水砂分離器的研制與應(yīng)用
一、研究背景
在黃河下游利用水流含沙量大的特點，把水或人工拌制的泥漿引至沿堤洼地或人工圍堤內(nèi)，降低流速，沉沙落淤，加固堤防的工程措施稱為放淤固堤。它利用了黃河多泥沙的特點，是一種“以河治河”的辦法，但在施工過程中，圍堤工程質(zhì)量直接影響施工安全與進度，圍堤因質(zhì)量差決口造成機淤停產(chǎn)，延誤工期，損害農(nóng)田及較大經(jīng)濟損失，特別是淤區(qū)臨近村莊、魚塘，一旦圍堤出現(xiàn)問題，后果嚴(yán)重。水砂分離器通過離心力的作用使水沙分離，能夠很好的解決以上問題。
二、研發(fā)過程
2005年在原陽的機淤工程中，由于工期緊、任務(wù)重，成立了攻關(guān)小組，在保證質(zhì)量和施工安全前提下加快工程進度，通過多種渠道收集分析有關(guān)資料，了解有關(guān)信息，參考了國內(nèi)外水砂分離器的應(yīng)用情況，結(jié)合水砂分離器在煤礦洗煤及造紙業(yè)上結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，
利用在重力及離心力的作用下，清除重于水的固體顆粒，水由進水管切向進入離心過濾器體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，推動泥沙及密度較高的固體顆粒沿管壁流動，形成旋流，使沙子和石塊進入集砂罐，凈水則沿出水口流出。即完成水砂分離。根據(jù)此情況，我們以造紙的水砂分離器為原型，開始研究工作，因介質(zhì)不同，我們和廠家通過改變水砂分離器的倉體大小、斜度等，經(jīng)過不斷試驗、摸索，最終試驗成功，水砂分離器分離出來的沙的含水量只有20%～30%，水砂分離器主要有以下幾部分組成：
1、進漿口：通過100mm或150mm管道將泥漿輸送到分離器內(nèi)。
2、倉體：利用離心力，泥漿通過倉體實現(xiàn)水砂分離。
3、出水口：出水口在分離器的正頂上，水砂分離后，水通過排水口排放出去。
4、儲砂罐：位于倉體正下方，水砂分離后，水通過排水口排放出去，而沙則儲存到儲砂罐中。
5、排砂口：設(shè)置在儲砂罐正下方，儲砂罐中的沙經(jīng)過排砂口排放出去。
三、主要創(chuàng)新點
1、有效解決了從出漿口即可分離水沙的難題。利用在重力及離心力的作用下，清除重于水的固體顆粒，水由進水管切向進入離心過濾器體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，推動泥沙及密度較高的固體顆粒沿管壁流動，形成旋流，使沙子和石塊進入儲砂罐，凈水則沿出水口流出，即完成水砂分離。
2、增設(shè)了儲砂罐，解決了在排沙口水量過大的問題。在水砂分離器的倉體正下方，增設(shè)了30cm X 30 cm儲砂罐，使倉體的錐體角度和儲沙罐容積形成一定比例，使砂體下沉的顆粒物和儲沙罐里的砂起到連接作用，降低檔了排沙口的水量。
3、提高了出沙率，縮短了沉漿時間，解決了圍堤易脫坡的問題。水砂分離器分離出來的沙的含水量只有20%～30%，縮短了泵淤時砂體的自然沉降時間，解決了圍堤常時間處于飽和狀態(tài)下，易滲漏決口的問題。經(jīng)實踐應(yīng)用證明，使用6PL泥漿泵通過水砂分離器時的出沙率為60m3/時～65m3/時，使用150SPW砂礫泵通過水砂分離器時的出沙率為100m3/時～110m3/時。
4、可為陸地造漿的施工用水提供水源，節(jié)約了資金。目前常用高壓水槍在陸地造漿進行放淤固地，在遠離河水時（500米左右），陸地造漿所用的施工用水需要打井來解決水源問題。水砂分離器通過離心力的作用使水沙分離，使砂石通過排沙口排除，所分離的水通過出水口流到清水池，可為陸地造漿的施工用水提供水源。
四、水砂分離器的應(yīng)用
(一)水砂分離器在放淤固堤中的應(yīng)用
2005年7月10日～2005年9月26日，在河南原陽黃河堤防加固工程十標(biāo)，利用水砂分離器在淤區(qū)外圍進行施工，尤其在漁塘且水不深的地方使用效果最為明顯，降低了施工成本。
(二)水砂分離器在采砂中的應(yīng)用
2006年10月10日至2006年11月25日在溫縣大玉蘭控導(dǎo)工程砂場采砂中，我們應(yīng)用了水砂分離器。以往在采沙過程中經(jīng)常使用的方法是在河中抽出砂漿經(jīng)自然淤積后再用機械裝車，而采用水砂分離器后可直接將車輛停在出漿口處，含水量較少砂料直接裝車運走，降低了裝車費用，增加了效益。
(三)水砂分離器在施工取水中的應(yīng)用
2007年5月在武陟機淤二標(biāo)用高壓水槍在陸地造漿進行放淤固地，在遠離河水時（500米左右），通過使用水砂分離器，使砂石通過排沙口排出的沙用于打圍堤，所分離的水通過出水口流到清水池，為陸地造漿的施工用水提供了水源，節(jié)約了打井費用。
五、效益和運用情況分析
水砂分離器具有體積小、架設(shè)維修方便、操作簡單、安裝方便、所需的配套電力設(shè)施容量小的優(yōu)點，適用于現(xiàn)在黃、沁河的放淤固堤施工及砂場采砂中使用，最適應(yīng)分離水中含的大量沙子及石塊，在滿足過濾要求的條件下，分離砂石的能力可達到90%～95%，具有廣闊的推廣應(yīng)用價值。
1．應(yīng)用情況及經(jīng)濟效益：2006年3月該水砂分離器研制成功后，先后在原陽堤防加固工程、武陟標(biāo)化堤防工程中推廣應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。按照上年度施工中30萬方計算，打圍堤約占工程的三分之一，修筑圍堤的單價為3元/m3；水砂分離器省去了修圍堤的費用，可節(jié)約資金30萬元。水砂分離器如果應(yīng)用到沙廠中，按30萬方計算，按照目前裝載機裝沙的單價是：1.5元/m3，可節(jié)省裝載機裝車費用15萬元。適用于現(xiàn)在黃、沁河的放淤固堤施工及砂場采砂中使用，具有廣闊的推廣應(yīng)用價值。
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