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原文传递基于卡门涡街的河道清淤装置及其方法

专利名称：	基于卡门涡街的河道清淤装置及其方法
摘要：	本发明公开了一种基于卡门涡街的河道清淤装置及其方法，包括卡门涡街产生器，该卡门涡街产生器包括T形基柱以及套筒；T形基柱，包括基座以及沿着基座的中部位置处向上布置的中心柱体；套筒，呈圆筒形空心皮囊结构设置，包括同心设置的内套管、外套管，内套管套接在中心柱体外围，而外套管则位于内套管外侧，同时内套管的管壁外侧设置第一刚性支架，而外套管的管壁内侧则设置第二刚性支架，且外套管与内套管之间通过沿着套筒的高度方向所布置的若干层弹性辐条连接；套筒的空腔能够通过管道与水泵的出水口连通。因此，本发明利用卡门涡街的非定常旋涡的周期性脱落，将河床的泥沙冲刷至下游，实现清淤的目的。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京林业大学
发明人：	汪辉;乔嘉龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910666173.X
公开号：	CN110453745A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	彭英
分类号：	E02F5/28(2006.01);E;E02;E02F;E02F5
申请人地址：	210037江苏省南京市玄武区龙蟠路159号
主权项：	1.一种基于卡门涡街的河道清淤装置，其特征在于，包括卡门涡街产生器，该卡门涡街产生器包括T形基柱以及套筒；其中： T形基柱，包括基座以及沿着基座的中部位置处向上布置的中心柱体；套筒，呈圆筒形空心皮囊结构设置，包括同心设置的内套管、外套管，内套管套接在中心柱体外围，而外套管则位于内套管外侧，同时内套管的管壁外侧设置第一刚性支架，而外套管的管壁内侧则设置第二刚性支架，且外套管与内套管之间通过沿着套筒的高度方向所布置的若干层弹性辐条连接；套筒的空腔能够通过管道与水泵的出水口连通；外套管的直径能够通过水泵泵入的水量而变化；卡门涡街产生器处于河道清淤状态时，雷诺数Re满足：0.5105≤Re≤2105。 2.根据权利要求1所述的基于卡门涡街的河道清淤装置，其特征在于，第一刚性支架、第二刚性支架均包括若干呈环形均布的钢筋；各钢筋均沿着套筒的轴向布置，且第一刚性支架的各钢筋通过若干沿着内套管的管壁外侧布置的第一弹性箍环箍紧在内套管的管壁外侧；而第二刚性支架的各钢筋则通过若干沿着外套管的管壁内侧布置的第二弹性箍环箍紧在外套管的管壁内侧。 3.根据权利要求1所述的基于卡门涡街的河道清淤装置，其特征在于，套筒自然伸展状态下的外壁直径D满足：0.32m≤D≤0.88m；中心柱体的直径d1为0.3m；基座的直径d2满足：1.5D≤d2≤3D；而内套管外壁与外套管内壁之间的间距t满足：t＝0.5(D-d1)。 4.根据权利要求2所述的基于卡门涡街的河道清淤装置，其特征在于，所述中心柱体的高度a的取值范围为：1.2H≤a≤1.5H；H为河道的常水位；所述基座的高度b满足：1/4H≤b≤1/2H；而基座嵌入河道的深度h＝b-r；r为基座上边缘倒角的半径，取值范围满足：1/8D≤r≤1/4D，D为套筒自然伸展状态下的外壁直径。 5.根据权利要求2所述的基于卡门涡街的河道清淤装置，其特征在于，相邻两层弹性辐条之间的高度方向间距为0.2m-0.4m；每一层弹性辐条包括12根环向均匀布置的弹性辐条；相邻的两根第一弹性箍环之间的间距为0.1m-0.2m；所述的第二弹性箍环均与所述的第一弹性箍环一一对应地等高布置。 6.根据权利要求2所述的基于卡门涡街的河道清淤装置，其特征在于，套筒外表面粗糙程度Ra满足：10≤Ra≤16。 7.一种基于卡门涡街的河道清淤方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)在河道中放置卡门涡街产生器、用于测量河流流速的水速检测装置、用于检测河流温度的温度检测装置，在河道边设置水泵和控制柜，控制柜中设置有控制系统；卡门涡街产生器包括T形基柱以及套筒；T形基柱的基座垂直嵌入河道的河床，套筒为圆筒形空心皮囊结构，套接在T形基柱的中心柱体外围，并通过管道与水泵的出水口连通；水速检测装置与控制柜连接，并将所检测到的河流流速反馈至控制系统；温度检测装置与控制柜连接，并将所检测到的河流温度反馈至控制系统； (2)控制系统通过水速检测装置、温度检测装置所反馈的信号，按照水温与粘度的关系，得到河道中河流的粘度；再通过雷诺数公式，得到此时套筒的外套管外径计算值D’，并据此控制水泵往套筒的内腔泵水/抽水，直至套筒的外套管外径实际值D”与前述套筒的外套管外径计算值D’一致，停止泵水/抽水； (3)河道中河流在流经卡门涡街产生器时，能够形成卡门涡街，实现河道清淤；且河道中具有两个以上的卡门涡街产生器时，各卡门涡街产生器所形成的卡门涡街均处于弱调制尾流模式，使得各卡门涡街呈并列平行设置。 8.根据权利要求7所述的基于卡门涡街的河道清淤方法，其特征在于，步骤(1)中，布置卡门涡街产生器需要满足：4.0≤T/D≤5.0；其中：T为相邻两个卡门涡街产生器圆心的间距；D为套筒自然伸展状态下的外壁直径。 9.根据权利要求8所述的基于卡门涡街的河道清淤方法，其特征在于，当河道的水体宽度L满足3D≤L＜5D时，卡门涡街产生器具有一个，布置在河道水体的中央位置；当河道的水体宽度L满足5D≤L＜12D时，卡门涡街产生器具有2个，横向均匀布置河道水体中；当河道的水体宽度L满足4mD≤L＜5mD时，卡门涡街产生器具有m个(m≥3)，且相邻两个套筒的外套管外壁之间的间距为T–D。 10.根据权利要求7所述的基于卡门涡街的河道清淤方法，其特征在于，套筒的外套管外径计算值D’满足： D’＝y*Re/u 式中：Re为河道中水流的雷诺数；u为河道中水流的流速；y为河道中水流的运动粘度，单位为：10-7m2/s；且y＝μ/ρ，μ为河道中水流的动力粘度系数，单位为kg/(m·s)；ρ为河道中水流的密度，单位为kg/m3；运动粘度y通过如下表达式确定： y＝0.0064x2-0.5087x+17.632 其中：x为水的温度，单位为℃，取值范围为0-30℃。
所属类别：	发明专利