CN105603947B - 底轴旋转式水流控制堰 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底轴旋转式水流控制堰，属于灌溉技术领域。该水流控制堰包括防水控制箱、闸板、门型闸框、调节丝杠、万向螺母、活页，且防水控制箱内设置有电连接的电源和电动机。防水控制箱固定在门型闸框顶部，门型闸框下端固定在水渠两侧的渠堤上；闸板底部通过活页与门型闸框的底部可转动连接，万向螺母设在闸板顶部两侧，调节丝杠上端与电动机连接，下端与万向螺母螺纹连接；电动机驱动调节丝杠在万向螺母中旋转，带动闸板以门型闸框的底部为轴在0°‑90°之间转动；当闸板转动至竖直状态时，闸板与门型闸框的底部、左侧壁和右侧壁密封接触；当闸板转动至水平状态时，闸板平放于所述水渠的渠底。该水流控制堰可实现堰高可调节。

Description

底轴旋转式水流控制堰

技术领域

本发明涉及灌溉技术领域，特别涉及一种底轴旋转式水流控制堰。

背景技术

在水渠灌溉的过程中，通常采用闸门以堰流或者孔流方式进行泄水，而在泄水时，对于灌溉分水口而言，不仅期望来自干支渠的上游来水的水位尽可能保持稳定，还期望去往支斗渠的下游配水的流量尽可能稳定。基于堰流和孔流的流量公式可知，当上游来水的流量增加1倍时，堰前的水位只增加0.6倍，而闸前水位则需增加3倍。由此可见，堰流具有良好的稳定水位的功能，而孔流具有良好的稳定流量的功能。因此，为了保证上游来水的水位以及下游配水的流量尽可能稳定，理想的配置是节制闸采用堰流方式，而配水闸采用孔流方式。

然而，传统的堰多为固定在水渠或者河道中的泄水建筑物，其堰顶的高度一般为固定不变的，如此难以确保上游来水水位的稳定。

基于上述，提供一种可调节顶面高度(简称堰高)的堰，对于稳定来自干支渠的上游来水的水位，以及稳定去往支斗渠的下游配水的流量具有十分重要的意义。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种可调节堰高的底轴旋转式水流控制堰。具体技术方案如下：

一种底轴旋转式水流控制堰，包括：防水控制箱、闸板、门型闸框、2个调节丝杠、2个万向螺母、活页，所述防水控制箱内设置有电连接的电源和电动机；

所述防水控制箱固定在所述门型闸框的顶部，所述门型闸框的下端固定在水渠两侧的渠堤上；所述闸板的底部通过所述活页与所述门型闸框的底部可转动连接，所述万向螺母设置在所述闸板的顶部两侧，所述调节丝杠的上端与所述电动机连接，下端与所述万向螺母螺纹连接；

所述电动机驱动所述调节丝杠在所述万向螺母中旋转，进而带动所述闸板以所述门型闸框的底部为轴在180°-90°之间转动，当所述闸板转动至竖直状态时，所述闸板与所述门型闸框的底部、左侧壁和右侧壁密封接触，使水流被完全切断；当所述闸板转动至水平状态时，所述闸板平放于所述水渠的渠底。

具体地，作为优选，所述底轴旋转式水流控制堰还包括：与所述电源电连接的太阳能板。

具体地，作为优选，所述防水控制箱还包括：箱体、设置在所述箱体内且与所述电源电连接的多模式闸板控制器、闸板开度仪、通讯模块，以及设置在所述箱体内且与所述电动机电连接的同步器、与所述同步器电连接的蜗轮蜗杆减速器；

所述多模式闸板控制器内置控制软件、数据采集软件、数据计算软件，用于控制所述电动机的运行，进而控制所述闸板的运动；

所述闸板开度仪用于获取所述闸板的位置信息，并通过数据线传输至所述多模式闸板控制器进行计算，并根据计算结果控制所述闸板的开度；

所述通讯模块用于与外界终端设备电连接，用于数据通信；

所述同步器用于将所述电动机的驱动力同步地传递至所述蜗轮蜗杆减速器；

所述蜗轮蜗杆减速器用于驱动所述调节丝杠在所述万向螺母内旋转。

具体地，作为优选，所述底轴旋转式水流控制堰还包括：设置在所述水渠中且位于所述闸板上游的堰前水位计，所述堰前水位计与所述多模式闸板控制器电连接，用于计量堰前水位信息并传递至所述多模式闸板控制器。

具体地，作为优选，所述底轴旋转式水流控制堰还包括止水弹性件，所述止水弹性件设置在所述门型闸框的位于底部、左侧部和右侧部的内壁上。

具体地，作为优选，在所述水渠的渠底设置有与所述闸板的外轮廓结构相一致的闸板安放槽，当所述闸板转动至所述水渠的渠底时，所述闸板位于所述闸板安放槽内，且所述闸板的板面与所述水渠的渠底持平。

具体地，作为优选，所述闸板安放槽采用混凝土预制成型。

具体地，作为优选，所述防水控制箱的箱体通过不锈钢板制备得到，且各连接处采用橡胶密封。

具体地，作为优选，所述闸板为实心的不锈钢板、铝合金板或镁合金板；

所述闸板的厚度根据强度需求确定为3-10cm，高度超出水渠最大深度10-20cm。

具体地，作为优选，所述闸板表面镀有一层耐锈蚀涂层。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的具有如上结构的底轴旋转式水流控制堰，可在电动机的驱动下，使调节丝杠在万向螺母中旋转，进而带动闸板以门型闸框的底部为底轴在0°-90°之间转动。当需要完全挡水时，使闸板由下自上转动至闸板为竖直状态，即闸板与水流方向成90°夹角，使该水流控制堰处于完全关闭状态，此时闸板进入门型闸框中，并和门型闸框的底部、左侧壁和右侧壁密封接触，水渠中的水流将被完全切断；当堰顶需要溢流时，且不苛求闸板两侧精确止水时(这是因为在顶面溢流的情况下闸板两侧精确止水的实际意义不大)，使闸板自上而下转动到特定的角度以对应特定的开度，同时达到堰高可调的目的，进而实现对水流流量的调节与控制。且当闸板运动至水平状态时，闸板将平放于所述水渠的渠底，此时闸板与水流方向成0°夹角，不仅可使水渠正常输水，也便于将沉积在水渠渠底的泥沙随水流排向下游。可见，本发明实施例提供的底轴旋转式水流控制堰，对传统闸门止水理念进行了创新，基于简单的构造即可实现堰高可调节，对于稳定来自干支渠的上游来水的水位，以及稳定去往支斗渠的下游配水的流量具有重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的，当闸板处于竖直状态，即完全关闭状态时，底轴旋转式水流控制堰的结构示意图；

图2是本发明又一实施例提供的，当闸板处于转动状态时，底轴旋转式水流控制堰的结构示意图；

图3是本发明又一实施例提供的，当闸板处于水平状态时，底轴旋转式水流控制堰的结构示意图。

附图标记分别表示：

1 防水控制箱，

2 闸板，

3 门型闸框，

4 调节丝杠，

5 万向螺母，

6 活页，

7 太阳能板，

8 堰前水位计。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如附图1、附图2及附图3所示，本发明实施例提供了一种底轴旋转式水流控制堰，该底轴旋转式水流控制堰包括：防水控制箱1、闸板2、门型闸框3、2个调节丝杠4、2个万向螺母5、活页6，且防水控制箱1内设置有电连接的电源和电动机。防水控制箱1固定在门型闸框3的顶部，门型闸框3的下端固定在水渠两侧的渠堤上；闸板2的底部通过活页6与门型闸框3的底部可转动连接，万向螺母5设置在闸板2的顶部两侧，调节丝杠4的上端与电动机连接，下端与万向螺母5螺纹连接；电动机驱动调节丝杠4在万向螺母5中旋转，进而带动闸板2以门型闸框3的底部为轴在0°-90°之间转动；当闸板2转动至竖直状态时，闸板2与门型闸框3的底部、左侧壁和右侧壁密封接触，以使水流被完全切断；当闸板2转动至水平状态时，闸板2平放于所述水渠的渠底。

本发明实施例提供的具有如上结构的底轴旋转式水流控制堰，可在电动机的驱动下，使调节丝杠4在万向螺母5中旋转，进而带动闸板2以门型闸框3的底部为底轴在0°-90°之间转动。当需要完全挡水时，使闸板2由下自上转动至闸板2为竖直状态，即闸板2与水流方向成90°夹角，使该水流控制堰处于完全关闭状态，此时闸板2进入门型闸框3中，并和门型闸框3的底部、左侧壁和右侧壁密封接触，水渠中的水流将被该水流控制堰的完全切断，如附图1所示。当堰顶需要溢流时，且不苛求闸板2两侧精确止水时(这是因为在顶面溢流的情况下闸板2两侧精确止水的实际意义不大)，此时通过实际挡水需求，使闸板2自上而下转动特定的角度以对应特定的开度，同时达到堰高可调的目的，进而实现对水流流量的调节与控制，如附图2所示。且当闸板2运动至水平状态时，闸板2将平放于所述水渠的渠底，此时闸板2与水流方向成0°夹角，如附图3所示，此时不仅可使水渠正常输水，也便于将沉积在水渠渠底的泥沙随水流排向下游。可见，本发明实施例提供的底轴旋转式水流控制堰，对传统闸门止水理念进行了创新，基于简单的构造即可实现堰高可调节，对于稳定来自干支渠的上游来水的水位，以及稳定去往支斗渠的下游配水的流量具有重要的意义。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所述的万向螺母5为本领域现有技术，该万向螺母5能够保证调节丝杠4在其中转动，同时还可驱使闸板2以门型闸框3的底部为底轴在0°-90°之间转动。在本发明实施例中，将闸板2位于水平状态时，闸板2和水流方向之间的夹角定义为0°，此时水渠可正常输水；当闸板2位于竖直状态时，闸板2和水流方向之间的夹角定义为90°，此时，水流被完全切断。其中，为了使闸板2稳定转动，可以使用2个合页设置在闸板2的底部两侧，具体地，合页的一个页片固定在闸板2的底部，而另一个页片固定在门型闸框3的底部。

进一步地，本发明实施例中，该底轴旋转式水流控制堰还包括：与电源电连接的太阳能板7，通过使用太阳能板7对电源，例如蓄电池进行供电，保证该底轴旋转式水流控制堰的运行能耗更低。可以理解的是，该电源还可以为交流电，以使供电方式多样化，提高该底轴旋转式水流控制堰的适应性。

作为优选，本发明实施例提供的防水控制箱1还包括：箱体、设置在箱体内且与电源电连接的多模式闸板控制器、闸板开度仪、通讯模块，以及设置在箱体内且与电动机电连接的同步器、与同步器电连接的蜗轮蜗杆减速器。

多模式闸板控制器内置控制软件、数据采集软件、数据计算软件，用于控制电动机的运行，进而控制闸板2的运动；闸板开度仪用于获取闸板2的位置信息，并通过数据线传输至多模式闸板控制器进行计算，并根据计算结果控制闸板2的开度；通讯模块用于与外界终端设备电连接，用于数据通信；同步器用于将电动机的驱动力同步地传递至蜗轮蜗杆减速器；蜗轮蜗杆减速器用于驱动调节丝杠4在万向螺母5内旋转。

一方面，本发明实施例通过采用如上所述的防水控制箱1以实现对闸板2运行过程的智能化控制。具体地，箱体内的电源、电动机、多模式闸板控制器、闸板开度仪、通讯模块的连接关系及作用原理如下：电源用于对电动机、多模式闸板控制器、闸板开度仪以及通讯模块提供电能；多模式闸板控制器内置控制软件、数据采集软件、数据计算软件，其中，数据计算软件用于实时采集水位信息，数据计算软件用于对采集到的水位信息进行处理，并确定是否转动闸板2以及闸板2的开度(即堰高)，同时将该确定结果传递至控制软件，控制软件发出指令来进而通过电动机来控制闸板2的运行。闸板开度仪用于获取闸板2的开度信息，并通过数据线将该开度信息传输至多模式闸板控制器中，利用数据计算软件进行计算，控制软件将根据计算结果控制闸板2运动过程；通讯模块用于与外界终端设备电连接，用于数据通信，还可实现对闸板2的实时远程控制。可见，本发明实施例将电动机、同步器、蜗轮蜗杆减速器、电源、多模式闸板控制器、闸板开度仪以及通讯模块集成组合在防水控制箱1内，实现了闸门的机电一体化，，使得该闸门具有测控一体的特点，不仅简化了该闸门的安装使用难度，且提高了该闸门的可控性。

另一方面，本发明实施例通过使用同步器将电动机的驱动力同步地传动至蜗轮蜗杆减速器，实现一级减速，即谐波减速，通过蜗轮蜗杆减速器驱动调节丝杠4在万向螺母5内旋转，实现二级减速，通过调节丝杠4在万向螺母5中进行多方向的螺旋运动，以带动闸板2以门型闸框3的底部为底轴进行转动，进而实现堰高的可调。可见，本发明实施例提供的太阳能闸门，通过采用太阳能板7对电源供电，并配合同步器和蜗轮蜗杆减速器将部分速度转换成调节丝杠4旋转的动力，使得采用小功率的电动机即可驱动闸板2转动，实现堰高可调，其能耗低，便于规模化推广应用。

进一步地，本发明实施例提供的底轴旋转式水流控制堰中，电动机与同步器之间、同步器与蜗轮蜗杆减速器之间、蜗轮蜗杆减速器与传动螺杆之间、调节丝杠4与万向螺母5之间的连接均为刚性连接，亦即电动机刚性驱动同步器进行一级减速，同步器刚性驱动蜗轮蜗杆减速器进行二级减速，蜗轮蜗杆减速器刚性驱动调节丝杠4在万向螺母5内进行多向转动，进而反向地刚性驱动闸板2的转动，如此设置能够避免采用皮带等方式驱动下的打滑而造成的闸门控制精度降低，保证了本发明实施例的太阳能闸门具有良好的控制精度。

显而易见地，本发明实施例提供的防水控制箱1的箱体应当具有良好的防水功能，以对箱体内的各部件进行防护。具体地，其防水功能可通过如下方式实现：使用不锈钢板来制备该箱体，且保证各连接处采用橡胶密封，如此不仅能实现其防水功能且保证其使用寿命。其中，防水控制箱1的箱体的形状可以设置成长方体形、正方体形、圆筒形等多种可适应水渠环境的结构，优选为长方体形结构。进一步地作为优选，该箱体可以包括一体成型的下腔体和与该下腔体配合的上盖体，其中上盖体与下腔体设置为可开合式，以方便对箱体内的各部件进行检修。在此基础上，本发明实施例可以在防水控制箱1的箱体的一个侧面设置百叶窗，并在该百叶窗上由外至内依次设置有200-400目的无纺滤布和120-200目的不锈钢丝网，组成过滤防尘防潮结构。作为优选，无纺滤布的目数可以为200目，而不锈钢丝网的目数为120目，如此设置，以保证防水控制箱1在野外恶劣的环境下长时间处于正常工作状态，即保证其内各部件的使用安全性，为该太阳能闸门的安全稳定运行提供了保障。

进一步地，本发明实施例提供的底轴旋转式水流控制堰还包括：设置在水渠中且位于闸板2上游的堰前水位计8，堰前水位计8与多模式闸板控制器电连接，用于计量堰前水位信息并传递至多模式闸板控制器进行分析与计算。通过如上设置，可对堰前水位进行实时计算，进而计算得到过堰流量，并根据实际过堰流量和预定的过堰流量来控制该闸门的运行。

进一步地，本发明实施例提供的底轴旋转式水流控制堰还包括：止水弹性件，止水弹性件设置在门型闸框3的位于底部、左侧部和右侧部的内壁上，如此设置，可使闸板2完全进入门型闸框3中时，其与门型闸框3之间密封接触，从而实现完全挡水。举例来说，止水弹性件可以选用诸如橡胶类等弹性材料，其结构优选与门型闸框3的内轮廓结构保持一致，通过如上设置，有效解决了转动式结构多位置全程止水的问题。此外，可以理解的是，门型闸框3指的是具有门型外轮廓的框架，该框架优选为不锈钢材质。

进一步地，本发明实施例提供的底轴旋转式水流控制堰中，在水渠的渠底设置有与闸板2的外轮廓结构相一致的闸板安放槽，当闸板2转动至水渠的渠底时，闸板2位于闸板安放槽内，且闸板2的板面与水渠的渠底持平。如此设置，不仅不会对水渠的正常输水造成影响，且便于将渠底沉积的泥沙随水流排向下游，解决了传统堰或者闸所产生的泥沙淤积问题。其中，该闸板安放槽优选采用混凝土预制成型。

作为优选，本发明实施例提供的底轴旋转式水流控制堰中，闸板2为实心的不锈钢板、铝合金板或镁合金板；闸板2的厚度根据强度需求确定为3-10cm，高度超出水渠最大深度10-20cm。

由于闸板2所承受的水流强度较大，所以闸板2的强度需要足够强，以提高其耐水流冲击的能力，同时由于来水中含有杂质，为了避免对闸板2造成锈蚀，闸板2还应具有优良的耐锈蚀性能，此外，由于闸板2需要转动，所以闸板2的重量又要尽可能地轻。所以，本发明实施例中，闸板2的材质优选高强度且轻量化的材料，例如IF钢、DP双相钢、TRIP钢和热成形钢等不锈钢等，更优选采用实心的不锈钢板。进一步地，在实心的不锈钢板上镀一层诸如锌层之类的耐锈蚀涂层，以提高闸板2的防锈性能，进而提高闸板2的使用寿命。举例来说，本发明实施例中，闸板2可以通过如下方式制备得到：首先对不锈钢板进行切割下料、铣床、整平等预处理，以获得合适大小和形状的闸板2本体，同时保证闸板2的加工精度和表面平整度，然后对预处理后的不锈钢板进行表面镀锌处理。该镀锌过程如下所示：将预处理后的不锈钢板在酸液中浸泡进行除锈，随后采用热水冲洗干净，最后放入镀锌槽进行镀锌处理，其中控制不锈钢板的温度与镀锌槽中锌液的温度一致来进行镀锌操作。通过如上操作，还可保证闸板2与闸板2滑槽之间紧密接触，且方便安装。

本发明实施例中，将调节丝杠4和万向螺母5均设置为对应的2个，且2个万向螺母5位于闸板2上端的两侧，如此能够避免在闸板2中部使用单个的调节丝杠4进行驱动而造成的闸板2倾斜或卡槽等问题，更利于闸板2起降的安全性、稳定性、精准性及可控性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种底轴旋转式水流控制堰，包括：防水控制箱(1)、闸板(2)、门型闸框(3)、2个调节丝杠(4)、2个万向螺母(5)、活页(6)，所述防水控制箱(1)内设置有电连接的电源和电动机；

所述防水控制箱(1)固定在所述门型闸框(3)的顶部，所述门型闸框(3)的下端固定在水渠两侧的渠堤上；所述闸板(2)的底部通过所述活页(6)与所述门型闸框(3)的底部可转动连接，所述万向螺母(5)设置在所述闸板(2)的顶部两侧，所述调节丝杠(4)的上端与所述电动机连接，下端与所述万向螺母(5)螺纹连接；

所述电动机驱动所述调节丝杠(4)在所述万向螺母(5)中旋转，进而带动所述闸板(2)以所述门型闸框(3)的底部为轴在0°-90°之间转动；当所述闸板(2)转动至竖直状态时，所述闸板(2)与所述门型闸框(3)的底部、左侧壁和右侧壁密封接触，使水流被完全切断；当所述闸板(2)转动至水平状态时，所述闸板(2)平放于所述水渠的渠底；

所述防水控制箱(1)还包括：箱体、设置在所述箱体内且与所述电源电连接的多模式闸板控制器、闸板开度仪、通讯模块，以及设置在所述箱体内且与所述电动机电连接的同步器、与所述同步器电连接的蜗轮蜗杆减速器；

所述多模式闸板控制器内置控制软件、数据采集软件、数据计算软件，用于控制所述电动机的运行，进而控制所述闸板(2)的运动；

所述闸板开度仪用于获取所述闸板(2)的位置信息，并通过数据线传输至所述多模式闸板控制器进行计算，并根据计算结果控制所述闸板(2)的开度；

所述通讯模块用于与外界终端设备电连接，用于数据通信；

所述同步器用于将所述电动机的驱动力同步地传递至所述蜗轮蜗杆减速器；

所述蜗轮蜗杆减速器用于驱动所述调节丝杠(4)在所述万向螺母(5)内旋转。

2.根据权利要求1所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，所述底轴旋转式水流控制堰还包括：与所述电源电连接的太阳能板(7)。

3.根据权利要求1所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，所述底轴旋转式水流控制堰还包括：设置在所述水渠中且位于所述闸板(2)上游的堰前水位计(8)，所述堰前水位计(8)与所述多模式闸板控制器电连接，用于计量堰前水位信息并传递至所述多模式闸板控制器。

4.根据权利要求1所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，所述底轴旋转式水流控制堰还包括：止水弹性件，所述止水弹性件设置在所述门型闸框(3)位于底部、左侧部和右侧部的内壁上。

5.根据权利要求1所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，在所述水渠的渠底设置有与所述闸板(2)的外轮廓结构相一致的闸板安放槽，当所述闸板(2)转动至所述水渠的渠底时，所述闸板(2)位于所述闸板安放槽内，且所述闸板(2)的板面与所述水渠的渠底持平。

6.根据权利要求5所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，所述闸板安放槽采用混凝土预制成型。

7.根据权利要求1所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，所述防水控制箱(1)的箱体通过不锈钢板制备得到，且各连接处采用橡胶密封。

8.根据权利要求1所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，所述闸板(2)为实心的不锈钢板、铝合金板或镁合金板；

所述闸板(2)的厚度根据强度需求确定为3-10cm，高度超出水渠最大深度10-20cm。

9.根据权利要求8所述的底轴旋转式水流控制堰，其特征在于，所述闸板(2)表面镀有一层耐锈蚀涂层。