CN105843265A - 一种动力机水位自动调控系统及其水位控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力机水位自动调控系统，其特征在于，包括水位监测部分结构和正反转控制部分结构，所述水位监测部分结构用于实时监测待监控水域水位，所述正反转控制部分结构用于将监测获得的水位和预设值比较，并根据比较结果当监测水位低于预设水位范围时控制动力机输出正转，当监测水位高于预设水位范围时控制动力机输出反转。还公开了一种采用了上述调控系统能够实现河道水位自动调整的水位控制方法。本发明能够自动监测水位情况并根据水位情况启动和调整动力机输出，具有自动化程度高、检测准确、反应灵敏可靠等优点。

Description

一种动力机水位自动调控系统及其水位控制方法

技术领域

本发明涉及河流治理领域中采用的自动控水丁坝系统，具体涉及一种动力机水位自动调控系统及其水位控制方法。

背景技术

丁坝是用于河流治理的水工建筑物，因为它一端与河岸相接，另一端伸到水域中，与堤岸构成“丁”字形，因此称丁坝。丁坝的主要功能为保护河岸不受来流直接冲蚀而产生淘刷破坏，同时它也在改善航道、维护河相以及保护水生态多样化等方面发挥着重要作用。国务院2014年政府工作报告中提出了“依托黄金水道、建设长江经济带”的发展战略，给我国内河航运事业发展带来了重大契机。随着内河航运事业的发展和船型尺度的加大，现有许多河段的航道条件已难以适应新形势下的船舶通行要求，迫切需要通过航道建设来提升航道等级，改善通航条件。天然河道常存在水深不足、水流流态险恶、滩险群集等碍航现象，为调整航运水深，改善通航条件，提升航道等级，提高水运经济效益，就必须对其进行整治。丁坝因具有束窄河道，壅高水位，调整局部流态，增加航运水深，改善通航条件之功用而被广泛应用于航道整治中。

现有航道整治中，丁坝多布置为固定不可动的“丁”字形建筑结构，坝根与河岸相连，坝头延伸向河心，坝轴线与来流方向正交或斜交。该形式丁坝虽具有结构简单、施工方便等优点，但也存在以下不足：(1) 河流的通航与防洪功能往往具有一定的矛盾性，丁坝壅水及束流对汛期防洪可能产生影响，同时丁坝结构也易受到洪水冲刷破坏。(2) 丁坝为固定建筑结构，对水位调节功能较为有限，缺乏自适应调节能力，无法根据来流量大小进行适用性水位调节。

为了解决上述问题，申请人考虑设计了一种伸缩式自动控水丁坝，包括整体呈竖向设置的坝体，其特征在于，坝体外端段伸出于河道内，坝体内端段通过滑槽凹设于河岸，且坝体内端段上连接设置有伸缩传动机构，伸缩传动机构和一个动力机相连并能够控制坝体实现内外方向的伸缩移动。这样能够靠伸缩机构实现坝体往河道内的伸缩调节，当处于旱期河床水位低时，可以控制坝体向河道内伸出以壅高航道水位，保证航道通畅；当汛期水位过高时，也可以通过控制坝体缩回，以降低水位，达到防汛效果，同时也能够更好地保护坝体不受水流冲刷破坏，延长使用寿命。

然而，如果依靠人工观察判断水位情况后再启动动力机工作，则需要耗费人工值守，自动化程度低，且易因人工操作不及时而影响通航。故需要设计一种能够自动检测水位情况并根据水位情况启动和调整动力机输出的调控系统。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够自动检测水位并根据水位情况启动和调整动力机输出，使其具有自动化程度高、检测准确、反应灵敏可靠等特点的动力机水位自动调控系统及其水位控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种动力机水位自动调控系统，其特征在于，包括水位监测部分结构和正反转控制部分结构，所述水位监测部分结构用于实时监测待监控水域水位，所述正反转控制部分结构用于将监测获得的水位和预设值比较，并根据比较结果当监测水位低于预设水位范围时控制动力机输出正转，当监测水位高于预设水位范围时控制动力机输出反转。

这样，本发明可以实现待监控水域水位的自动监控调节，使得动力机根据水位高度自动输出正转和反转，无需人工干涉，提高自动化程度。故本发明可以应用于背景技术所述的伸缩式自动控水丁坝中作为丁坝坝体伸缩控制使用，也可以用于其他需要根据水位情况启停动力机工作的应用场所，例如在水库需要监测水位开闸放水等场所情况中应用。

作为优化，所述水位监测部分结构包括位于河岸上的一个监控池，监控池底部通过连通管道和待监控水域底部连通设置，监控池内设置有一个浮球，浮球上竖直向上设置有一根用于指示水位变化情况的水位监测杆。

这样，依靠单独设置一个和待监控水域连通的监控池来反映水位，并靠浮球和水位监测杆，能够更好地将将水位变化情况反馈到水位监测杆上部位置，故能够更方便地实现监测和调控。

作为优化，所述连通管道设置有多根。

这样，连通管道可以小型化，当监控水域为河道时，更加利于减弱河道水位涨落所引起监控池中水位的振荡。具体实施时，连通管道内设置有阀门，方便连通管道的启闭控制。

作为优化，所述待监控水域为河道，且连通管道位于河道底部的外端端面朝向河道下游方向倾斜设置。

这样，可以防止河道中水流因动能转化为势能而使监控池中的水位偏高，保证水位监测的稳定可靠。

作为优化，所述正反转控制部分结构包括位于水位监测杆上部且从上到下依次设置的导电上段、绝缘段和导电下段，还包括可相对滑动地套设在水位监测杆上部的导电套筒，导电上段和导电下段外表面设置有导电材料使得导电套筒滑动至其位置时能够和导电套筒导通，导电套筒整体相对于监控池悬空固定设置，导电套筒用于和电源正极相连；所述导电上段通过一根正转输入导线和动力机正极相连，正转输入导线中还连接有一个正转控制用电磁铁，动力机正极还通过连接一根反转输出导线和电源负极相连，反转输出导线上连接有一个正转短路保护电阻和一个与正转控制用电磁铁对应配合的正转弹簧控制开关，正转弹簧控制开关在弹簧力作用下保持常闭状态且能够在正转控制用电磁铁作用下断开；所述导电下段通过一根反转输入导线和动力机负极相连，反转输入导线中还连接有一个反转控制用电磁铁，动力机负极还通过连接一根正转输出导线和电源负极相连，正转输出导线上连接有一个反转短路保护电阻和一个与反转控制用电磁铁对应配合的反转弹簧控制开关，反转弹簧控制开关在弹簧力作用下保持常闭状态且能够在反转控制用电磁铁作用下断开。

这样能够实现监控调节的机械式原理结构的自动化，保证自动调节过程的可靠性和准确性。具体地说当本发明用于监控河道水位时，水位监测杆上部的绝缘段成为水位控制范围的体现，当枯水期河道水位低于控制范围时，水位监测杆下降使得导电上段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电上段和正转输入导线到达动力机正极，正转控制用电磁铁接通工作带动正转弹簧控制开关转变为断开状态，电流从正转输出导线流出到电源负极，动力机正转输出带动坝体伸出。坝体伸出后带动水位上涨，至水位监测杆上升使得导电上段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作。另外，当涨水期河道水位高于控制范围时，水位监测杆上升使得导电下段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电下段和反转输入导线到达动力机负极，反转控制用电磁铁接通工作带动反转弹簧控制开关动作转变为断开状态，电流从反转输出导线流出到电源负极，动力机反转输出带动坝体缩回。坝体缩回后带动水位下落，至水位监测杆下降使得导电下段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作。故保证了水位能够在水位监测杆上部的绝缘段的高度范围内实现自动控制。其中，正转短路保护电阻和反转短路保护电阻用于避免电流未经过动力机造成的短路现象。

作为优化，所述水位检测杆下部段上竖向间隔设置有若干横向的插孔，并在浮球上下表面位置的插孔中靠插入插销实现和浮球的固定。

这样，能够更好地实现水位检测杆的更换和调整，以根据需要调整水位监控高度位置。

作为优化，导电套筒外周表面横向外固定连接一根水平导电杆再通过带总开关的导线和电源正极相连，水平导电杆靠一个绝缘固定支座相对于监控池安装固定。

这样，方便导电套筒的固定和电流传导。

本发明还公开了一种用于河道水位调整的水位控制方法，其特点在于，先在待监控的河道水域旁设置如上所述的动力机水位自动调控系统；然后当枯水期河道水位低于控制范围时，水位监测杆下降使得导电上段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电上段和正转输入导线到达动力机正极，正转控制用电磁铁接通工作带动正转弹簧控制开关转变为断开状态，电流从正转输出导线流出到电源负极，动力机正转输出带动一个挡水构件向河道内伸出，挡水构件伸出后带动水位上涨，至水位监测杆上升使得导电上段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作；另外，当涨水期河道水位高于控制范围时，水位监测杆上升使得导电下段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电下段和反转输入导线到达动力机负极，反转控制用电磁铁接通工作带动反转弹簧控制开关动作转变为断开状态，电流从反转输出导线流出到电源负极，动力机反转输出带动挡水构件缩回，带动水位下落，至水位监测杆下降使得导电下段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作。

这样即可更好地检测并调整控制河道水位以提高通航顺畅性。

综上所述，本发明能够自动检测水位情况并根据水位情况启动和调整动力机输出，具有自动化程度高，检测准确，反应灵敏可靠等优点。

附图说明：

图1为一种采用了本发明结构的伸缩式自动控水丁坝具体实施时的平面布置示意图。

图2为图1单独自动调控系统部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合一种采用了本发明的伸缩式自动控水丁坝及其附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式：如图1、图2所示，一种伸缩式自动控水丁坝，包括整体呈竖向设置的坝体1，其要点在于，坝体1外端段伸出于河道2内，坝体1内端段通过滑槽凹设于河岸，且坝体1内端段上连接设置有伸缩传动机构，伸缩传动机构和一个动力机3相连并能够控制坝体1实现内外方向的伸缩移动。

这样，本发明能够靠伸缩传动机构实现坝体往河道内的伸缩调节。当旱期河道水位低时，可以通过控制坝体向河道内伸出以壅高航道水位，保证航道通畅；当汛期水位过高时，也可以通过控制坝体缩回，以降低水位，达到防汛效果，同时也能够更好地保护坝体不受水流冲刷破坏，延长使用寿命。

其中，所述河岸上沿垂直于河岸边缘方向向外设置有丁坝滑槽4，坝体1内端段下部可滑动配合在丁坝滑槽4内。

这样，丁坝滑槽的设置首先为丁坝提供伸缩空间，其次约束丁坝的移动方向，提高抗水流冲击能力。具体实施时，也可以是将丁坝滑槽槽底面连同丁坝滑槽外端丁坝伸出范围内的河床底面整理为相同斜度的倾斜面，丁坝设计为下表面和该倾斜面倾斜角度一致的斜面且上表面为水平表面，这样丁坝伸出时，能够实现贴着河床底面伸出，更好地实现控水功能。当然丁坝也可以做成矩形体，伸出后形成似于悬臂梁的结构，也能够形成壅水束流效果即可。

其中，所述伸缩传动机构，包括固定于坝体内端并往河岸方向延伸的推拉杆5，推拉杆5上沿长度方向设置有一段齿条段6，伸缩传动机构还包括一个和所述齿条段啮合的传动齿轮，传动齿轮和动力机3相连并能够靠其带动旋转。这样，具有结构简单、控制稳定可靠的优点。具体实施时，动力机优选为电动机，传动齿轮可以直接固定在电动机输出轴上，或者通过调速装置和电动机输出轴相连。

其中，还包括自动调控系统7，自动调控系统7包括水位监测部分结构和正反转控制部分结构，所述水位监测部分结构用于实时监测河道水位，所述正反转控制部分结构用于将监测获得的水位和预设值比较，并根据比较结果当监测水位低于预设水位范围时控制动力机输出正转带动坝体伸出，当监测水位高于预设水位范围时控制动力机输出反转带动坝体缩回。且当监测水位位于预设水位范围时，控制动力机停止工作。

这样，可以实现自动监控调节，使得坝体根据水位高度自动实现伸出和缩回，无需人工干涉，提高自动化程度。

其中，所述水位监测部分结构包括位于河岸上的一个监控池8，监控池8底部通过连通管道9和坝体上游的河道底部连通设置，监控池8内设置有一个浮球10，浮球10上竖直向上设置有一根用于指示水位变化情况的水位监测杆11。

这样，依靠单独设置一个和河道连通的监控池来反映水位，并靠浮球和水位监测杆，能够更好地将将水位变化情况反馈到水位监测杆上部位置，故能够更方便地实现监测和调控。

其中，所述连通管道9设置有多根。这样，连通管道可以小型化，更加利于减弱河道水位涨落所引起监控池8中水位的振荡。具体实施时，连通管道内设置有阀门，方便连通管道的启闭控制。

其中，所述连通管道9位于河道底部的外端端面朝向河道下游方向倾斜设置。这样，可以防止水流因动能转化为势能而使监控池中的水位偏高，保证水位监测的稳定可靠。

其中，所述正反转控制部分结构包括位于水位监测杆11上部且从上到下依次设置的导电上段12、绝缘段13和导电下段14，还包括可相对滑动地套设在水位监测杆上部的导电套筒15，导电上段12和导电下段14外表面设置有导电材料使得导电套筒15滑动至其位置时能够和导电套筒15导通，导电套筒15整体相对于监控池8悬空固定设置，导电套筒15用于和电源正极相连；所述导电上段12通过一根正转输入导线和动力机3正极相连，正转输入导线中还连接有一个正转控制用电磁铁16，动力机3正极还通过连接一根反转输出导线和电源负极相连，反转输出导线上连接有一个正转短路保护电阻17和一个与正转控制用电磁铁对应配合的正转弹簧控制开关18，正转弹簧控制开关18在弹簧力作用下保持常闭状态且能够在正转控制用电磁铁16作用下断开；所述导电下段14通过一根反转输入导线和动力机3负极相连，反转输入导线中还连接有一个反转控制用电磁铁19，动力机3负极还通过连接一根正转输出导线和电源负极相连，正转输出导线上连接有一个反转短路保护电阻20和一个与反转控制用电磁铁19对应配合的反转弹簧控制开关21，反转弹簧控制开关21在弹簧力作用下保持常闭状态且能够在反转控制用电磁铁19作用下断开。

这样能够实现监控调节的机械式原理结构的自动化，保证自动调节过程的可靠性和准确性。具体地说，水位监测杆上部的绝缘段成为水位控制范围的体现，当枯水期河道水位低于控制范围时，水位监测杆下降使得导电上段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电上段和正转输入导线到达动力机正极，正转控制用电磁铁接通工作带动正转弹簧控制开关动作转变为断开状态，电流从正转输出导线流出到电源负极，动力机正转输出带动坝体伸出。坝体伸出后带动水位上涨，至水位监测杆上升使得导电上段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作。另外，当涨水期河道水位高于控制范围时，水位监测杆上升使得导电下段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电下段和反转输入导线到达动力机负极，反转控制用电磁铁接通工作带动反转弹簧控制开关动作转变为断开状态，电流从反转输出导线流出到电源负极，动力机反转输出带动坝体缩回。坝体缩回后带动水位下落，至水位监测杆下降使得导电下段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作。故保证了水位能够在水位监测杆上部的绝缘段的高度范围内实现自动控制。其中，正转短路保护电阻和反转短路保护电阻用于避免电流未经过动力机造成的瞬时短路现象。具体实施时，水位检测杆中，导电上段12、绝缘段13和导电下段14可以设置为外径相同的圆柱段且各自端面具有外凸的螺纹柱和内凹的螺纹孔靠螺纹配合实现对接，这样方便更换调整各段的高度，以适应不同情况所需的控制范围调整。

其中，所述水位检测杆11下部段上竖向间隔设置有若干横向的插孔，并在浮球10上下表面位置的插孔中靠插入插销实现和浮球10的固定。这样，能够更好地实现水位检测杆的更换和调整，以根据需要调整水位监控高度位置。

其中，导电套筒外周表面横向外固定连接一根水平导电杆22再通过带总开关23的导线和电源正极相连，水平导电杆靠一个绝缘固定支座相对于监控池安装固定。这样，方便导电套筒的固定和电流传导。

上述丁坝应用与河道水位控制的具体过程如下：

(1) 首先修建如上所述结构的丁坝，并使坝体一端适当伸入河道。其中浮球和水位监测杆应设置在监控池边缘；管道的一端应连接到航道的水位监测区域（一般位于坝体上游位置）且河道中的管口截面应朝向河道下游或者与水流流向大致平行；电动机正向转动可使丁坝伸长，电动机反向转动可使丁坝缩短。

(2) 断开电路总开关。

(3) 关闭阀门，人为调试监控池中的水位，使其恰好为航道水位的设计值。

(4) 调节浮球位置，使导电套筒能稳定处于水位监测杆无孔绝缘段。

(5) 闭合电路总开关，并打开阀门。

(6) 如果此时监控池中的水位高于航道的实际水位，监控池中的水就会在压力差的作用下经管道流入河道，监控池中的水位将下降，浮球随之下落，使得导电套筒与水位监测杆的导电上段接触，电路被接通。此时正转弹簧控制开关由于正转控制用电磁铁的吸引而断开，其中正转短路保护电阻对电路起到保护作用，避免瞬间短路的发生。电流则由正极到负极流过电动机使其正向转动，继而通过伸缩杆的传动使丁坝伸长，河道水位随之壅高；当河道水位由于壅高而大于监控池中的水位时，在压力差的作用下，河道水流将流入监控池中，监控池中的水位将上升，浮球随之上升，使得导电套筒又处于水位监测杆的绝缘段，电路被断开。此时河道水位已基本等于航道水位的设计值。

(7) 如果此时监控池中的水位低于航道的实际水位，河道中的水就会在压力差的作用下经管道流入监控池，监控池中的水位将升高，浮球随之上升，使得导电套筒与水位监测杆导电下段接触，电路被接通。此时反转弹簧控制开关由于反转控制用电磁铁的吸引而断开，其中反转短路保护电阻对电路起到保护作用，避免瞬间短路的发生。电流则由负极到正极流过电动机使其反向转动，继而通过伸缩杆的传动使丁坝缩短，河道水位随之降低。当丁坝缩短而放宽河道使得监控池中的水位大于河道水位时，在压力差的作用下，监控池中的水将流入河道，监控池中的水位将降低，浮球随之下降，使得导电套筒又处于水位监测杆的绝缘段，电路被断开。此时河道水位已基本等于航道水位的设计值。

(8) 此后，如果河道来流量变化，引起航道水位的升降，该伸缩式自动控水丁坝系统则会自动感应航道水位的变化，控制丁坝的伸缩，达到维持航道水位稳定的目的。

(9) 当遇到洪水等大流量水文条件时，可人工调整水位监测杆使其无孔导电下段接通电路，使丁坝缩进凹槽，放宽河道，加快洪水排泄，同时避免丁坝受到洪水冲蚀而损毁。

故上述丁坝结构，具有以下特点：(1) 该构思改变了丁坝结构设计的工程惯例，变不可动结构为可动结构，是丁坝的一种创新型结构形式。(2) 该构思可监测河道水位变化，继而控制丁坝伸缩，最终达到自动控制航道水位的目的，方便安全，节省人力。(3) 洪水期，可将丁坝缩进凹槽，放宽河道，加快洪水排泄，同时避免丁坝受到洪水的冲刷破坏，延长其使用寿命。

Claims (8)

1.一种动力机水位自动调控系统，其特征在于，包括水位监测部分结构和正反转控制部分结构，所述水位监测部分结构用于实时监测待监控水域水位，所述正反转控制部分结构用于将监测获得的水位和预设值比较，并根据比较结果当监测水位低于预设水位范围时控制动力机输出正转，当监测水位高于预设水位范围时控制动力机输出反转。

2.如权利要求1所述的动力机水位自动调控系统，其特征在于，所述水位监测部分结构包括位于河岸上的一个监控池，监控池底部通过连通管道和待监控水域底部连通设置，监控池内设置有一个浮球，浮球上竖直向上设置有一根用于指示水位变化情况的水位监测杆。

3.如权利要求2所述的动力机水位自动调控系统，其特征在于，所述连通管道设置有多根。

4.如权利要求2所述的动力机水位自动调控系统，其特征在于，所述待监控水域为河道，且连通管道位于河道底部的外端端面朝向河道下游方向倾斜设置。

5.如权利要求2所述的动力机水位自动调控系统，其特征在于，所述正反转控制部分结构包括位于水位监测杆上部且从上到下依次设置的导电上段、绝缘段和导电下段，还包括可相对滑动地套设在水位监测杆上部的导电套筒，导电上段和导电下段外表面设置有导电材料使得导电套筒滑动至其位置时能够和导电套筒导通，导电套筒整体相对于监控池悬空固定设置，导电套筒用于和电源正极相连；所述导电上段通过一根正转输入导线和动力机正极相连，正转输入导线中还连接有一个正转控制用电磁铁，动力机正极还通过连接一根反转输出导线和电源负极相连，反转输出导线上连接有一个正转短路保护电阻和一个与正转控制用电磁铁对应配合的正转弹簧控制开关，正转弹簧控制开关在弹簧力作用下保持常闭状态且能够在正转控制用电磁铁作用下断开；所述导电下段通过一根反转输入导线和动力机负极相连，反转输入导线中还连接有一个反转控制用电磁铁，动力机负极还通过连接一根正转输出导线和电源负极相连，正转输出导线上连接有一个反转短路保护电阻和一个与反转控制用电磁铁对应配合的反转弹簧控制开关，反转弹簧控制开关在弹簧力作用下保持常闭状态且能够在反转控制用电磁铁作用下断开。

6.如权利要求5所述的动力机水位自动调控系统，其特征在于，所述水位检测杆下部段上竖向间隔设置有若干横向的插孔，并在浮球上下表面位置的插孔中靠插入插销实现和浮球的固定。

7.如权利要求5所述的动力机水位自动调控系统，其特征在于，导电套筒外周表面横向外固定连接一根水平导电杆再通过带总开关的导线和电源正极相连，水平导电杆靠一个绝缘固定支座相对于监控池安装固定。

8.一种水位控制方法，其特征在于，先在待监控的河道水域旁设置如权利要求5至权利要求7中任一项所述的动力机水位自动调控系统；然后当枯水期河道水位低于控制范围时，水位监测杆下降使得导电上段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电上段和正转输入导线到达动力机正极，正转控制用电磁铁接通工作带动正转弹簧控制开关转变为断开状态，电流从正转输出导线流出到电源负极，动力机正转输出带动一个挡水构件向河道内伸出，挡水构件伸出后带动水位上涨，至水位监测杆上升使得导电上段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作；另外，当涨水期河道水位高于控制范围时，水位监测杆上升使得导电下段和导电套筒接通，电流从电源正极依次经过导电套筒、导电下段和反转输入导线到达动力机负极，反转控制用电磁铁接通工作带动反转弹簧控制开关动作转变为断开状态，电流从反转输出导线流出到电源负极，动力机反转输出带动挡水构件缩回，带动水位下落，至水位监测杆下降使得导电下段和导电套筒脱离接触，此时动力机电流断开停止工作。