 所述支 撑臂 17固定在所述竖直液压缸 104的另一端; 侧拉液压缸 108, 侧拉液压缸 108—端通过第二万向节 109安装在船体侧面上的与第一位置不同的第二 位置, 有利地, 所述第一位置位于所述泥沙疏浚船 100的重心线附近或在 所述重心线上。 此时, 所述方法还可包括歩骤: 利用所述支撑组件 103以 及所述铅笔桩 102使得所述泥沙疏浚船 100的船体 101移动到另外的待疏浚 在本发明中, 可以在第一芯轴 9上缠绕多头第一涡旋叶轮 10 (当然也 可以是一头),基准面的回旋在 90° -185 ° 之间变化,回旋旋转圈数 3 X 360 ( 至 5 X 360 ° 以上, 形成连续多级增压。

随着每个旋转角的增加, 芯轴, 涡旋叶轮作业曲面和第一圆筒壳体形 成一个近似封闭旋转腔体、流体速度三角形图 形都使得流体沿旋转面轴向 的旋转流道。

流体在腔体内受到回旋的轴向分解力和径向分 解力, 质量惯性力。 旋 转体最低 转速应满足 : 涡 旋 间 距 L, 转速 n, 芯轴 半径 流体满足: 理论扬程公式

沿轴向、 沿径向: R† PXY t

腔体内的流体与旋转的腔体之间同频不同相位 , 其相位差滑动系数 K 为: 在前两个 360 ° 内为 0. 8-0. 9, 在后三个 360 ° 为 0. 9-0. 95, 每两个点 的速度三角形都有沿轴向和径向涡旋状方向加 速度产生, 形成龙卷风效果, 叶片反压区的速度三角形与腔体芯轴成 a、 b、 c作业区 (见附图 15 )。 第 一芯轴 9外壁上及第一涡旋叶轮 10根部(叶轮靠近芯轴的 1/3处)形成作业 区 a,第一圆筒壳体 3内壁与第一涡旋叶轮 10顶部(叶轮靠近壳体的 1/3处) 形成作业区 b, 作业区 a、 b之间形成作业区 0 。 叠加后, 矢量方向偏转, 使 得水力损失减少到最小, 通过调整三个区域的螺旋夹角、 曲率, 在相同的 功率和流量时, 可以提高扬程。

由于采用变螺距螺旋基准面、 形成 a、 b、 c作业区, 腔体中流体被强 制做加速涡旋定向运动, 使得高浓度浆体的绝对速度大数量级大于其沉 降 速度, 不会因为浆体浓度过高出现阻塞泵现象。

本发明工作面与芯轴、 转筒、 作业曲面之间连接而形成工作腔, 流体 在作业腔体内, 叠加矢量力使其成定向涡旋, 尽量减少了喘振、 失速, 脉 动很小。

本发明在竖直转筒式涡旋泵的泵体旋转时, 通过调整转速, 针对不同 水深、不同浓浆比、扬程, 选用不同的工况。泵在水下抽取泥(沙)浆时 , 不存在一般水泵所需的安装高度要求, 只需考虑水域工况, 在一定的海拔 高度下的大气压,水的气蚀条件。通过调整转 速达到控制气蚀压力的目的。 在不考虑扬程的需要时, 浅水区域 (2米左右), 通过降低转速工作, 可作 为高速取料提升机使用, 浓度达到最佳需要范围。 还可用污泥清理, 滩涂 地域取吹沙吹袋, 等水利工程。

在工况需要高扬程时, 可用在设计中调整第一芯轴在区域 a和 b的曲率 半径和增加芯半径, 达到调整比转数的目的。 比转数越小, 扬程越大, 转 数越高扬程越高, 可用矿井透水提升, 多级泵串联工况下工作, 流体不受 杂质浓度影响泵体工作。

可以选用无级调速水下液压马达驱动竖直转筒 式涡旋泵, 转速为 20转 /分钟一 200转 /分钟。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于 本领域的普通技术人员 而言, 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况 下可以对这些实施例 进行变化, 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定 。