CN106284271A - 一种节能轮盘式船闸 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能轮盘式船闸，其特征在于：包括上闸首、下闸首、轮盘、地基和导轨。所述上闸首包括检修门槽Ⅰ、闸门Ⅰ、输水廊道Ⅰ、阀门Ⅰ和上游引航道。所述下闸首包括检修门槽Ⅱ、闸门Ⅱ、输水廊道Ⅱ、阀门Ⅱ和下游引航道。所述轮盘为圆盘结构，所述轮盘包括外隔板、内隔板、钢桁架、轮盘转轴、承船厢和盘底。所述轮盘位于地基上方，所述轮盘通过导轨与地基连接。所述上闸首与轮盘接触的区域具有密封垫，所述下闸首与轮盘接触的区域具有密封垫。本发明实现了船舶双向过坝通航，提高了过船效率，旋转式提升船舶过坝，缩短了过坝时间。且充分利用了水的势能实现船舶过坝，并且可以利用上游船舶进行抽水蓄能，节约了能源。

Description

一种节能轮盘式船闸
技术领域
本发明涉及土木水利工程技术领域，特别涉及一种节能轮盘式船闸。
背景技术
我国近年来兴修了大量的水利枢纽，水利枢纽在解决我国能源和洪涝灾害问题上起到了显著的作用。以我国最大的河流长江为例，长江流域人工蓄水很好的解决了中下游因短时间大量降水造成的洪涝灾害；长江流域通过南水北调工程，分细线、中线、东线分区域解决了我国北方大量城市的缺水问题。
长江流域内共有通航河流3600余条，各项运网密度指标均高于全国平均水平。航运作为成本最低、单体运载量最大的交通运输方式，在货物贸易和运输中起到了很大的作用。以长江流域为例，流域内分布大量我国重要城市，合理利用长江航运优势是促进沿海和内地城市贸易发展的重要渠道。
随着河道大坝的修筑，原河道的河势和流态随之改变，阻断了原河道畅通的水路运输路线。航运通行能力和通行效率受到了不同程度的影响。为实现合理利用水资源并充分发挥河道通航运输的作用的双重目标，减小或消除筑坝带来的通航影响，往往在修建水库大坝时，同时需要修建过坝建筑物，保证原河道的通航功能。过坝筑物主要包括两类：一是船闸，二是升船机。一般情况下，通航船闸的应用较广，通航能力较大，但船舶过坝时间较长，并且需要耗水量巨大；升船机耗水量小，过坝速度较快，提升高度较大，但是能耗较高，整体通航效率较低。
发明内容
本发明的目的是解决现有船闸的过坝时间长、耗水量大，升船机的能耗较高且通航效率较低的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种节能轮盘式船闸，其特征在于：包括上闸首、下闸首、轮盘、地基和导轨。
所述上闸首包括检修门槽Ⅰ、闸门Ⅰ、输水廊道Ⅰ、阀门Ⅰ和上游引航道。所述上游引航道连接于上闸首。所述上闸首建于水坝上游。所述水道Ⅰ位于上闸首中。所述水道Ⅰ与上游引航道对接。所述检修门槽Ⅰ位于水道Ⅰ两侧的闸壁上，所述检修门槽Ⅰ为上端开口的方形槽，所述检修门槽Ⅰ位于闸壁的竖直方向。所述闸门Ⅰ安装于水道Ⅰ的中部。参照水流的方向，所述闸门Ⅰ位于检修门槽Ⅰ后方。所述输水廊道Ⅰ位于水道Ⅰ两侧的闸壁上，所述输水廊道Ⅰ为U型结构，所述每侧闸壁上的输水廊道Ⅰ均有两个出入水口。所述两个出入水口分布在闸门Ⅰ的两侧。所述阀门安装于输水廊道Ⅰ上。
所述下闸首包括检修门槽Ⅱ、闸门Ⅱ、输水廊道Ⅱ、阀门Ⅱ和下游引航道。所述下游引航道连接于下闸首。所述下闸首建于水坝下游。所述下闸首中具有水道Ⅱ。所述水道Ⅱ与下游引航道对接。所述检修门槽Ⅱ位于水道Ⅱ两侧的闸壁上，所述检修门槽Ⅱ为上端开口的方形槽，所述检修门槽Ⅱ位于闸壁的竖直方向。所述闸门Ⅱ安装于水道Ⅱ的中部。参照水流的方向，所述闸门Ⅱ位于检修门槽Ⅱ后方。所述输水廊道Ⅱ位于水道Ⅱ两侧的闸壁上，所述输水廊道Ⅱ为U型结构，所述每侧闸壁上的输水廊道Ⅱ均有两个出入水口。所述两个出入水口分布在闸门Ⅱ的两侧。所述阀门安装于输水廊道Ⅱ上。
所述轮盘为圆盘结构，所述轮盘包括外隔板、内隔板、钢桁架、轮盘转轴、承船厢和盘底。所述盘底为一块圆形的板。所述轮盘转轴为一个圆柱体，所述轮盘转轴安装于盘底的圆心处，所述轮盘转轴的轴线垂直于盘底所在的平面。所述外隔板为上下均敞口的中空圆柱，所述外隔板安装于盘底的上表面，所述外隔板的半径与盘底的半径相同。所述外隔板与盘底为同心安装。所述内隔板为上下均敞口的中空圆柱，所述内隔板安装于盘底的上表面，所述内隔板与盘底为同心安装，所述内隔板的半径小于外隔板的半径。所述钢桁架为矩形板，所述钢桁架安装于盘底的上表面，所述钢桁架的板面与盘底的上表面垂直，所述钢桁架长度方向的一侧连接轮盘转轴,所述钢桁架长度方向的另一侧连接外隔板的内壁。所述盘底上安装至少4块钢桁架。所述钢桁架将外隔板、内隔板以及盘底三者共同围成的半包围空间分隔成多个承船厢。所述每个承船厢底部安装有若干根锚固立柱。所述承船厢开有承船厢闸门，所述承船厢闸门开于外隔板上。
所述轮盘位于地基上方，所述地基为连接上下游的斜面。所述地基表面安装有导轨。所述轮盘通过导轨与地基连接。
所述上闸首与轮盘接触的区域具有密封垫，所述下闸首与轮盘接触的区域具有密封垫。所述上闸首闸门Ⅰ与承船厢闸门间围成的区域为上闸室，所述下闸首闸门Ⅱ与承船厢闸门间围成的区域为下闸室。
进一步，所述密封垫为可调节气压的橡胶圈。
进一步，所述锚固立柱分布于承船厢四周。
进一步，所述轮盘连接有动力系统。
进一步，所述承船厢内安装有注水和泄水装置。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明一种节能轮盘式船闸实现了船舶双向过坝通航，提高了过船效率，旋转式提升船舶过坝，缩短了过坝时间。且充分利用了水的势能实现船舶过坝，并且可以利用上游船舶进行抽水蓄能，节约了能源。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为图1的剖视图。
图中：上闸首1、检修门槽Ⅰ101、闸门Ⅰ102、输水廊道Ⅰ103、阀门1031、上游引航道104、水道Ⅰ105、上闸室106、轮盘2、外隔板201、承船厢闸门2011、密封垫2012、内隔板202、钢桁架203、轮盘转轴204、承船厢205、锚固立柱2051、盘底206、下闸首3、检修门槽Ⅱ301、闸门Ⅱ302、输水廊道Ⅱ303、阀门Ⅱ3031、下游引航道304、水道Ⅱ305、下闸室306、地基4、导轨401。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种节能轮盘式船闸，其特征在于：包括上闸首1、下闸首3、轮盘2、地基4和导轨401。
所述上闸首1包括检修门槽Ⅰ101、闸门Ⅰ102、输水廊道Ⅰ103、阀门Ⅰ1031和上游引航道104。所述上游引航道104连接于上闸首1。所述上闸首1建于水坝上游。所述上闸首1中具有水道Ⅰ105。所述水道Ⅰ105与上游引航道104对接。所述检修门槽Ⅰ101位于水道Ⅰ105两侧的闸壁上，所述检修门槽Ⅰ101为上端开口的方形槽，所述检修门槽Ⅰ101位于坝壁的竖直方向，所述检修门槽Ⅰ101关于上游引航道104的中心线对称。所述闸门Ⅰ102安装于水道Ⅰ105的中部。参照水流的方向，所述闸门Ⅰ102位于检修门槽Ⅰ101后方。所述输水廊道Ⅰ103位于水道Ⅰ105两侧的闸壁上，所述输水廊道Ⅰ103为U型结构，所述闸壁两侧的输水廊道Ⅰ103关于水道Ⅰ105的中心线对称，所述每侧闸壁上的输水廊道Ⅰ103均有两个出入水口。所述两个出入水口分布在闸门Ⅰ102的两侧。所述阀门1031安装于输水廊道Ⅰ103上，所述阀门1031用于控制输水廊道Ⅰ103的启闭。
所述下闸首3包括检修门槽Ⅱ301、闸门Ⅱ302、输水廊道Ⅱ303、阀门Ⅱ3031和下游引航道304。所述下游引航道304连接于下闸首3。所述下闸首3建于水坝下游。所述下闸首3中具有水道Ⅱ305。所述水道Ⅱ305与下游引航道304对接。所述检修门槽Ⅱ301位于水道Ⅱ305两侧的闸壁上，所述检修门槽Ⅱ301为方形槽，所述检修门槽Ⅱ301关于下游引航道304的中心线对称。所述闸门Ⅱ302安装于水道Ⅱ305的中部。参照水流的方向，所述闸门Ⅱ302位于检修门槽Ⅱ301后方。所述输水廊道Ⅱ303位于水道Ⅱ305两侧的闸壁上，所述输水廊道Ⅱ303为U型结构，所述闸壁两侧的输水廊道Ⅱ303关于水道Ⅱ305的中心线对称，所述每侧闸壁上的输水廊道Ⅱ303均有两个出入水口。所述两个出入水口分布在闸门Ⅱ302的两侧。所述阀门3031安装于输水廊道Ⅱ303上，所述阀门3031用于控制输水廊道Ⅱ303的启闭。
所述轮盘2为圆盘结构，所述轮盘2包括外隔板201、内隔板202、钢桁架203、轮盘转轴204、承船厢205和盘底206。所述盘底206为一块圆形的板。所述轮盘转轴204为一个圆柱体，所述轮盘转轴204安装于盘底206的圆心处，所述轮盘转轴204的轴线垂直于盘底206所在的平面。所述外隔板201为上下均敞口的中空圆柱，所述外隔板201安装于盘底206的上表面，所述外隔板201的半径与盘底206的半径相同。所述外隔板201与盘底206为同心安装。所述内隔板202为上下均敞口的中空圆柱，所述内隔板202安装于盘底206的上表面，所述内隔板202与盘底206为同心安装，所述内隔板202的半径小于外隔板201的半径。所述钢桁架203为矩形板，所述钢桁架203安装于盘底206的上表面，所述钢桁架203的板面与盘底206的上表面垂直，所述钢桁架203长度方向的一侧连接轮盘转轴204,所述钢桁架203长度方向的另一侧连接外隔板201的内壁。所述盘底206上安装8块钢桁架203。所述钢桁架203将外隔板201、内隔板202以及盘底206三者共同围成的半包围空间分隔成多个承船厢205。所述每个承船厢205底部安装有若干根锚固立柱2051。所述承船厢205开有承船厢闸门2011，所述承船厢闸门2011开于外隔板201上。
所述轮盘2位于地基4上方，所述地基4为连接上下游的斜面。所述地基4表面安装有导轨401。所述轮盘2通过导轨401与地基4连接。所述导轨401的尺寸与轮盘2的盘底206相配合。
所述上闸首1与轮盘2接触的区域具有密封垫2012，所述下闸首3与轮盘2接触的区域具有密封垫2012。所述密封垫2012安装于轮盘2或者闸首上。所述上闸首1闸门Ⅰ102与承船厢闸门2011间围成的区域为上闸室106，所述下闸首1闸门Ⅱ302与承船厢闸门2011间围成的区域为下闸室306。
所述密封垫2012为可调节气压的橡胶圈。
所述锚固立柱2051分布于承船厢205四周。
所述轮盘2连接有动力系统。
所述承船厢205内安装有注水和泄水装置。
轮盘运转动力主要通过注水配重，通过平衡重量的方式旋转轮盘，节约能耗。
使用动力系统提供辅助动力与制动力，控制船闸的旋转速度和制动。
在上游船舶单向通航的情况下，可将下游的水抬升至上游进行蓄水，进而达到节能的目的。
实施例2：
本实施例公开一种实施例1公开的一种节能轮盘式船闸的运作方法。
当船舶由上游向下游行船时，其运作步骤如下：
1.通过控制动力系统旋转轮盘2，使任意一个承船厢205与上闸首1对接，利用密封垫2012使连接的区域具有密封性，此时上闸首1闸门Ⅰ102和承船厢闸门2011均处于关闭状态；
2.使用输水廊道Ⅰ103调整水位，使得上闸室106水位和上游引航道104的水位保持一致；
3.打开上闸首1闸门Ⅰ102并将船舶驶入上闸室106，船舶驶入上闸室106后关闭闸门Ⅰ102。
4.使用输水廊道Ⅰ103和承船厢205内安装的注水和泄水装置调整水位，使得上闸室106的水位与承船厢205中的水位齐平。如果上闸室106的水位高于承船厢205中的水位，就利用输水廊道Ⅰ103抽走上闸室106中的一部分水同时使用承船厢205内安装的注水和泄水装置向承船厢205中注水，直到承船厢205中的水位与上闸室106中的水位平齐为止。然后打开承船厢闸门2011，将船舶驶入承船厢205并固定于锚固立柱上2051，最后关闭承船厢闸门2011并将上闸室106的水通过输水廊道Ⅰ103泄去。
5.通过控制动力系统转动轮盘，当轮盘2转动起来后，向未装载船舶的承船厢205注水提供旋转动力，所述未装载船舶的承船厢205位于装有船舶的承船厢205的速度方向的一侧。若船舶重量较大，向另一侧未装载船舶承船厢205注水提供旋转阻力，使轮盘2保持转动力矩平衡，减少动力系统提供动力或制动力，降低能耗；
6.通过轮盘2旋转，将上游船舶运移至下游，当承船厢205到达下游时，停止转动轮盘2，使承船厢205通过密封垫2012与下闸首3对接，使得连接的区域密封；
7.通过输水廊道Ⅱ303和承船厢205内安装的注水和泄水装置调整水位，使得承船厢205间水位与下闸室306间的水位齐平，然后打开承船厢闸门2011将船舶脱离锚固立柱2051并驶入下闸室306。
8.关闭承船厢闸门2011，此时闸门Ⅱ302处于关闭状态。利用输水廊道Ⅱ303调整下闸室306与闸门Ⅱ302外水道Ⅱ305的水位。当下闸室306与闸门Ⅱ302外水道Ⅱ305的水位齐平时打开闸门Ⅱ302，将船舶驶出下闸室306并通过水道Ⅱ305进入下游引航道304。
当船舶由下游向上游行船时，其运作步骤如下：
1.通过控制动力系统旋转轮盘2，使任意一个承船厢205与下闸首3对接，利用密封垫2012使连接的区域具有密封性，此时下闸首3闸门Ⅱ302和承船厢闸门2011均处于关闭状态；
2.使用输水廊道Ⅱ303调整水位，使得下闸室306的水位和下游引航道304的水位保持一致；
3.打开下闸首3闸门Ⅱ302并将船舶驶入下闸室306，船舶驶入下闸室306后关闭闸门Ⅱ302。
4.使用输水廊道Ⅱ303和承船厢205内安装的注水和泄水装置调整水位，使得下闸室306的水位与承船厢205中的水位齐平。如果下闸室306的水位高于承船厢205中的水位，就利用输水廊道Ⅱ303抽走下闸室306中的一部分水同时使用承船厢205内安装的注水和泄水装置向承船厢205中注水，直到承船厢205中的水位与下闸室306中的水位平齐为止。然后打开承船厢闸门2011，将船舶驶入承船厢205并固定于锚固立柱上2051，最后关闭承船厢闸门2011并将下闸室306的水通过输水廊道Ⅱ303泄去。
5.通过控制动力系统转动轮盘，当轮盘2转动起来后，向未装载船舶的承船厢205注水提供旋转动力，所述未装载船舶的承船厢205为重力势能减小的一侧。若船舶重量较大，向重力势能增大的未装载船舶承船厢205注水提供旋转阻力，使轮盘2保持转动力矩平衡，减少动力系统提供动力或制动力，降低能耗；
6.通过轮盘2旋转，将下游船舶运移至上游，当承船厢205到达上游时，停止转动轮盘2，使承船厢205通过密封垫2012与上闸首1对接，使得连接的区域密封；
7.通过输水廊道Ⅰ103和承船厢205内安装的注水和泄水装置调整水位，使得承船厢205间水位与上闸室106间的水位齐平，然后打开承船厢闸门2011将船舶脱离锚固立柱2051并驶入上闸室106。
8.关闭承船厢闸门2011，此时闸门Ⅰ102处于关闭状态。利用输水廊道Ⅰ103调整上闸室106与闸门Ⅰ102外水道Ⅰ105的水位。当上闸室106与闸门Ⅰ102外水道Ⅰ105的水位齐平时打开闸门Ⅰ102，将船舶驶出上闸室106并通过水道Ⅰ105驶入上游引航道104。

Claims (5)

1.一种节能轮盘式船闸，其特征在于：包括上闸首(1)、下闸首(3)、轮盘(2)、地基(4)和导轨(401)；
所述上闸首(1)包括检修门槽Ⅰ(101)、闸门Ⅰ(102)、输水廊道Ⅰ(103)、阀门Ⅰ(1031)和上游引航道(104)；所述上游引航道(104)连接于上闸首(1)；所述上闸首(1)建于水坝上游；所述水道Ⅰ(105)位于上闸首(1)中；所述水道Ⅰ(105)与上游引航道(104)对接；所述检修门槽Ⅰ(101)位于水道Ⅰ(105)两侧的闸壁上，所述检修门槽Ⅰ(101)为上端开口的方形槽，所述检修门槽Ⅰ(101)位于闸壁的竖直方向；所述闸门Ⅰ(102)安装于水道Ⅰ(105)的中部；参照水流的方向，所述闸门Ⅰ(102)位于检修门槽Ⅰ(101)后方；所述输水廊道Ⅰ(103)位于水道Ⅰ(105)两侧的闸壁上，所述输水廊道Ⅰ(103)为U型结构，所述每侧闸壁上的输水廊道Ⅰ(103)均有两个出入水口；所述两个出入水口分布在闸门Ⅰ(102)的两侧；所述阀门(1031)安装于输水廊道Ⅰ(103)上；
所述下闸首(3)包括检修门槽Ⅱ(301)、闸门Ⅱ(302)、输水廊道Ⅱ(303)、阀门Ⅱ(3031)和下游引航道(304)；所述下游引航道(304)连接于下闸首(3)；所述下闸首(3)建于水坝下游；所述下闸首(3)中具有水道Ⅱ(305)；所述水道Ⅱ(305)与下游引航道(304)对接；所述检修门槽Ⅱ(301)位于水道Ⅱ(305)两侧的闸壁上，所述检修门槽Ⅱ(301)为上端开口的方形槽，所述检修门槽Ⅱ(301)位于闸壁的竖直方向；所述闸门Ⅱ(302)安装于水道Ⅱ(305)的中部；参照水流的方向，所述闸门Ⅱ(302)位于检修门槽Ⅱ(301)后方；所述输水廊道Ⅱ(303)位于水道Ⅱ(305)两侧的闸壁上，所述输水廊道Ⅱ(303)为U型结构，所述每侧闸壁上的输水廊道Ⅱ(303)均有两个出入水口；所述两个出入水口分布在闸门Ⅱ(302)的两侧；所述阀门Ⅱ(3031)安装于输水廊道Ⅱ(303)上。
所述轮盘(2)为圆盘结构，所述轮盘(2)包括外隔板(201)、内隔板(202)、钢桁架(203)、轮盘转轴(204)、承船厢(205)和盘底(206)；所述盘底(206)为一块圆形的板；所述轮盘转轴(204)为一个圆柱体，所述轮盘转轴(204)安装于盘底(206)的圆心处， 所述轮盘转轴(204)的轴线垂直于盘底(206)所在的平面；所述外隔板(201)为上下均敞口的中空圆柱，所述外隔板(201)安装于盘底(206)的上表面，所述外隔板(201)的半径与盘底(206)的半径相同；所述外隔板(201)与盘底(206)为同心安装；所述内隔板(202)为上下均敞口的中空圆柱，所述内隔板(202)安装于盘底(206)的上表面，所述内隔板(202)与盘底(206)为同心安装，所述内隔板(202)的半径小于外隔板(201)的半径；所述钢桁架(203)为矩形板，所述钢桁架(203)安装于盘底(206)的上表面，所述钢桁架(203)的板面与盘底(206)的上表面垂直，所述钢桁架(203)长度方向的一侧连接轮盘转轴(204),所述钢桁架(203)长度方向的另一侧连接外隔板(201)的内壁；所述盘底(206)上安装至少4块钢桁架(203)；所述钢桁架(203)将外隔板(201)、内隔板(202)以及盘底(206)三者共同围成的半包围空间分隔成多个承船厢(205)；所述每个承船厢(205)底部安装有若干根锚固立柱(2051)；所述承船厢(205)开有承船厢闸门(2011)，所述承船厢闸门(2011)开于外隔板(201)上；
所述轮盘(2)位于地基(4)上方，所述地基(4)为连接上下游的斜面；所述地基(4)表面安装有导轨(401)；所述轮盘(2)通过导轨(401)与地基(4)连接；
所述上闸首(1)与轮盘(2)接触的区域具有密封垫(2012)，所述下闸首(3)与轮盘(2)接触的区域具有密封垫(2012)；所述上闸首(1)闸门Ⅰ(102)与承船厢闸门(2011)间围成的区域为上闸室(106)，所述下闸首(1)闸门Ⅱ(302)与承船厢闸门(2011)间围成的区域为下闸室(306)。
2.根据权利要求1所述的一种节能轮盘式船闸，其特征在于：所述密封垫(2012)为可调节气压的橡胶圈。
3.根据权利要求1或2所述的一种节能轮盘式船闸，其特征在于：所述锚固立柱(2051)分布于承船厢(205)四周。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种节能轮盘式船闸，其特征在于：所述轮盘(2)连接有动力系统。
5.根据权利要求1所述的一种节能轮盘式船闸，其特征在于：所述承船厢(205)内安装有注水和泄水装置。
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