CN102877504B

CN102877504B - 一种主动控制水库取水口取水界限的装置

Info

Publication number: CN102877504B
Application number: CN201210371326.6A
Authority: CN
Inventors: 卢金锁; 王登宇; 丁艳萍; 黄廷林
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102877504A

Abstract

本发明公开了一种主动控制水库取水口取水界限的装置，包括设置在取水口的可开启和闭合的导流门，在导流门上设有固定块，该导流门通过轴承固定在塔体上；在导流门内部镶嵌水流推进器，水流推进器通过支架固定在导流门上；在导流门一侧固定有一对支架，所述的一对支架也固定在塔体上；在一对支架上各固定安装有驱动箱；驱动箱内有驱动电机和传动机构，驱动箱一侧与传动机构连接的旋杆上可转动连接有吊柄，吊柄和固定块以可转动连接的方式相连接，驱动电机的电源线伸出水面接到控制室内，对驱动电机进行控制。本装置可以适应各种要规避和诱导的水层进水的情况，根据即时检测的不同水质情况，通过启闭导流门和水流推进器的正反转，达到选取优质原水。

Description

一种主动控制水库取水口取水界限的装置

技术领域

本发明属于水库分层取水技术领域，具体涉及一种主动控制水库取水口取水界限的装置，主要作用于改变和强化取水塔的选择性取水深度。

背景技术

如今，城镇经济快速发展，由此引来的人们饮水是一个突出的问题。城市地下水的过度开采，现已不能作为城市水源供给人们生活饮用和工业用水。随着现代水利工程的迅猛发展，我国正在拟建或修建一系列的大型水库。这些水库水深大，蓄水多，经济效益明显，作为城市重要的供水水源具有重大意义。

深水型水库水体所获得的热量以太阳辐射为主。在水面与空间进行热交换的同时，水体内部也进行表层水与深层水之间的热传导。在进行热交换和传导的同时，水体垂直环流产生掺混，水温最终趋向平衡。一般温暖季节，日照强，温度高，表面水吸收大量的太阳辐射而温度高，而深层水温度低，这就形成明显的温度分层。尤其是夏季，大型深水型湖库会形成明显的分层特性。水体温度分层阻碍了上下水体的循环交换和物质传递，至上而下形成了混合层、温跃层、滞温层，导致湖库水质恶化。春夏季太阳辐射增强，多数湖库表层藻类大量繁殖，表层藻类限制了氧的传递；湖库底层溶解氧常年较低，沉积底质在低溶解氧影响下释放营养盐、铁和锰，是底层污染物浓度较高；在纵深向上湖库水质分层，湖库在不同深度上藻细胞含量、有机质、重金属、pH、溶解氧、浊度等水质参数也明显不同。综上可知，由于湖库温度分层，储蓄水的物理、化学和生物发生变化，最终引起水库水质的分层。

近些年，在国内外深水型湖库水源取水技术中，选择性取水塔是较为普遍被采纳的一种构筑物，一般在水塔垂向设计3-5个取水口。在不同水位不同季节下，固定取水口有着较为固定的取水范围，对获取优质原水有一定局限性，突出了水塔取水对水质的选择性不足。正常水位时，开启水塔上层取水口，难免会把库表面藻类等生物带入取水塔，增加水厂处理藻类的难度和费用；枯水位时，开启底层取水口，底部还原环境下产生的污染物就不能很好的被规避掉，这样取出的水水质较差。针对已成型的取水口取水，只能被动得接受水塔周围的水质，不能主动地选择性得获取优质原水。这就体现出取水口不能应对随时可能变化的水位引起的不同水质，从而需要新的技术和设备对选择性取水塔进行改造优化。例如，1997年用于美国，加利福尼亚州的Shasta水坝的温控装置耗费7500万美金；还有日本在水库取水时，距取水塔一定范围建设挡水设施，其工程量大，费用也昂贵。

取水口附近的水质在水库成层分布或者雨季、翻库等不同情况下会有较大的差异，不同位置的取水口周围的水质差异较大（比如表层取水口上层含有大量藻类或者底层取水口下部分污染物含量浓度较大），根据申请人所进行的资料检索，还未发现对强化水塔取水口的选择性及主动控制水库取水口取水界限进行深入研究的文献报道。

当前情况下，为了取用优质的水源水，如何强化取水塔的选择性，如何变被动接纳为主动选取，如何对取水口水质选择规避和采用，如何控制选取用污染程度更低的水，是本领域技术人员所关注的课题之一。

发明内容

针对上述取水时，存在的对现有分层取水塔的再优化和被动接受取水口周围不同水质的缺陷，本发明的目的在于，提供一种主动控制水库取水口取水界限的装置，在优化选择性取水塔同时主动地改变取水口的取水范围。该装置构造简单并且操作方便，在规避水库表面藻类和库底微生物有一定的成效，能够提供优质源水，较为灵活地解决了由于局部水质不良导致取水水质较差的问题。在一定程度上，强化了选择性取水塔的选择性，改善了取水水质。

为实现上述技术任务，本发明采取如下技术方案予以实现：

一种主动控制水库取水口取水界限的装置，其特征在于，包括设置在取水口的可开启和闭合的导流门，在导流门上设有固定块，该导流门通过轴承固定在塔体上；在导流门内部镶嵌有水流推进器，水流推进器通过支架固定在导流门上；在导流门一侧固定有一对支架，所述的一对支架也固定在塔体上；在一对支架上各固定安装有驱动箱；驱动箱内有驱动电机和传动机构，驱动箱一侧与传动机构连接的旋杆上可转动连接有吊柄，吊柄和固定块以可转动连接的方式相连接，驱动电机的电源线伸出水面接到控制室内，对驱动电机进行控制。

本发明的主动控制水库取水口取水界限的装置，由两套驱动箱拉动导流门进行开启与闭合，导流门上有水流推进器。工作中驱动箱可以任意改变导流门的角度，水流推进器可以主动进行选择推水和进水，达到改变取水口取水界限的目的。本装置可以适应各种要规避和诱导的水层进水的情况，根据即时检测的不同水质情况，通过启闭导流门和水流推进器的正反转，达到选取优质原水。

与现有技术相比，具有以下技术优点：

1）取水选择性增强：由于安装了水流推进器，该装置更加强化了水塔选择性取水的性能。水流推进器安装在导流门上，在导流门开启的情况下，水流推进器反转，主动推水能力较强；水流推进器正转，主动进水能力较强。

2）安装便捷：无论在选择性取水塔的改造或重建过程中，该装置在取水塔上极其容易实现，并且水下施工时间短。在地面密封组装，水下只需固定其主要构件就可实现安装。降低了水下施工时间，减少了水下作业施工的困难。

3）操作简单：该装置不同性质的两种电机地面远程控制，在地面控制室控制驱动电机和水流推进器小型电机的开启与闭合，操作简单，方便快捷。

4）经济实用：在改造和重建选择性取水塔的工程中安装该装置，造价与其他技术相比较低，而且实用性强。完全适用于水位波动引起的取水口取水界限范围内水质的改变，在暴雨、洪水等各种情况下都能起到主动选择性取水的作用。

附图说明

图1是主动控制水库取水口取水界限选择性导流门工作原理示意图，其中，图1（a）为开启取水口上部选择性导流门时，导流门水流推进器阻挡上部水流的工况；图1（b）为开启取水口上部选择性导流门时，导流门水流推进器诱导上部水流的工况；图1（c）为开启取水口下部选择性导流门时，导流门水流推进器阻挡下部水流的工况；图1（d）为同时开启取水口上下选择性导流门时，导流门水流推进器阻上挡下水流的工况；

图2是主动控制水库取水口取水界限的装置立体结构示意图；

图3是主动控制水库取水口取水界限的装置正面示意图；

图4是主动控制水库取水口取水界限的装置平面示意图；

图5是驱动箱内部结构示意图；

图中的标记分别表示：1、取水口，2、钢化玻璃导流门，3、小型电机，4、叶轮叶片，5、叶轮转动轴，6、小型电机架子，7、小型电机电源线，8、固定块，9、吊柄，10、旋杆，11、螺母，12、箱体支架，13、驱动箱，14、轴承，15、取水塔体，16、膨胀螺栓，17、螺栓，18、第二从动轴，19、第二从动轴的齿轮，20、第一从动轴的小齿轮，21、第一从动轴，22、第一从动轴的大齿轮，23、主动轴齿轮，24、主动轴，25、驱动电机，26、26′、第二从动轴的一对轴承，27、27′、第一从动轴的一对轴承，28、止水橡皮，29、固定圆盘，30、平衡圆盘，31、33、固定轴承块，32、电机平台，34、驱动电机的电源线。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图2，本实施例给出一种主动控制水库取水口取水界限的装置结构，包括设置在取水口1两侧的可开启和闭合的钢化玻璃导流门2，该钢化玻璃导流门上安装有水流推进器，水流推进器由小型电机3、叶轮叶片4、叶轮转动轴5、小型电机架子6、小型电机电源线7组成。该钢化玻璃导流门2和取水塔体15的连接方式为轴承连接；钢化玻璃导流门2两侧的圆柱体与轴承14相连。在钢化玻璃导流门2一侧，有一对支架5，该支架5通过膨胀螺栓16固定在塔体15上；在支架12上安装驱动箱16，驱动箱16通过螺栓17固定在支架16上。驱动箱16里内置有主动轴及其配套齿轮、两套从动轴及其配套齿轮、轴承、驱动电机25及电机安置平台。驱动箱16一侧有与传动机构连接的旋杆10，吊柄9和导流门2上的固定块8以可转动连接的方式连接，旋杆10和吊柄9同样也以可转动连接的方式连接。

水流推进器的结构设计如图3所示，小型电机架子6固定在取水塔体2上，从小型电机3里伸出的叶轮转动轴5连接可旋转的叶轮。

驱动箱13的结构设计如图5所示，旋杆10套在第二从动轴18上，用螺母11固定，由第二从动轴18带动旋杆10转动。第二从动轴18在一对轴承（26、26＇）间旋转。

第一从动轴21在第一从动轴的一对轴承（27、27＇）间旋转。第二从动轴的齿轮19与第一从动轴的小齿轮20啮合；第一从动轴的大齿轮22与主动轴齿轮23啮合。主动轴24与驱动电机25相连。驱动箱16内的传动，带动旋杆10及吊柄9。

本发明的主动控制水库取水口取水界限的装置，其工作原理参照图1所示，图1展示的某一水层取水口的四种工况。本实施例现以这四种工况为例，扼要介绍该装置的工作原理。

本装置在取水口1上下两侧各有一套主动控制水库取水口取水界限的装置。图1（a）显示的是上侧的装置呈全开状态，下侧的装置是全闭状态，上侧水流推进器反转工作，下侧水流推进器关闭。此时取水口1上边的钢化玻璃导流门2可以阻挡一部分上层进水，水流推进器的推水作用进而强化了导流门的挡水，在规避一部分离取水口较近的水同时又会加强远端水层的水进入取水层。

图1（b）显示的是上侧的装置呈全开状态，下侧的装置是全闭状态，上侧水流推进器正转工作，下侧水流推进器关闭。水流推进器在正转工作时，主动抽取上层的进水。此时，钢化玻璃导流门2的挡水功能较弱，主动进水功能较强。

图1（c）显示的是上侧的装置呈全闭状态，下侧的装置是全开状态，上侧水流推进器关闭，下侧水流推进器反转工作。此时取水口1上边的钢化玻璃导流门2可以阻挡一部分下层进水，水流推进器的推水作用进而强化了导流门的挡水，在规避一部分离取水口较近的水同时又会加强远端水层的水进去取水层。下侧水流推进器正转工作时，钢化玻璃导流门2的挡水功能较弱，主动进水功能较强。

图1（d）显示的是上侧的装置呈全开状态，下侧的装置是全开状态，上侧水流推进器反转工作，下侧水流推进器反转工作。此时取水口1上边和下边的钢化玻璃导流门2阻挡进水，导流门上的水流推进器的推水作用也加强了导流门的挡水。

水流推进器反转时，主动推水能力较强；水流推进器发转时，主动进水能力较强。

本发明的主动控制水库取水口取水界限的装置的操作步骤分为四部分，具体如下：

1、驱动电机的实现方式。该装置采用两套驱动箱13，驱动电机25可以实现正反转，驱动电机25的电机电源线34外延伸到地面控制室，由综合控制室进行开启或关闭的控制，以此来实现控制钢化玻璃导流门2的开启与关闭。

2、驱动箱的传动过程如图5所示。驱动电机25开启后，驱动电机25带动主动轴24转动进而带动主动轴齿轮23转动；主动轴齿轮23与第一从动轴的大齿轮22啮合，带动第一从动轴的大齿轮22转动；第一从动轴的大齿轮22经第一从动轴21传动，带动第一从动轴的小齿轮20转动；第一从动轴的小齿轮20与第二从动轴的齿轮19啮合，带动第二从动轴齿轮19转动，第二从动轴的齿轮19带动第二从动轴18转动，进而带动旋杆10。

3、导流门2的工作过程如图2所示，旋杆10由第二从动轴18带动，驱动电机25开启，经驱动箱13里的轴传动使得第二从动轴18转动，第二从动轴18带动旋杆10旋转；旋杆10与吊柄9相连接，旋转的旋杆4拉动吊柄9，进而达到最终目的开启或关闭钢化玻璃导流门2。

4、水流推进器的工作过程如图3所示，小型电机架子6将水流推进器固定在钢化玻璃导流门2上。小型电机电源线7接通电源，小型电机3开启。小型电机3运作，带动叶轮转动轴5转动；叶轮转动轴5带动叶轮旋转。这样水流推进器被打开，开始工作。水流推进器正转，主动进水；水流推进器反转，主动推水。

Claims

1.一种主动控制水库取水口取水界限的装置，包括设置在取水口（1）的可开启和闭合的导流门（2），在导流门（2）上设有固定块（8），该导流门（2）通过轴承（14）固定在塔体（15）上；其特征在于，在导流门（2）内部镶嵌有水流推进器，水流推进器通过支架（6）固定在导流门（2）上，所述的水流推进器由小型电机（3）、叶轮叶片（4）、叶轮转动轴（5）、小型电机架子（6）、小型电机电源线（7）组成；在导流门（2）开启的情况下，水流推进器反转，主动推水；水流推进器正转，主动进水；在导流门（2）一侧固定有一对支架（12），所述的一对支架（12）也固定在塔体（15）上；在一对支架（12）上各固定安装有驱动箱（13）；驱动箱（13）内有驱动电机（25）和传动机构，驱动箱（13）一侧与传动机构连接的旋杆（10）上可转动连接有吊柄（9），吊柄（9）和固定块（8）以可转动连接的方式相连接，驱动电机的电源线（34）伸出水面接到控制室内，对驱动电机（25）进行控制。

2.如权利要求1所述的主动控制水库取水口取水界限的装置，其特征在于，所述的导流门（2）采用钢化玻璃制作。