阅读说明：本技术 一种具有分层取水功能的河道闸门及其工作方法 (river channel gate with layered water taking function and working method thereof ) 是由 徐波 孙晨光 陆伟刚 李占超 夏辉 张从从 顾梦凡 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：一种具有分层取水功能的河道闸门及其工作方法,该闸门包括若干层平台构成台阶状结构并顺水流方向布置,最上层以下的平台内部均为空心结构,每个空心结构顶部覆盖有翻板,所述翻板与对应的平台转动连接；每个空心结构内设有顶部敞口的储水桶；每个储水桶中部设有活塞,活塞顶部设有用于顶转翻板的顶头；每个储水桶底部两侧分别连接进水管道、出水管道,所述进水管道、出水管道内分别设有液位控制阀门；最底层平台的储水桶底部还设有地下管道,所述地下管道的进水口与进水管道的进水口连通,且其内部设有电动阀门。翻板3可以通过液位控制阀门,根据水位上下旋转,利用河道闸门的内部过水或顶部过水可以实现河道闸门的分层取水和取表层水。(a river course gate with function of taking water hierarchically and its work method, the gate includes the step-like structure and arranges along the direction of water flow that several layers of platforms form, the platform inside below the uppermost layer is the hollow structure, every hollow structure top covers and turns over the board, turn over the board and connect with correspondent platform rotation; a water storage barrel with an open top is arranged in each hollow structure; a piston is arranged in the middle of each water storage barrel, and the top of each piston is provided with a jacking head for jacking and rotating the turnover plate; both sides of the bottom of each water storage barrel are respectively connected with a water inlet pipeline and a water outlet pipeline, and liquid level control valves are respectively arranged in the water inlet pipeline and the water outlet pipeline; the bottom of the water storage barrel of the bottommost platform is further provided with an underground pipeline, a water inlet of the underground pipeline is communicated with a water inlet of the water inlet pipeline, and an electric valve is arranged inside the underground pipeline. The turning plate 3 can rotate up and down according to the water level through the liquid level control valve, and layered water taking and surface water taking of the river channel gate can be realized by utilizing the water passing inside or at the top of the river channel gate.)

一种具有分层取水功能的河道闸门及其工作方法

技术领域

本发明涉及水利工程设备领域，具体为一种水利工程用的新型闸门结构，即一种具有分层取水功能的河道闸门及其工作方法。

背景技术

水利枢纽工程的建设,对水库库区及下游河道的环境带来明显影响。水库的形成,使原来流速较快、水温均匀的天然河道变为相对静止的大型水体,受太阳辐射、对流混合和热量传输的影响,库区水体垂向水温出现跃层分布,底层水体水温较天然水温低。传统单层取水方式会造成水库下泄水温在夏季低于河道天然水温,在冬季高于河道天然水温现象,水库下泄的低温水对下游河道水生生物的繁殖生长产生明显不利影响。

目前，在有些农业灌溉项目中严格要求取表层温水用于农业灌溉，以提高农作物产量，而普通闸门无法实现这个功能要求。

发明内容

鉴于以上所述现阶段分层取水的需要，本发明的目的在于提供一种可分层取水的河道闸门及其工作方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种具有分层取水功能的河道闸门，其特征是，该闸门包括若干层平台构成台阶状结构并顺水流方向布置，最上层以下的平台内部均为空心结构，每个空心结构顶部覆盖有翻板，所述翻板与对应的平台转动连接；每个空心结构内中部位置设有顶部敞口的储水桶；每个储水桶中部设有活塞，活塞顶部设有用于顶转翻板的顶头；每个储水桶底部两侧分别连接进水管道、出水管道，所述进水管道、出水管道内分别设有液位控制阀门；最底层平台的储水桶底部还设有地下管道，所述地下管道的进水口与进水管道的进水口连通，且其内部设有电动阀门。

优选的，所述储水桶桶内壁的顶部、下部分别设有限位铁块，以防活塞向上滑出储水桶外或向下滑动堵住进、出水管道。

优选的，所述平台顶部设有限制翻板过度翻转的限位铁块，使翻板的最大翻转角度为90°。

优选的，所述进水管道为圆形管，该进水管道处的液位控制阀门包括扇形伸缩板、浮球，所述扇形伸缩板由若干块扇形板铰接于一点构成，以该铰接点为圆心，扇形伸缩板完全展开后可形成与圆形管横截面相匹配的圆形挡板；所述浮球为两个，分别通过绳索与扇形伸缩板最外侧的两块扇形板相连，通过水位的变化，浮球带动最外侧扇形板，以使扇形伸缩板收缩或展开。

优选的，所述出水管道为方形管，该出水管道处的液位控制阀门包括方形挡板、限位框架、浮球，所述方形挡板与方形管横截面相匹配，所述方形管顶部设有供方向挡板滑动的口，所述浮球通过绳索与方形挡板顶部相连，所述限位框架位于方形管顶部，以对方形挡板限位。

优选的，下层平台的液位控制阀门中的绳索，在拉直状态下，其顶部与上层平台等高。

优选的，所述平台空心结构处设有两个储水桶、两块翻板，两块翻板组成所在平台的水平部分。

上述一种具有分层取水功能的河道闸门的工作方法，其特征是，该闸门由三层层平台构成台阶状，分别是底部的闸体Ⅰ层、中部的闸体Ⅱ层、顶部的闸体Ⅲ层，工作方法包括以下步骤：

步骤一：进水时，水位达到闸体Ⅰ层高度；位于闸体Ⅰ、Ⅱ层液位控制阀门中的绳索处于松弛状态，闸体Ⅰ层的进水管道处于开启状态，出水管道处于关闭状态，启动电动阀门开启地下管道；闸体Ⅱ层的进水管道处于开启状态、出水管道均处于关闭状态；

水通过闸体Ⅰ层的进水管道进入闸体内部，然后一分为二，一部分水流顺着进水管道进入储水桶，该部分水在储水桶内逐渐增加，推动活塞向上运动至限位铁块处，闸体Ⅰ层的翻板处于打开状态；另一部分水流入地下管道，该部分水流通过地下管道的出口排出，可实现取第一层水；

步骤二：进水时，水位达到闸体Ⅱ层高度；位于闸体Ⅰ、Ⅱ层液位控制阀门中的绳索处于松弛状态，闸体Ⅰ层的进水管道处于开启状态，出水管道处于关闭状态，启动电动阀门关闭地下管道；闸体Ⅱ层的进水管道处于开启状态、出水管道均处于关闭状态；

水流顺着闸体Ⅰ层进水管道进入储水桶，储水桶内部的水量逐渐增加，活塞做竖直向上的运动至限位铁块处，闸体Ⅰ层的翻板处于完全打开状态；由于闸体Ⅰ层的出水管道和地下管道处于关闭状态，闸体Ⅰ层底部无法过水，水从闸体Ⅰ层处翻板打开的空心区域流出，可实现取第二层水；

步骤三：进水时，水位达到闸体Ⅲ层高度；位于闸体Ⅰ层的绳索处于拉直状态，闸体Ⅰ层进水管道处的浮球拉动扇形伸缩板展开至完全，闸体Ⅰ层进水管道关闭；闸体Ⅰ层出水管道处的浮球拉动方形挡板向上运动至限位框架内部，闸体Ⅰ层出水管道开启；启动电动阀门关闭Ⅰ层地下管道；

闸体Ⅰ层的储水桶开始向外排水，桶内水量逐渐降低，闸体Ⅰ层活塞降至限位铁块上，闸体Ⅰ层翻板在水重和自重的作用下完全关闭，闸体Ⅰ层无法过水；

位于闸体Ⅱ层的绳索处于松弛状态，闸体Ⅱ层进水管道处于开启状态，出水管道处于关闭状态；水流顺着闸体Ⅱ层进水管道进入闸体Ⅱ层储水桶，储水桶内部的水量逐渐增加，活塞做竖直向上的运动至限位铁块处，闸体Ⅱ层的翻板处于完全打开状态；由于闸体Ⅰ层无法过水，水从闸体Ⅱ层翻板打开的空心区域流出，可实现取第三层水；

步骤四：进水时，水位已超过河道闸门顶部高度；位于闸体Ⅰ、Ⅱ层的绳索均处于拉直状态，闸体Ⅰ层、Ⅱ层进水管道处的浮球拉动扇形伸缩板展开至完全，闸体Ⅰ层、Ⅱ层进水管道关闭；位于闸体Ⅰ层、Ⅱ层出水管道处的浮球拉动方形挡板向上运动至限位框架内部，闸体Ⅰ层、Ⅱ层出水管道开启；启动电动阀门关闭Ⅰ层地下管道；

闸体Ⅰ层、Ⅱ层的储水桶向外排水，桶内水量逐渐降低，闸体Ⅰ、Ⅱ层活塞降至限位铁块上，闸体Ⅰ、Ⅱ层翻板在水重和自重的作用下已完全关闭，闸体Ⅰ层、Ⅱ层均无法过水，水从河道闸门顶部流出，可实现取第四层水。

优选地，所述河道闸门设置有多处止水。具体的，闸体与闸墩接触部分设有止水橡皮；翻板四周均设止水橡皮；活塞与储水桶接触部分设有止水橡皮；扇形伸缩板与管道接触部分设有止水橡皮；方形挡板与管道接触部分设有止水橡皮。

本发明具有以下优点：

1、本发明结构简单，通过不同类型的阀门控制管道和翻板状态，进而可以在不同水位实现分层取水；

2、本发明利用液位控制阀门，过第二、三、四层水时，根据水位的变化自动调整翻板的状态，进而改变闸体的运行状态，实现河道闸门的自动化运行；

3、本发明在工作过程中，可以呈现良好的景观效果。

附图说明

图1显示为河道闸门主视图；

图2显示为河道闸门侧视图；

图3显示为河道闸门俯视图；

图4-1、4-2、4-3、4-4显示为进水管道液位控制阀门示意图；

图5-1、5-2显示为出水管道液位控制阀门示意图；

图6显示为出水管道液位控制阀门的俯视图；

图7显示为取第一层水时的侧视图；

图8显示为取第二层水时的侧视图；

图9显示为取第三层水时的侧视图；

图10显示为取第四层水时的侧视图；

图11-1、11-2、11-3、11-4显示为河道闸门止水示意图；

图中：1-闸墩，2-转轴，3-翻板，4-管道（41-进水管道；42-出水管道；43-地下管道），5-活塞（51-顶头；52-支撑杆；53-圆柱形底板），6-限位铁块（61-布置在进水管道上端的限位铁块；62-布置在储水桶顶部的限位铁块；63-布置在转轴外侧的限位铁块；64-布置在方形挡板两侧的限位铁块），7-储水桶（71-设置在闸体Ⅰ层的储水桶；72-设置在闸体Ⅱ层的储水桶），8-浮球，9-绳索，10-进水管道液位控制阀门（101-扇形伸缩板（铁块）；102-吊环），11-电动阀门（111-电动机），12-出水管道液位控制阀门（121-方形挡板；122-限位框架；123-吊环），13-支撑板，14-止水（141-布置在闸体与闸墩接触位置的止水橡皮；142-布置在圆柱形底板周围的止水橡皮；143-布置在翻板四周的止水橡皮；144-布置在扇形伸缩板周围的止水橡皮；145-布置在方形挡板四周的止水橡皮）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。

如图1至图11-4所示，一种具有分层取水功能的河道闸门，包括：闸墩1、转轴2、翻板3、管道4、活塞5、限位铁块6、储水桶7、浮球8、绳索9、进水管道液位控制阀门10、电动阀门11、出水管道液位控制阀门12、支撑板13、止水14。

闸墩1为钢筋混凝土结构，设置在河道闸门两侧。

本实施例的河道闸门呈阶梯状，整体结构为三层，但不限于三层，可设置为多层结构。初始状态如图1、2，最上层以下的每层平台，垂直水流方向为三块间隔式的钢板；最底层闸体的钢板设置在地面上，中间层闸体的钢板设置在Ⅰ层平台尾部，顶层钢板设置在Ⅱ层平台尾部；顺水流方向为三段间隔式平台，Ⅰ、Ⅱ层平台为空心区域，Ⅲ层平台为一整块钢板。

河道闸门Ⅰ、Ⅱ层平台为空心区域，设置两块同等大小的翻板3覆盖该区域，组成河道闸门Ⅰ、Ⅱ层的水平部分；翻板3外侧边设置一转轴2，连接翻板3和闸体，带动翻板3上下旋转；转轴2外侧均设置一限位铁块63，在翻板3旋转至垂直状态时限制其继续向上旋转。

河道闸门Ⅰ、Ⅱ层内部均设置了过水装置，但两层过水装置的形式有所不同。位于闸体Ⅰ层的过水装置包括：进水管道41、出水管道42、地下管道43、活塞5、限位铁块61（62）、储水桶7、液位控制阀门10（12）、电动阀门11。进水管道41为圆形管道，初始时为开启状态；出水管道42为方形管道，初始时为关闭状态；地下管道为圆形管道，在其进水口设置一电动阀门11，通过电动机111控制电动阀门11，进而控制地下管道43的启闭状态，电动机设置在闸体Ⅰ底部；

进水管道41和出水管道42均使用液位控制阀门10（12），但阀门形式有所不同；活塞5由顶头51、支撑杆52和圆柱形底板53组成，支撑杆52设置在圆柱形底板53中心，连接顶头51和圆柱形底板53；储水桶7设置在闸体Ⅰ、Ⅱ层平台空心结构内部，位于翻板3正下方，连接闸体Ⅰ、Ⅱ层顶部和底部，管径与活塞5直径相同；

限位铁块61位于进水管道41上端，附着在储水桶内壁上，阻止活塞5在达到进水管道41时继续下降（进水管道位置略高于出水管道位置），同时在储水桶7顶部设置四块限位铁块62，阻止活塞5达到储水桶7顶部时继续上升；位于闸体Ⅱ层的过水装置较Ⅰ层的过水装置少了地下管道43部分，增加了底部的支撑板13，用于支撑Ⅱ层过水装置。

位于闸体Ⅰ层的进水管道41和地下管道43，其进水源头来自于同一管口，水从该管口流入后一分为二，一部分顺着进水流道41进入储水桶7，另一部分流入地下管道43。

进水管道41设置的液位控制阀门10包括：浮球8、绳索9、扇形伸缩板101和吊环102。扇形伸缩板由若干块扇形板铰接于一点构成，以该铰接点为圆心，扇形伸缩板完全展开后可形成与圆形管横截面相匹配的圆形挡板，由最内侧的两块扇形板与圆形管内壁固定，最外侧的两块扇形板通过绳索连接浮球。初始时，扇形伸缩板101展开的角度与两块扇形板的圆心角对应，在受向上浮力的作用后，会逐渐展开直至完全，构成圆形挡板，关闭进水管道41；吊环位于扇形伸缩板101最外侧的两块扇形板底部，浮球8缠绕在吊环102上，利用绳索9连接浮球8和扇形伸缩板101。

出水管道42设置的液位控制阀门12包括：限位铁块64、浮球8、绳索9、方形挡板121、限位框架122和吊环123。初始时，方形挡板121放置在管道内，关闭出水管道，在受向上浮力的作用后，会逐渐上升至限位框架122内部，出水管道开启；限位框架122设置在方形挡板121的正上方，在出水管道43完全开启之后限制方形挡板121继续向上移动；吊环位于方形挡板121顶部中间位置，浮球8缠绕在吊环123上，利用绳索9连接浮球8和方形挡板121；限位铁块64用于限制方形挡板121的位置，保证其移动时不产生水平方向的偏移。

绳索9对长度有一定的要求：当Ⅰ层过水装置的绳索9完全拉直时，其顶端与闸门Ⅱ层顶部处于同一水平线；当Ⅱ层过水装置的绳索9完全拉直时，其顶端与闸门Ⅲ层顶部处于同一水平线。

河道闸门的止水14结构包括：布置在闸体与闸墩接触部分的止水橡皮141；布置在活塞与储水桶接触部分的止水橡皮142；布置在翻板四周的设止水橡皮143；布置在扇形伸缩板与管道接触部分的止水橡皮144；布置在方形铁板与管道接触部分的止水橡皮145。

本实施例的河道闸门运行方法，包括以下步骤：

步骤一：进水时，如图7所示，水位达到闸体Ⅰ层高度。位于闸体Ⅰ、Ⅱ层液位控制阀门的绳索9处于松弛状态，闸体Ⅰ层的进水管道41处于开启状态，出水管道42处于关闭状态，启动电动阀门111开启地下管道43；闸体Ⅱ层的进水管道41、出水管道42均处于初始状态（进水管道处于开启状态，出水管道处于关闭状态）。水通过管道进入闸体内部，然后一分为二，一部分水流顺着进水管道41进入储水桶71，该部分水在储水桶71内逐渐增加，推动活塞5向上运动至限位铁块62处，Ⅰ层的翻板3处于打开状态；另一部分水流入地下管道43，该部分水流通过地下管道43的出口排出，可实现取第一层水。

步骤二：进水时，如图8所示，水位达到闸体Ⅱ层高度。位于闸体Ⅰ、Ⅱ层液位控制阀门的绳索9处于松弛状态，闸体Ⅰ层的进水管道41处于开启状态，出水管道42处于关闭状态，启动电动阀门111关闭地下管道43；闸体Ⅱ层的进水管道41、出水管道42均处于初始状态（进水管道处于开启状态，出水管道处于关闭状态）。

水流顺着闸体Ⅰ层进水管道41进入储水桶71，储水桶71内部的水量逐渐增加，活塞5做竖直向上的运动至限位铁块62处，闸体Ⅰ层的翻板3处于完全打开状态。由于出水管道42和地下管道43处于关闭状态，闸体Ⅰ层底部无法过水，水从闸体Ⅰ层翻板3打开的空心区域流出，可实现取第二层水。

步骤三：进水时，如图9所示，水位达到闸体Ⅲ层高度。位于闸体Ⅰ层的绳索9处于拉直状态，闸体Ⅰ层进水管道41处的浮球8拉动扇形伸缩板101展开至完全，闸体Ⅰ层进水管道41关闭；闸体Ⅰ层出水管道42处的浮球8拉动方形挡板121向上运动至限位框架122内部，Ⅰ层出水管道42开启；启动电动阀门111关闭Ⅰ层地下管道43。

闸体Ⅰ层的储水桶71开始向外排水，桶内水量逐渐降低，闸体Ⅰ层活塞5降至限位铁块61上，闸体Ⅰ层翻板3在水重和自重的作用下已完全关闭，闸体Ⅰ层无法过水。

位于闸体Ⅱ层的绳索9处于松弛状态，闸体Ⅱ层进水管道41处于开启状态，出水管道42处于关闭状态。水流顺着闸体Ⅱ层进水管道41进入储水桶72，储水桶72内部的水量逐渐增加，活塞5做竖直向上的运动至限位铁块62处，闸体Ⅱ层的翻板3处于完全打开状态。由于闸体Ⅰ层无法过水，水从闸体Ⅱ层翻板3打开的空心区域流出，可实现取第三层水。

步骤四：进水时，如图10所示，水位已超过河道闸门顶部高度。位于闸体Ⅰ、Ⅱ层的绳索9均处于拉直状态，闸体Ⅰ层、Ⅱ层进水管道41处的浮球8拉动扇形伸缩板101展开至完全，闸体Ⅰ层、Ⅱ层进水管道41关闭；位于闸体Ⅰ层、Ⅱ层出水管道42处的浮球8拉动方形挡板121向上运动至限位框架122内部，闸体Ⅰ层、Ⅱ层出水管道42开启；启动电动阀门111关闭Ⅰ层地下管道43。

闸体Ⅰ层、Ⅱ层的储水桶71（72）向外排水，桶内水量逐渐降低，闸体Ⅰ、Ⅱ层活塞5降至限位铁块61上，闸体Ⅰ、Ⅱ层翻板3在水重和自重的作用下已完全关闭，闸体Ⅰ层和Ⅱ层均无法过水。水从河道闸门顶部流出，可实现取第四层水。

本实施例在河道闸门工作时，Ⅰ层、Ⅱ层的翻板3可以通过液位控制阀门10（12），根据水位上下旋转。利用河道闸门的内部过水或顶部过水可以实现河道闸门的分层取水和取表层水。

综上，本发明有效克服了现有技术的缺点而具有较高的推广价值。

上述内容已经用一般性文字和具体实施步骤对本发明作了较为详尽的描述，但并非是对本发明进行限制，在不偏离本发明精神的基础上所进行的相关修改，都属于本发明要求保护的范围。