本發(fā)明屬于平面閘門，具體為一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、分層取水技術(shù)主要是為了解決水庫(kù)水質(zhì)問題，尤其是在存在不同溫度、濁度或污染物層次的水體中。分層取水的主要目的是通過對(duì)不同層次的水流進(jìn)行分離和控制，可以有效地去除水中的雜質(zhì)、懸浮物、污染物等，從而提高原水的水質(zhì)，分層取水對(duì)于供水安全、保障居民飲用水質(zhì)量等方面具有重要意義。通過分層取水技術(shù)，還可以優(yōu)化水資源的利用，減少水資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

2、對(duì)于水庫(kù)，其水體在鉛直方向會(huì)存在溫度和密度梯度，不同深度的水體，其水質(zhì)的水溫、溶解氧、浮游生物、渾濁度、二氧化碳等是不同的，從不同的深度取水，對(duì)生態(tài)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、人類生活及下游環(huán)境帶來的影響不同，故水庫(kù)通常需要設(shè)置分層取水設(shè)施。

3、對(duì)于水庫(kù)取水，目前較常采用的是在進(jìn)水口或取水口設(shè)置疊梁閘門或多層取水流道等分層取水技術(shù)，其中以疊梁閘門的應(yīng)用較多。目前疊梁門分層取水存在門葉過多，單次取水操作次數(shù)頻繁，經(jīng)常在庫(kù)水位消落時(shí)，需要一扇扇提起單葉疊梁門達(dá)到分層取水高程為止，庫(kù)水位上升時(shí)又一扇扇關(guān)閉單葉疊梁門達(dá)到分層取水高程為止，運(yùn)行繁瑣且耗時(shí)過長(zhǎng)，且達(dá)不到任意深度取用水體要求，尤其在多進(jìn)水口的水電工程中更加突出。而近些年新出的分層取水技術(shù)，仍然存在取水流量受限，水下操作難度大，動(dòng)力設(shè)備在水下的還存在萬一漏電危險(xiǎn)性極高，金屬結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間置于水下金屬結(jié)構(gòu)銹蝕等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)目前分層取水時(shí)疊梁門的操作頻繁且復(fù)雜，時(shí)效性差，操作環(huán)境復(fù)雜等問題，提出了一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計(jì)方法，提升操作智能化，通過閘門錯(cuò)位布置，并采用橫向止水連接，實(shí)現(xiàn)同步或者單個(gè)閘門操作，操作技術(shù)成熟、操作方式簡(jiǎn)單、智能，提高了分層取水效率和取水質(zhì)量，達(dá)到生態(tài)環(huán)保要求。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計(jì)方法。第一方面，一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，從水流方向依次間隔設(shè)置有若干門槽、攔污柵、檢修門、快速門，所述門槽、攔污柵、檢修門、快速門均布置在發(fā)電進(jìn)水口上，在所述門槽內(nèi)設(shè)置有錯(cuò)位疊門，所述錯(cuò)位疊門之間設(shè)置有止水連接結(jié)構(gòu)；所述攔污柵用于調(diào)整水流，攔擋阻礙進(jìn)水口水流的雜物；快速門作為進(jìn)水口發(fā)引水管道的控制閘門，用于控制發(fā)電引用流量；檢修門用于檢修時(shí)段擋水，對(duì)快速門進(jìn)行檢修。

3、作為優(yōu)選，所述錯(cuò)位疊門從水流方向沿門槽高程依次設(shè)置，且相鄰的錯(cuò)位疊門與止水連接結(jié)構(gòu)首尾依次連接。

4、作為優(yōu)選，所述前后排錯(cuò)位疊門通過止水連接結(jié)構(gòu)相連，止水連接結(jié)構(gòu)從上游到下游依次布置有變阻尼限位彈簧、鉸鏈、橫梁、水封，前排錯(cuò)位疊門的下端通過變阻尼限位彈簧和鉸鏈連接相鄰的錯(cuò)位疊門的上端，所述后排錯(cuò)位疊門與水封接觸，水封固定設(shè)置在橫梁上。

5、作為優(yōu)選，所述錯(cuò)位疊門每2扇并排布置在攔污柵之前且能同時(shí)或者單個(gè)上下滑動(dòng)，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)。

6、作為優(yōu)選，當(dāng)庫(kù)水位變動(dòng)需要進(jìn)行分層取水時(shí)，則啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)設(shè)備將第1排的錯(cuò)位疊門下降到需要高度或者將其余錯(cuò)位疊門同時(shí)下降到需要高度進(jìn)行取水。

7、具體的，當(dāng)需要進(jìn)行分層取水時(shí)，啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)設(shè)備將第1排的錯(cuò)位疊門下降到需要高度或者將其余錯(cuò)位疊門及后排的攔污柵、檢修門和快速門同步下降到需要高度，進(jìn)行取水。

8、作為優(yōu)選，所述錯(cuò)位疊門采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升。

9、作為優(yōu)選，錯(cuò)位疊門垂直水流方向的扇數(shù)需綜合考慮閘門運(yùn)行靈活性，進(jìn)水口整體受力協(xié)調(diào)性、基礎(chǔ)不均勻沉降等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)有庫(kù)水消落深度，垂直水流方向閘門寬度根據(jù)攔污柵寬度確定，門槽底部低于進(jìn)水口底板高程。

10、作為優(yōu)選，所述門槽底部低于進(jìn)水口底板高程，其中，門槽底板高程按如下公式計(jì)算：

11、h4=h2-h-h；

12、其中，表示前后兩扇閘門（錯(cuò)位疊門）的搭接高度；h表示錯(cuò)位疊門落到門槽底板時(shí)對(duì)應(yīng)的錯(cuò)位疊門頂高程與死水位之間的高差；q?表示單個(gè)進(jìn)水口發(fā)電引用流量；b?表示進(jìn)水口寬度；v表示過柵流速，按照≤1m/s控制；h2表示死水位；h3表示進(jìn)水口底板高程；h4表示門槽底板高程；h表示閘門高度；n表示錯(cuò)位疊門的個(gè)數(shù)。

13、一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置的作用原理是：將進(jìn)水口分層取水需求通過錯(cuò)位疊門實(shí)現(xiàn)，錯(cuò)位疊門采用常規(guī)卷?yè)P(yáng)機(jī)控制，當(dāng)需要升降錯(cuò)位疊門進(jìn)行分層取水時(shí)，方法一：?jiǎn)?dòng)前排錯(cuò)位疊門卷?yè)P(yáng)機(jī)，設(shè)定行程，其余錯(cuò)位疊門保持不動(dòng)，將錯(cuò)位疊門下降到分層取水高程停止；方法二：同步啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，設(shè)定同步行程，錯(cuò)位疊門開啟同步啟動(dòng)，錯(cuò)位疊門同步升降到分層取水高程。變阻尼限位彈簧和前排錯(cuò)位疊門相連，與鉸鏈接觸，鉸鏈、橫梁、水封固前排錯(cuò)位疊門底部，后排錯(cuò)位疊門門楣靠在水封上，止水結(jié)構(gòu)的存在保證錯(cuò)位疊門橫向之間不會(huì)大量漏水，錯(cuò)位疊門非同步升降時(shí)仍能很好地保證封水效果。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

15、1、本方案通過從水流方向依次間隔設(shè)置門槽、攔污柵、檢修門、快速門，在上述閘門的下端設(shè)置發(fā)電進(jìn)水口，在門槽內(nèi)設(shè)置錯(cuò)位疊門，在錯(cuò)位疊門之間設(shè)置止水連接結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)任意深度分層取水的目的，同時(shí)，隨著庫(kù)水位的消落和漲浮，不需要將單葉疊梁門一扇扇地提起或關(guān)閉，達(dá)到分層取水高程為止，運(yùn)行方便且耗時(shí)較短，且可以達(dá)到任意深度取用水體的要求。

16、2、本方案通過規(guī)定閘門取水運(yùn)行次序，明確了各閘門之間的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了閘門的聯(lián)動(dòng)。又由于錯(cuò)位疊門從水流方向沿門槽高程依次設(shè)置，且相鄰的錯(cuò)位疊門與止水連接結(jié)構(gòu)首尾依次連接能同時(shí)或者單個(gè)上下滑動(dòng)，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)，同時(shí)保證止水連接結(jié)構(gòu)與閘門之間實(shí)現(xiàn)柔性連接，避免剛性連接帶來的結(jié)構(gòu)損壞，采用的水封能保證各閘門間封閉，避免取水不均勻。

17、3、本方案通過設(shè)置止水連接結(jié)構(gòu)，使錯(cuò)位閘門布置在攔污柵之前，增大了攔污柵的過流面積，使得過流水流更順暢，同時(shí)采用常規(guī)卷?yè)P(yáng)機(jī)操作，簡(jiǎn)單方便，技術(shù)成熟。

18、4、本方案通過使用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升錯(cuò)位疊門，明確了閘門槽的設(shè)計(jì)深度，實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)測(cè)、感應(yīng)、操作和反饋，提高優(yōu)質(zhì)水源的保證率。

19、5、門槽底高程的設(shè)計(jì)是本裝置的重點(diǎn)，考慮工程經(jīng)驗(yàn)，底高程與進(jìn)水口底板高程相差不宜過大，以免引起整體進(jìn)水口結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，地基不均勻沉降等有損工程的不利情況，依據(jù)此公式可以很清晰地計(jì)算出門槽底高程，清楚明了地獲知裝置的具體布置形式，使整個(gè)裝置符合工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)和成本，解決了目前分層取水時(shí)疊梁門的操作頻繁且復(fù)雜，時(shí)效性差，操作環(huán)境復(fù)雜等問題，且與現(xiàn)有技術(shù)相比，之前未出現(xiàn)本裝置的布置形式。

技術(shù)特征：

1.一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，從水流方向依次間隔設(shè)置有若干門槽（6）、攔污柵（3）、檢修門（4）、快速門（5），所述門槽（6）、攔污柵（3）、檢修門（4）、快速門（5）均布置在發(fā)電進(jìn)水口（1）上，在所述門槽（6）內(nèi)設(shè)置有錯(cuò)位疊門（2），所述錯(cuò)位疊門（2）之間設(shè)置有止水連接結(jié)構(gòu)（7）；所述攔污柵（3）用于調(diào)整水流，攔擋阻礙進(jìn)水口水流的雜物；快速門（5）作為進(jìn)水口發(fā)引水管道的控制閘門，用于控制發(fā)電引用流量；檢修門（4）用于檢修時(shí)段擋水，對(duì)快速門（5）進(jìn)行檢修。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述錯(cuò)位疊門（2）從水流方向沿門槽（6）高程依次設(shè)置，且相鄰的錯(cuò)位疊門（2）與止水連接結(jié)構(gòu)（7）首尾依次連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述前排錯(cuò)位疊門（2）的下端通過變阻尼限位彈簧（71）和鉸鏈（73）連接相鄰的錯(cuò)位疊門（2）的上端，所述后排錯(cuò)位疊門（2）與水封（74）接觸，所述鉸鏈（73）與水封（74）之間通過橫梁（72）進(jìn)行連接，所述水封（74）固定設(shè)置在橫梁（72）上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述錯(cuò)位疊門（2）每2扇并排布置在攔污柵（3）之前且能同時(shí)或者單個(gè)上下滑動(dòng)，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，當(dāng)庫(kù)水位變動(dòng)需要進(jìn)行分層取水時(shí)，則啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)設(shè)備將第1排的錯(cuò)位疊門（2）下降到需要高度或者將其余錯(cuò)位疊門（2）同步下降到需要高度進(jìn)行取水。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述錯(cuò)位疊門（2）采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升。

7.一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置的設(shè)計(jì)方法，適用于如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，錯(cuò)位疊門（2）的扇數(shù)需綜合考慮閘門運(yùn)行靈活性，進(jìn)水口整體受力協(xié)調(diào)性、基礎(chǔ)不均勻沉降、攔污柵的尺寸、現(xiàn)有閘門常規(guī)尺寸及制造水平因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)有庫(kù)水消落深度，進(jìn)水口平面垂直水流方向閘門寬度根據(jù)攔污柵（3）寬度確定，每扇閘門寬度尺寸為2扇攔污柵寬度，按照現(xiàn)有最大水庫(kù)消落深度設(shè)計(jì)，門槽（6）底部低于進(jìn)水口底板高程。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述門槽（6）底板高程按如下公式計(jì)算：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種錯(cuò)位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計(jì)方法，屬于平面閘門技術(shù)領(lǐng)域，包括發(fā)電進(jìn)水口、錯(cuò)位疊門、攔污柵、檢修門、快速門、門槽、止水連接結(jié)構(gòu)等；通過規(guī)定上層、中層和下層的閘門取水運(yùn)行次序，明確了各閘門之間的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了閘門的聯(lián)動(dòng)。又由于錯(cuò)位疊門從水流方向沿門槽高程依次設(shè)置，且相鄰的錯(cuò)位疊門與止水連接結(jié)構(gòu)首尾依次連接能同時(shí)或者單個(gè)上下滑動(dòng)，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)，同時(shí)保證止水連接結(jié)構(gòu)與閘門之間實(shí)現(xiàn)柔性連接，避免剛性連接帶來的結(jié)構(gòu)損壞，采用的水封能保證各閘門間封閉，避免取水不均勻。

技術(shù)研發(fā)人員：楊家修,鄭雪玉,鮑偉,王興恩,申顯柱,李宗樾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19