CN104404937A - 一种不耗水节能船闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不耗水节能船闸装置，包括设置在闸室两端的上下游闸门、设置在闸室内的闸坞和带动闸坞升降的杠杆组件，所述闸坞为两端分别设有闸坞门的长槽形结构，杠杆组件包括设置在固定位置上的支撑座和中部铰接在支撑座上的平衡杆，平衡杆的延伸方向垂直于所述长槽形闸坞的延伸方向，平衡杆的一端与闸坞之间通过起吊缆绳连接在一起，平衡杆的另一端上悬吊有配重块。本发明在运行过程中，闸坞内水位保持不变，利用杠杆原理使闸坞实现整体升降，从而使闸坞内的水位与上游或下游水位持平，因此运行过程中不需要泄水，大大节约了水资源。通过改变配重块产生的力矩使闸坞实现整体升降，这样就不需要其它动力装置使闸坞升降，达到节能的目的。

Description

一种不耗水节能船闸装置

技术领域

本发明涉及一种水利枢纽中供船舶通行的水工建筑物，具体的说是涉及一种不耗水节能船闸装置装置，属于船闸运行技术领域。

背景技术

利用河水灌溉或者进行水力发电时，需要在河流上修建拦河坝，用以提高水位。因此，河水被大坝隔断，上下游的水位差较大，导致船舶无法通过。于是需要在大坝的旁边修建船闸，供船舶通行。船闸主要由闸室及上下游闸首所组成，闸室的两端设置闸门，用以与上下游隔开。当船由上游向下游下行时，先将闸室充水，待闸室内水位与上游相平时，将上游闸门开启，让船只进入闸室，随即关闭上游的闸门，再将闸室放水，待闸室内水位降至与下游水位相平时，将下游闸门开启，船只即可出闸。上行时与上述过程相反。现有技术的这种船闸运行的示意图如图1、图2和图3所示，图中1是上游闸首，2是下游闸首，3是闸室。

船闸运行分以下步骤：

1.上游闸门关闭，下游闸门打开，闸室内水位与下游齐平，闸室内部和下游的水体形成一体，下游过闸船舶从下游引航道驶入闸室，关闭下游闸门。此时上游、闸室和下游的水体被隔离，形成三个不连续的水体。此时闸室内的水位与下游水位相同。

2.利用水的自重把上游的水下泄进闸室，使闸室内的水位与上游齐平，打开上游闸门，闸室内部和上游的水体形成一体，闸室内船舶驶离闸室，进入上游引航道；上游过闸船舶从上游引航道驶入闸室，再关闭上游闸门。此时上游、闸室和下游的水体再一次被隔离，形成三个不连续的水体。此时闸室内的水位与上游水位相同。

3.利用水的自重把闸室内的水下泄到下游引航道，使闸室内的水位与下游齐平，打开下游闸门，闸室内部和下游的水体形成一体，闸室内船舶驶离闸室，进入下游引航道。

船只通过大坝时，船闸运行按照上述步骤循环运行。

现有技术这种船闸循环运行的要点就是把上游、闸室和下游三部分水体能够隔离。闸室内的水位与下游齐平时，船舶可以在闸室内和下游自由通行；闸室内的水位与上游齐平时，船舶可以在闸室内和上游自由通行。为了完成一个循环运行，必须使闸室内的水位时而与上游齐平，时而与下游齐平。目前船闸采用的是利用水体自重下泄水体，来完成一个循环运行。因此造成船闸泄水。

目前的船闸运行造成水资源和能源的极大损失。以平原地区船闸为例：平原地区船闸上下游水位差一般在2米至7米。船闸上下行通行一次船舶，就会下泄一部分水。以闸室尺寸长230米、宽20米，上下游工作水位差3米的船闸为例：上下行通行一次船舶下泄的水量为230米×20米×3米=1.38万立方米，一天上下行通行35次，下泄的水量为48.3万立方米，一年下泄的水量达1.7亿立方米。上游的水有的通过上游水源地自然补充，许多需要通过翻水设施从下游提升补充到上游。如京杭运河，属于南水北调东线的输水廊道，需要从下游逐级提水到上游。

发明内容

为解决现有技术的船闸运行需要泄水导致水资源和能源损失的技术问题，本发明的目的在于提供一种不耗水节能船闸装置。

本发明采用如下技术方案：一种不耗水节能船闸装置，其包括设置在闸室两端的上游闸首和下游闸首，所述不耗水节能船闸装置还包括设置在闸室内的闸坞和带动闸坞升降的杠杆组件，所述闸坞为两端分别设有闸坞门的长槽形结构，所述杠杆组件包括设置在固定位置上的支撑座和中部铰接在支撑座上的平衡杆，所述平衡杆的延伸方向垂直于所述长槽形闸坞的延伸方向，所述平衡杆的一端与闸坞之间通过起吊缆绳连接在一起，平衡杆的另一端上悬吊有配重块。

所述闸坞两端的外壁面分别滑动贴合在上游闸首和下游闸首内。

所述上游闸首和下游闸首上与闸坞接触的部位设有竖直延伸的轨道，所述闸坞的两端具有在所述轨道内滑动的滑动配合部。

所述上游闸首和下游闸首上分别设有限位块，所述闸坞两端的外壁上分别设有与所述限位块挡止配合的挡块，上游闸首和下游闸首上限位块的上端面分别与上游水位和下游水位持平，所述挡块的下端面与闸坞内的水位持平。

所述平衡杆悬吊有配重块的一端上设有沿平衡杆延伸方向来回移动的移动行车，移动行车上悬吊有吊篮，所述配重块放置在所述吊篮内。

所述杠杆组件的数量至少为两个。

本发明的有益效果是：本发明在运行过程中，利用杠杆原理使闸坞实现整体升降，从而使闸坞内的水位与上游或下游水位持平，这样就能使上、下游引航道内的船舶进入到闸坞中，或者闸坞中船舶进入到上、下游引航道内，因此船闸运行过程中不需要泄水，大大节约了水资源。由于闸坞和配重块分别悬吊在在平衡杆两端，配重块的势能可以转化为闸坞升降的动能，通过改变配重块产生的力矩就能使闸坞实现整体升降，来满足闸室内水位的变化，这样就不需要其它动力装置使闸坞升降，达到节能的目的。本发明不需要泄水，也不需要专门的动力装置提升闸坞，因此不会造成水资源和能源浪费。

进一步的，闸坞两端的外壁面分别滑动贴合在上游闸首和下游闸首内，防止闸坞升降时偏移和歪斜。

进一步的，上游闸首和下游闸首内的轨道对闸坞的升降进行限位，防止闸坞在升降过程中偏移。

进一步的，移动行车可以带动配重块来回移动，从而使配重块产生的力矩发生改变，从而就能使闸坞实现升降。

进一步的，多个杠杆组件能更加容易的将闸坞提升提来，而且多个杠杆组件组件还能使闸坞受力更加均匀，防止闸坞在升降过程中发生歪斜。

附图说明

图1是现有技术船闸运行的示意图（闸室低水位）；

图2是现有技术船闸运行的示意图（闸室高水位）；

图3是现有技术闸室的剖面图；

图4是本发明一种实施例的俯视图；

图5是图4中杠杆组件的结构示意图；

图6是上下游闸首和闸坞结合部位的放大视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种具体的实施例如图4至图6所示，本实施例的不耗水节能船闸装置包括设置在闸室两端的上游闸首1和下游闸首2、设置在闸室内的闸坞4和带动闸坞升降的杠杆组件，上游闸首1和下游闸首2处分别设有上游闸门和下游闸门，所述闸坞4为两端分别设有闸坞门的长槽形结构，闸坞4两端的外壁面分别滑动装配在上游闸首1和下游闸首2内，为了对闸坞4的升降进行导向，本实施例上游闸首和下游闸首上与闸坞接触的部位设置竖直延伸的轨道，闸坞的两端设有在轨道内滑动的滑动配合部。由于上游闸门和下游闸以及轨道等结构比较简单，附图中均未显示。

本实施例的杠杆组件共有十个，各个杠杆组件分别包括设置在固定位置上的支撑座6和中部铰接在支撑座6上的平衡杆5，所述平衡杆5的延伸方向垂直于所述长槽形闸坞4的延伸方向，所述平衡杆5的一端与闸坞之间通过起吊缆绳10连接在一起，平衡杆5的另一端上悬吊有配重块7，平衡杆5悬吊有配重块的一端上设有沿平衡杆延伸方向来回移动的移动行车9，移动行车9上悬吊有吊篮8，所述配重块7放置在所述吊篮8内。配重块8的势能可以转化为闸坞4升降的动能，利用配重块能使闸坞基本保持平衡，本实施例通过改变移动行车在平衡杆位置使配重块产生的力矩发生改变，从而闸坞实现升降。

如图6所示所述上游闸首1和下游闸首2上分别设有限位块11，所述闸坞4两端的外壁上分别设有与所述限位块挡止配合的挡块12，上游闸首1和下游闸首2上限位块的上端面分别与上游水位和下游水位持平，所述挡块12的下端面与闸坞内的水位持平。

本实施例的运行过程按照以下步骤进行：

1.利用移动行车调节配重块在平衡杆上的位置使闸坞升降，直至闸坞内的水位与下游齐平，闸坞一端的挡块与下游闸首上的限位块挡止配合，此时利用行程控制装置作出的提示，闸坞在此位置锁紧固定。打开下游闸门和靠近下游处的闸坞门，闸坞内的船舶离开闸坞驶入下游引航道，下游引航道内的船舶也可也以上行进入闸坞，然后关闭下游闸门和靠近下游处的闸坞门。此时闸室内水位也就是闸坞内水位与下游水位引航道水位齐平，上下游处的闸坞门和闸门全部关闭。

2、打开闸坞和下游闸首的固定装置，使闸坞和下游闸首分离。把配重块往远离闸坞的方向稍作移动，增大配重块的力臂，使配重块产生的力矩大于闸坞的力矩，载着水体和过闸船舶的闸坞便会沿着上、下游闸首壁面缓慢往上提升，直到闸坞内水位与上游引航道水位齐平。

3、闸坞另一端的挡块与下游闸首上的限位块挡止配合，利用行程控制装置作出的提示，闸坞在此位置锁紧固定。打开上游闸门和靠近上游处的闸坞门，闸坞内部水体和上游引航道的水体形成一体，也就是闸坞内水位与下游水位引航道水位齐平，此时闸室内船舶驶离闸室进入上游引航道，上游过闸船舶也可以从上游引航道驶入闸室，然后再关闭上游闸室门和上游闸坞门。

4、打开闸坞和上游闸首的固定装置，使闸坞和上游闸首分离。把配重块往靠近闸坞的方向稍作移动，减小配重块的力臂，使配重块产生的力矩小于闸坞的力矩，载着水体和过闸船舶的船坞便会沿着上、下游闸首壁面缓慢往下降落，直到闸坞内水位与下游引航道水位齐平。

5、闸坞一端的挡块与下游闸首上的限位块挡止配合，此时利用行程控制装置作出的提示，闸坞在此位置锁紧固定。打开下游闸门和靠近下游处的闸坞门，闸坞内的船舶离开闸坞驶入下游引航道，下游引航道内的船舶也可也以上行进入闸坞，然后关闭下游闸门和靠近下游处的闸坞门。此时闸室内水位也就是闸坞内水位与下游水位引航道水位齐平，上下游处的闸坞门和闸门全部关闭。

如此完成了一个流程。船只通过大坝时，船闸运行按照上述步骤循环运行。

本实施例在运行过程中，需要保证靠近上游的闸坞门和上游闸门之间必须密闭，不能漏水，闸坞内的水位始终保持不变，利用杠杆原理使闸坞实现整体升降，从而使闸坞内的水位与上游或下游水位持平，因此船闸运行过程中不需要泄水，大大节约了水资源。由于闸坞和配重块分别悬吊在在平衡杆两端，配重块的势能可以转化为闸坞升降的动能，通过改变配重块产生的力矩使闸坞实现整体升降，来满足闸室内水位的变化，这样就不需要其它动力装置使闸坞升降，达到节能的目的。

在具体实施时，以长230米、宽20米、水深4米的闸室，闸室里停留5艘1000吨级的满载船为例：闸室内水体重量18400吨，闸坞体自重7000吨，闸坞内过闸船舶的重量6000吨，合计31400吨。

为了以最低的能耗提升闸坞，设置杠杆组件，各平衡杆两端的闸坞和配重保持极限平衡，即闸坞产生的力矩要和配重产生的力矩相同，才能保证闸坞和配重保持平衡。闸坞提升和下落时，通过平衡杆上的移动行车的来回移动，改变力矩，达到闸坞提升和下落的目的。采用N个杠杆组件，提升三万多吨的闸坞，每个平衡杆平均提升N分之一的重量。

本实施例用在已经建成使用的船闸上，需要对已经建成使用的船闸进行改造，改造过程如下：

在闸室内用钢板建造一个闸坞，两端分别设置上吊式闸坞门，闸坞外壁紧贴上下闸首壁面，闸坞外壁和上下闸首壁面用轨道相隔，闸坞可沿着船闸壁上下滑动。

闸室旁边平行建造若干个杠杆组件，平衡杆的一端用起吊缆绳连接闸坞，平衡杆的另一端安装配重吊篮和配重块，使平衡杆两端基本保持平衡。

本发明既可以用在已经建成使用的船闸上，还可以用在新建的船闸上。新建的船闸比改造的船闸更加方便，造价也低，闸室的建设不需要像建设普通船闸那样精细，只要在闸坞外用钢板桩等材料围一个闸室即可。

上述实施例为一种优选的实施例，在本发明其它的实施例中，可以将配重块的重量改变使配重块产生的力矩改变，从而使闸坞实现整体升价，此时则就不需要再平衡杆上设置移动行车。

在本发明其它的实施例中，杠杆组件的数量可以根据闸室的重量、长度等参数设定，平衡杆的数量可以是两个或两个以上的任意值。

在本发明其它的实施例中，还可以将闸坞两端的壁面上安装轨道、同时在上下闸首上设置装配在轨道内滑动配合部，滑动配合部同样也能对闸坞的升降进行限位。

在本发明其它的实施例中，当闸坞升降到所需要的位置时，还可以采用缆绳等其它固定结构将闸坞锁紧，此时就不要再上游闸首和下游闸首上设置限位块，闸坞上对应的挡块也可以省去。

Claims (6)

1.一种不耗水节能船闸装置，其包括设置在闸室两端的上游闸首（1）和下游闸首（2），其特征在于：所述不耗水节能船闸装置还包括设置在闸室内的闸坞（4）和带动闸坞（4）升降的杠杆组件，所述闸坞（4）为两端分别设有闸坞门的长槽形结构，所述杠杆组件包括设置在固定位置上的支撑座（6）和中部铰接在支撑座上的平衡杆（5），所述平衡杆（5）的延伸方向垂直于所述长槽形闸坞（4）的延伸方向，所述平衡杆（5）的一端与闸坞（4）之间通过起吊缆绳（10）连接在一起，平衡杆（5）的另一端上悬吊有配重块（7）。

2.根据权利要求1所述的一种不耗水节能船闸装置，其特征在于：所述闸坞（4）两端的外壁面分别滑动贴合在上游闸首（1）和下游闸首（2）内。

3.根据权利要求1所述的一种不耗水节能船闸装置，其特征在于：所述上游闸首（1）和下游闸首（2）上与闸坞接触的部位设有竖直延伸的轨道，所述闸坞（4）的两端具有在所述轨道内滑动的滑动配合部。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种不耗水节能船闸装置，其特征在于：所述上游闸首（1）和下游闸首（2）上分别设有限位块（11），所述闸坞（4）两端的外壁上分别设有与所述限位块（11）挡止配合的挡块（12），上游闸首（1）和下游闸首（2）上限位块（11）的上端面分别与上游水位和下游水位持平，所述挡块（12）的下端面与闸坞（4）内的水位持平。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种不耗水节能船闸装置，其特征在于：所述平衡杆（5）悬吊有配重块的一端上设有沿平衡杆延伸方向来回移动的移动行车（9），移动行车（9）上悬吊有吊篮（8），所述配重块（7）放置在所述吊篮（8）内。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种不耗水节能船闸装置，其特征在于：所述杠杆组件的数量至少为两个。