一种移动式吸排沙装置技术领域
本发明属于水利工程的运行管理技术领域，特别涉及一种移动式吸排沙装置。
背景技术
水库、灌渠、湖泊和航道等淤积泥沙以后，需要清除淤积泥沙以维持工程的正常运
行，挖泥船是目前主要的清淤设备之一。在挖泥船上安装大功率的挖泥设备，在水面架设浮
筒，在浮筒上安装输沙管道，将清除的泥沙输移到远端的堆放地。挖泥船的设备投资大，运
行成本高，多在经济效益较好的航道维护或吹填造地等方面采用；在恢复水库库容、减少湖
泊淤积、维持灌渠正常运行等方面则因成本较高而难以实际应用。
挪威GTO清淤公司开发了一种吸泥排沙装置，其整体布置如图1所示。该装置采用
铰刀1将床面淤积的泥沙DS搅松、掺混成浓度很高的浑水，再用大功率的沙泵2抽取浑水，通
过输沙管5、虹吸管段7、排沙管8输送至出口控制阀10，最终将浑水排出库外；其中铰刀1和
沙泵2用钢缆4悬挂在位于水面的工作船3上，根据淤积泥沙的清理情况移动铰刀1和沙泵2
在床面上的位置；输沙管5的一端与沙泵2相连、另一端连接位于坝顶的虹吸管段7，输沙管5
的水平段用浮筒6支撑在水面上，镇墩9沿坝侧壁间隔设置、起到固定排沙管8的作用，排沙
管8的一端与虹吸管段7相连、另一端与位于坝底的出口控制阀10相连。印度默拉纳水库采
用了该装置，取得了良好的效果；我国引进了该装置，也有自行研发的类似装置。此类装置
的铰刀1和沙泵2都需要很大的动力(大于200千瓦)，将浑水从库底提升到坝顶亦需要很大
的能量，所以该装置的有效功率一般在300千瓦以上；当水面低于坝顶较多时，虹吸管段7会
产生很大的负压，容易产生气蚀，影响装置的稳定运行，在虹吸管段顶端形成气囊还会降低
装置的效率；该装置的铰刀1和沙泵2都有高速转动的部件，在高浓度的浑水中磨损很快，需
要经常更换，所以其运行成本也很高，一般以蓄水为主的中小水库都难以采用。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种移动式吸排沙装置，该装
置安全可靠、操作简单、成本低廉、排沙效果显著。
一种移动式吸排沙装置，用于清除水库或渠道底部的淤积泥沙，包括悬挂钢缆、牵
引钢丝绳、浮球和出口阀，其特征在于，该装置还包括吸沙首部和输沙软管；其中，吸沙首部
和输沙软管均布设在淤沙床面上，吸沙首部的进口端位于清水区，输沙软管的上游端与吸
沙首部的出口端相连、输沙软管的下游端与大坝底部用于控制排沙流量的出口阀相连，吸
沙首部通过悬挂钢缆悬挂在水面的工作船上，输沙软管通过牵引钢丝绳与水面的浮球相
连；吸沙首部用于从进口端抽取清水后形成高速水流，该高速水流冲刷淤沙床面并在吸沙
首部内部形成高含沙水体，在水库或渠道水面与出口阀之间的水头差作用下所述高含沙水
体由吸沙首部出口端进入输沙软管并从出口阀排出。
所述的吸沙首部包括潜水泵、进水管、射流管、吸沙管、导流罩和保持吸沙首部平
衡的平衡浮筒；其中，作为吸沙首部进口端的进水管进口端位于清水区、进水管另一端与潜
水泵的进口端相连，射流管的上游端穿过导流罩后与潜水泵的出口端相连，作为吸沙首部
出口端的吸沙管下游端穿过导流罩后与输沙软管的上游端相连，悬挂钢缆固定在导流罩
上；所述吸沙管固定于射流管的正上方，平衡浮筒固定在吸沙管的正上方，射流管、吸沙管
和平衡浮筒的轴线互相平行且均位于同一竖直平面内；在吸沙管的下半管壁上均匀开有射
流孔，清水经潜水泵作用后形成的高速水流从射流孔射出；在吸沙管的下半管壁上对称设
有吸入高含沙水体的吸沙缝；射流孔所在长度范围的射流管及吸沙缝所在长度范围的吸沙
管下半管壁均位于导流罩内部，导流罩使吸沙管仅吸入导流罩内部的高含沙水体而避免吸
入导流罩外的清水。
本发明的特点及效果：
本发明的一种移动式吸排沙装置，采用潜水泵抽水高速冲刷淤沙床面搅起泥沙，
在导流罩下面形成高浓度的含沙水体，在水库或渠道水面与出口阀之间水头差的作用下由
吸沙首部进入输沙软管进出口阀排入下游。其主要效果表现在：潜水泵靠近床面，只需提供
搅沙射流的动能，能耗很小；导流罩避免其上部的清水进入吸沙管，吸沙管只吸入导流罩下
部的高含沙水体，清淤效率高；平衡浮筒保持吸沙首部垂直向下，避免吸沙首部倾斜时清水
从导流罩翼板翘起的一侧进入吸沙管；从进水管竖直段顶部抽取的清水可以有效减少潜水
泵的磨损，降低运行成本；可调节长度的输沙软管自然躺卧在淤沙床面上，减少了水面架设
管道的成本；靠水头差自动吸排沙，不需额外增加排沙的能量。
附图说明
图1是挪威GTO清淤公司开发的一种吸泥排沙装置的整体布置图。
图2是本发明移动式吸排沙装置的整体结构布置图。
图3是本发明移动式吸排沙装置的吸沙首部的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图2和附图3及实施例对本发明的一种移动式吸排沙装置进行详细
说明；后文约定以水流方向分上下游，面向下游分左右。
本发明装置的整体结构布置如图2所示，本装置用于清除水库或渠道底部的淤积
泥沙，包括吸沙首部、悬挂钢缆23、输沙软管20、、牵引钢丝绳25、浮球26和出口阀Valve；其
中，吸沙首部和输沙软管20均布设在的淤沙床面DS上，吸沙首部的进口端位于清水区，输沙
软管20的上游端通过法兰21与吸沙首部的出口端相连、输沙软管20的下游端与大坝底部用
于控制排沙流量的出口阀Valve相连，吸沙首部通过悬挂钢缆23悬挂在水面WL的工作船24
上，在输沙软管20上隔一定间距系一根牵引钢丝绳25，牵引钢丝绳25的另一端用浮球26牵
引至水面；吸沙首部从进口端抽取清水后形成高速水流，该高速水流冲刷淤沙床面并在吸
沙首部内部形成高含沙水体，在水库或渠道水面与出口阀Valve之间的水头差作用下所述
高含沙水体由吸沙首部出口端进入输沙软管20并从出口阀Valve排出。
所述吸沙首部的结构如图3所示，包括潜水泵11，进水管12，圆形射流管14，圆形吸
沙管15，由导流罩上游端挡板17、导流罩下游端挡板18、导流罩左翼板19L、导流罩右翼板
19R组成的导流罩，和保持吸沙首部平衡的平衡浮筒22；其中，进水管12为L型圆管，其进口
端作为吸沙首部的进口端位于清水区、进水管12的水平段端部通过法兰13与潜水泵11的进
口端相连，射流管14的上游端穿过导流罩上游挡板17后与潜水泵11的出口端用法兰13相
连，作为吸沙首部出口端的吸沙管15下游端穿过导流罩下游挡板18后通过法兰21与输沙软
管20的上游端相连，悬挂钢缆固定在导流罩左、右翼板上；所述吸沙管15位于射流管14的正
上方，平衡浮筒22通过立柱固定在吸沙管15的正上方，射流管14、吸沙管15和平衡浮筒22的
轴线互相平行且均位于同一竖直平面内，该竖直平面称为吸沙首部的中垂面；在射流管14
的下半圆管壁上均匀设有多个圆形射流孔，清水经潜水泵11作用后形成的高速水流(流速
在10m/s左右为宜)从射流孔射出(即射流)；在吸沙管15下半圆管壁上中心角60度处对称设
有两条吸入高含沙水体(含沙量可达到200kg/m3)的吸沙缝16，用于直接吸入其下部射流管
14搅起的高含沙水体；射流孔所在长度范围的射流管14及吸沙缝16所在长度范围的吸沙管
15下半圆管壁，均位于导流罩内部，吸沙管15的上半圆管壁凸出于导流罩顶部，为增大吸沙
首部的结构强度，吸沙管15的上游端、射流管14的下游端分别被导流罩上游挡板17、导流罩
下游挡板18封闭；导流罩使吸沙管15仅吸入导流罩内部的高含沙水体而避免吸入导流罩外
的清水，从而提高清淤效率。
所述导流罩的功能是保证吸沙管只吸入射流搅起泥沙形成的高含沙水体，避免导
流罩外部的清水进入吸沙管；导流罩的形状以高含沙水体能从吸沙管下方平顺进入吸沙管
为宜。本实施例的导流罩为开口向下的半圆柱形壳体，其顶部开有刚好供吸沙管15穿过的
通长水平切口，导流罩翼板19L、19R为对称设置的圆弧形板，其圆弧半径为吸沙管15半径的
2倍，圆弧上口(即导流罩顶部的水平切口)位于吸沙管15管壁外侧的中部，圆弧下口与射流
管14的底部齐平；导流罩上游端挡板17的横截面为由两侧对称设置的圆弧及中部凸起的圆
弧构成的组合形状，两侧圆弧的尺寸与导流罩翼板19L、19R的圆弧尺寸相同，中部圆弧的尺
寸与吸沙管15上游端的上半圆管壁尺寸相同，在导流罩上游端挡板17的底部还设有供射流
管14穿过的圆孔；导流罩下游端挡板18为由两侧对称设置的圆弧及中部内凹的圆弧构成的
组合形状，两侧圆弧的尺寸与导流罩翼板19L、19R的圆弧尺寸相同，中部圆弧的尺寸与吸沙
管15下游端的下半圆管壁尺寸相同。
所述吸沙缝16和导流罩翼板19L、19R的长度相等，射流管14除与导流罩翼板相等
的长度外，还需要增加穿出导流罩上游端挡板17与潜水泵法兰13相连的长度，吸沙管15则
需要增加与输沙软管20的上游端法兰21连接的长度；吸沙管15的直径根据工程需要设计，
参考取值范围100～4000mm，两个导流罩翼板的长度为20倍吸沙管15的直径，吸沙缝16的宽
度取吸沙管15直径的0.1倍。
导流罩、射流管14和吸沙管15采用不锈钢材料加工，将三者按设计的相对位置焊
接后形成一个高强度的结构整体，射流管管壁厚度应满足支撑潜水泵11的强度要求。平衡
浮筒22用不锈钢板焊接而成，其浮力(容积)大致为吸沙首部重量(容积)的一半。
所述输沙软管20一般为多节加钢丝筋的橡胶管或塑料管连接而成，每节长度为6
～20m，每节两端配有连接法兰，通过增加或减少软管的节数改变输沙软管的长度。
出口阀Valve为普通商用设备，用于控制排沙流量，位于大坝Valve的下部，出口阀
的进口端与输沙软管20下游端的法兰相连，出口阀的出口端通向大坝下游河道。
本装置在修建大中型水库时，同步修建出口阀Valve，预留与输沙软管20的接口法
兰，需要应用时由潜水员将输沙软管20的下游端法兰与之连接即可；对于小型水库或渠道，
则可根据需要放空后修建。
本发明装置的工作过程及工作原理：
根据需要排沙的位置设计输沙软管20的长度和走向，将其自然沉放在淤沙床面
上，由水面工作船24用悬挂钢缆23将吸沙首部拉到设定的排沙位置，放松悬挂钢缆23，吸沙
首部自然沉放在淤沙床面上，在平衡浮筒22的作用下使吸沙首部中垂面始终保持竖直的平
衡状态；开启出口阀Valve并控制排沙流量，用潜水泵11抽取进水管12进口端(即竖直段顶
部)附近的清水，通过射流管14高速冲刷淤沙床面DS搅起淤积的泥沙，在导流罩的内部形成
高含沙水体，在水库或渠道水面WL与出口阀Valve中心之间的水头差的作用下，高含沙水体
从吸沙管15进入输送软管20、通过出口阀Valve穿过大坝Dam排向下游河道。在吸、排沙的过
程中，吸沙首部随淤沙的排出而自动下沉，始终靠近淤沙床面，导流罩的开口向下，导流罩
外的清水不会进入吸沙管15，吸沙管15将一直维持吸入导流罩内部由射流管14搅起的高含
沙水体。
在一个区域完成清淤后，在工作船24上用悬挂钢缆23移动吸沙首部，用辅助船拉
起浮球26悬挂的牵引钢丝绳25，与吸沙首部协调移动输沙软管20，即可在水库或渠道内的
不同区域自动清淤；当需要延长或缩短输沙软管20时，在工作船24上用悬挂钢缆23将吸沙
首部拉出水面，断开输沙首部与输沙软管20上游端的法兰21，增加或减少软管的节数，与吸
沙首部连接后重新放回淤沙床面、调整位置后即可进行吸、排沙操作。
本发明的装置具体实施例：
导流罩翼板19L、19R的长度为6000mm，射流管14的长度为6200mm,伸出导流罩上游
端挡17的200mm长度处安装法兰；吸沙管15的长度为6200mm,伸出导流罩下游端挡板18的
200mm长度处安装法兰。吸沙管15的直径为1000mm；吸沙管15下部两侧中心角60度处开设两
条吸沙缝16、缝宽100mm、长度6000mm，面积1.2m2。
吸沙管15正下方的射流管14的直径为200mm，下半圆开直径20mm的多个射流孔，射
流速度10m/s。潜水泵11的功率20千瓦，直接为射流管14提供高速射流。
输沙软管20直径为1000mm，断面0.785m2，管内平均流速3.20m/s，流量2.5m3/s。高
含沙水体的含沙量200kg/m3，日清淤量4.3万吨、年运行116天、可清除淤沙500万吨。
该实施例适用于三峡、小浪底等大型水库，对于小型水库或渠道，吸沙管15的直径
可减少一个数量级；取吸沙管15的长度1000mm、直径100mm，输沙软管20直径100mm、断面
0.00785m2，管内平均流速2.55m/s，流量0.020m3/s。高含沙水体的含沙量200kg/m3，日清淤
量0.034万吨、年运行147天、可清除淤沙5万吨。