CN109235390A - 水力式表层自动取水装置 - Google Patents

Abstract

水力式表层自动取水装置，涉及水电水利工程。本发明包括钢结构支承框架、浮筒装置、筒型叠套取水管和进水口，钢结构支承框架竖直放置，筒型叠套取水管竖直放置在钢结构支承框架内，浮筒装置与筒型叠套取水管固定，进水口设置在钢结构支承框架底部，钢结构支承框架包括有四根竖直固定的支承立柱，支承立柱的内壁上均设置有导向槽，顶节筒型叠套取水管上部的外壁上设置有四组导向装置，筒型叠套取水管通过导向装置在导向槽内上、下滑动，筒型叠套取水管顶部和浮筒装置之间为环形取水口，底部与进水口连接。本发明通过浮筒装置为筒型叠套取水管提供浮力，令取水口漂浮在水体表面，当水体液面发生波动时，可使得取水口跟随水体上下浮动。

Description

水力式表层自动取水装置

技术领域

本发明涉及水电水利工程，尤其是一种随水位变化自动升降，以达到可自动取表层水目的的水力式表层自动取水装置。

背景技术

对取表层水或分层取水，传统的方式是采用叠梁闸门取水，叠梁闸门分层取水具有闸门启闭省力、闸门运行可靠等优点，但因受闸门、启闭设备及水工建筑物所占空间的影响，一般整个分层取水建筑物比较庞大，土建投资较大。最关键的是受水位变幅的影响，闸门运行比较频繁，且叠梁闸门多采用抓梁进行操作，现阶段，抓梁的操作还未能实现自动化，需手动现地控制，闸门的整个运行过程非常的繁琐，不仅需投入大量的人力，且启闭设备的频繁运行，大大增加了工程的运行工作量及运行费用。采用叠梁闸门分层取水，对在建工程的设计施工还有条件完成，但对已建工程需经改造进行分层取水的，不仅要投入大量的土建工程资金，且受已建枢纽布置的限制，叠梁闸门及启闭设备布置比较困难。

发明内容

本发明所要解决的就是目前采用叠梁闸门进行分层取水，土建投资大，不能根据水位变幅自动调整，需要手动频繁控制的问题，提供一种随水位变化自动升降，以达到可自动取表层水目的的水力式表层自动取水装置。

本发明的水力式表层自动取水装置，其特征在于该装置包括钢结构支承框架、浮筒装置、筒型叠套取水管和进水口，钢结构支承框架竖直放置，筒型叠套取水管竖直放置在钢结构支承框架内，浮筒装置与筒型叠套取水管固定，进水口设置在钢结构支承框架底部，钢结构支承框架包括有四根竖直固定的支承立柱，四根支承立柱的内壁上均设置有导向槽，顶节筒型叠套取水管上部的外壁上设置有四组导向装置，筒型叠套取水管通过导向装置在导向槽内上、下滑动，筒型叠套取水管顶部和浮筒装置之间为环形取水口，底部与进水口连接。

所述的钢结构支承框架还设置有拦污栅栅槽、闸门和启闭机房，钢结构支承框架前端的两根支承立柱上分别焊接有两根拦污栅栅槽，两根拦污栅栅槽后的相对面上还设置有两根滑槽，闸门两端安装在两根滑槽内，闸门沿滑槽上下滑动；启闭机房设置在钢结构支承框架上部，启闭机房内设置有启闭装置，启闭装置设置在筒型叠套取水管上方，包括固定卷扬式启闭机、桥机和轨道，固定卷扬式启闭机与闸门连接，桥机放置在轨道上，沿轨道滑动，桥机与浮筒装置、筒型叠套取水管活动连接，当需要对浮筒装置、筒型叠套取水管进行检修时，通过桥机将浮筒装置或筒型叠套取水管吊起，便于检修。

所述的筒型叠套取水管为多节式收缩结构，该节数最少为三节，从上至下每节取水管的直径依次减小，相连两节水管的下面一节收缩在上面一节内部，筒型叠套取水管最上面一节与浮筒装置固定连接，最下面一节与进水口固定连接。

所述的浮筒装置为内部空心的圆柱体结构，截面为圆形，底部为平面，顶部为弧形，浮筒装置下半部分沉入水中，上半部分露出水面，顶部采用流线型结构，可减缓浮筒所受风荷载与浪荷载的影响。

所述的筒型叠套取水管的相邻两节水管之间还设置有节间复合止水结构，该复合止水结构包括节间连接结构、节间复合止水结构以及导向及刮污板装置，均设置在自动取水装置取水管的节与节之间预设的搭接间距内，其中：

该连接结构包括挂钩、支承板和挂钩挡板，挂钩固定在上节取水管下端内壁上，挂钩挡板固定在下节取水管上部外壁上，支承板固定在挂钩上，位于挂钩和挂钩挡板之间；

止水结构包括节间导向支承、止水装置和防尘圈，节间导向支承为上、下两组，分别固定在下节取水管上端的外壁上，止水装置固定在两组节间导向支承之间的下节取水管外壁上，防尘圈安装在下节取水管上端部；节间导向支承、止水装置以及防尘圈侧部外沿均与上节取水管内壁接触；

导向及刮污板装置为数组，以取水管圆心为中心，等距呈环形设置在取水管上，每组装置包括导向刮污板、弹簧钢和固定板，固定板设置在上节取水管下端，导向刮污板横截面呈直角三角形，弹簧钢横截面呈“〔”状，一端固定在固定板底部，另一端固定在导向刮污板的斜边上，导向刮污板设置在下节取水管外壁且与下节取水管外壁之间预留有间距。

所述的进水口为三通结构，一个进口向上设置，另一个进口水平设置在前端，最后一个进口水平设置在后端，向上设置的进口与筒型叠套取水管连接，向后设置的进口与出水管道连接，筒型叠套取水管进入的水，通过向上的进口进入，并通过向后设置的进口排出。

所述的支承立柱之间设置有水平的横向连接杆，通过横向连接杆增加支承立柱之间的联系，提高钢结构支承框架的稳定性。

所述的导向装置包括固定结构、转动轴、导向轮架和导向轮，固定结构其直截面呈T型，顶部呈平面状；固定结构底部插入导向轮架顶部，转动轴水平设置在导向轮架中间，固定结构底部与转动轴连接，且绕转动轴转动；导向轮为两组，导向轮架底部两端分别安装一组导向轮。

节间连接结构，运作时，取水管在浮筒的带动下随水位上升时，与浮筒连接的直径最大一节取水管先向上拉开，当该节取水管拉开到最大位置时，设置于该节取水管底部的支承板接触到设置于相邻下节取水管外壁上端部的挂钩挡板，上节取水管通过支承板顶紧挂钩挡板的作用，钩住下节取水管，此时，如水位不再上升，则节间连接结构钩住下面一节取水管，阻止取水管脱开；如水位继续上升，则上节取水管通过支承板钩住下面一节取水管上的挂钩挡板，将浮力进行传递，拉动下节取水管随水位上升，直到又钩住再下一节取水管继续上升。取水管与取水管之间重复上述运作方式，节间连接结构依次通过相互钩连的方式进行力量传导，从而将整个取水管向上逐节拉起。

导向及刮污板装置，在运作过程中，当上节取水管向下叠套下节取水管时，导向刮污板在弹簧钢的推动下，贴近下节取水管的外壁，在下降过程中顺着下节取水管的外壁向下滑动，将附着于下节取水管外壁上的污物顺管壁刮除，从而解决在多节取水管叠套过程中因污物而产生的阻碍，同时，得益于导向刮污板的环形结构，在多节取水管叠套过程中具有导向功能，可有效控制取水管的倾斜和位移，有利于取水管在上升或下降过程中的有序运行。

导向装置在运行过程中，将固定结构顶部的平面与主结构体进行固定连接，两组导向轮在滑槽内沿滑槽滑动，当遇到杂物卡阻时，导向轮架可以以转动轴为铰点转动，使导向轮绕过杂物，避免卡死，达到可自动调整两组导向轮的位置，以适应主结构体和导向槽的相对位置变化，对主结构体的位置进行纠偏，使主结构体能够顺利的运行。

本发明的水力式表层自动取水装置，结构简单，设计科学，使用方便，通过浮筒装置为筒型叠套取水管提供浮力，令取水口漂浮在水体表面，便于进行表层取水，当水体液面发生波动时，可使得取水口跟随水体上下浮动，实现自动取水工作。

附图说明

图1为水力式表层自动取水装置结构示意图。

图2为浮筒装置结构示意图。

图3为三通结构示意图。

图4为导向装置结构示意图。

图5为节间复合止水结构示意图。

图6为节间连接结构示意图。

图7为导向及刮污板装置结构示意图。

图8为启闭设备示意图。

其中，钢结构支承框架1，浮筒装置2，筒型叠套取水管3，进水口4，支承立柱5，拦污栅栅槽6，闸门7，固定卷扬式启闭机8，桥机9，轨道10，挂钩11，支承板12，挂钩挡板13，节间导向支承14，止水装置15，防尘圈16，导向刮污板17，弹簧钢18，固定板19，横向连接杆20，固定结构21，转动轴22，导向轮架23，导向轮24。

具体实施方式

实施例1：一种水力式表层自动取水装置，包括钢结构支承框架1、浮筒装置2、筒型叠套取水管3和进水口4，钢结构支承框架1竖直放置，筒型叠套取水管3竖直放置在钢结构支承框架1内，浮筒装置2与筒型叠套取水管3固定，进水口4设置在钢结构支承框架1底部，钢结构支承框架1包括有四根竖直固定的支承立柱5，四根支承立柱5的内壁上均设置有导向槽，顶节筒型叠套取水管3上部的外壁上设置有四组导向装置，筒型叠套取水管3通过导向装置在导向槽内上、下滑动，筒型叠套取水管3顶部和浮筒装置2之间为环形取水口，底部与进水口4连接。

钢结构支承框架1还设置有拦污栅栅槽6、闸门7和启闭机房，钢结构支承框架1前端的两根支承立柱5上分别焊接有两根拦污栅栅槽6，两根拦污栅栅槽6后的相对面上还设置有两根滑槽，闸门7两端安装在两根滑槽内，闸门7沿滑槽上下滑动；启闭机房设置在钢结构支承框架1上部，启闭机房内设置有启闭装置，启闭装置设置在筒型叠套取水管3上方，包括固定卷扬式启闭机8、桥机9和轨道10，固定卷扬式启闭机8与闸门7连接，桥机9放置在轨道10上，沿轨道10滑动，桥机9与浮筒装置2、筒型叠套取水管3活动连接，当需要对浮筒装置2、筒型叠套取水管3进行检修时，通过桥机9将浮筒装置2或筒型叠套取水管3吊起，便于检修。

筒型叠套取水管3为多节式收缩结构，该节数最少为三节，从上至下每节取水管的直径依次减小，相连两节水管的下面一节收缩在上面一节内部，筒型叠套取水管3最上面一节与浮筒装置2固定连接，最下面一节与进水口4固定连接。

浮筒装置2为内部空心的圆柱体结构，截面为圆形，底部为平面，顶部为弧形，浮筒装置2下半部分沉入水中，上半部分露出水面，顶部采用流线型结构，可减缓浮筒所受风荷载与浪荷载的影响。

筒型叠套取水管3的相邻两节水管之间还设置有节间复合止水结构，该复合止水结构包括节间连接结构、节间复合止水结构以及导向及刮污板装置，均设置在自动取水装置取水管的节与节之间预设的搭接间距内，其中：

该连接结构包括挂钩11、支承板12和挂钩挡板13，挂钩11固定在上节取水管下端内壁上，挂钩挡板13固定在下节取水管上部外壁上，支承板12固定在挂钩11上，位于挂钩11和挂钩挡板13之间；运作时，取水管在浮筒的带动下随水位上升时，与浮筒连接的直径最大一节取水管先向上拉开，当该节取水管拉开到最大位置时，设置于该节取水管底部的支承板12接触到设置于相邻下节取水管外壁上端部的挂钩挡板13，上节取水管通过支承板12顶紧挂钩挡板13的作用，钩住下节取水管，此时，如水位不再上升，则节间连接结构钩住下面一节取水管，阻止取水管脱开；如水位继续上升，则上节取水管通过支承板12钩住下面一节取水管上的挂钩挡板13，将浮力进行传递，拉动下节取水管随水位上升，直到又钩住再下一节取水管继续上升。取水管与取水管之间重复上述运作方式，节间连接结构依次通过相互钩连的方式进行力量传导，从而将整个取水管向上逐节拉起；

止水结构包括节间导向支承14、止水装置15和防尘圈16，节间导向支承14为上、下两组，分别固定在下节取水管上端的外壁上，止水装置15固定在两组节间导向支承14之间的下节取水管外壁上，防尘圈16安装在下节取水管上端部；节间导向支承14、止水装置15以及防尘圈16侧部外沿均与上节取水管内壁接触；

导向及刮污板装置为数组，以取水管圆心为中心，等距呈环形设置在取水管上，每组装置包括导向刮污板17、弹簧钢18和固定板19，固定板19设置在上节取水管下端，导向刮污板17横截面呈直角三角形，弹簧钢18横截面呈“〔”状，一端固定在固定板19底部，另一端固定在导向刮污板17的斜边上，导向刮污板17设置在下节取水管外壁且与下节取水管外壁之间预留有间距；在运作过程中，当上节取水管向下叠套下节取水管时，导向刮污板17在弹簧钢18的推动下，贴近下节取水管的外壁，在下降过程中顺着下节取水管的外壁向下滑动，将附着于下节取水管外壁上的污物顺管壁刮除，从而解决在多节取水管叠套过程中因污物而产生的阻碍，同时，得益于导向刮污板17的环形结构，在多节取水管叠套过程中具有导向功能，可有效控制取水管的倾斜和位移，有利于取水管在上升或下降过程中的有序运行。

进水口4为三通结构，一个进口向上设置，另一个进口水平设置在前端，最后一个进口水平设置在后端，向上设置的进口与筒型叠套取水管3连接，向后设置的进口与出水管道连接，筒型叠套取水管3进入的水，通过向上的进口进入，并通过向后设置的进口排出。

支承立柱5之间设置有水平的横向连接杆20，通过横向连接杆20增加支承立柱5之间的联系，提高钢结构支承框架1的稳定性。

导向装置包括固定结构21、转动轴22、导向轮架23和导向轮24，固定结构21其直截面呈T型，顶部呈平面状；固定结构21底部插入导向轮架23顶部，转动轴22水平设置在导向轮架23中间，固定结构21底部与转动轴22连接，且绕转动轴22转动；导向轮24为两组，导向轮架23底部两端分别安装一组导向轮24；在运行过程中，将固定结构21顶部的平面与主结构体进行固定连接，两组导向轮24在滑槽内沿滑槽滑动，当遇到杂物卡阻时，导向轮架23可以以转动轴22为铰点转动，使导向轮24绕过杂物，避免卡死，达到可自动调整两组导向轮24的位置，以适应主结构体和导向槽的相对位置变化，对主结构体的位置进行纠偏，使主结构体能够顺利的运行。

水力式表层自动取水装置的运行方式为：利用浮筒装置2没入水中部分产生的浮力对整个筒型叠套取水管3提供福利，带动筒型叠套取水管3随水位变幅自动上升或下降，当水位上升时，浮筒装置2上升，带动筒型叠套取水管3依次从大到小向上拉伸，当水位达到最高运行水位时，筒型叠套取水管3全部伸开，取水管处于最大伸开位置；当水位下降时，筒型叠套取水管3依次从小到大向下叠套，当水位达到最低运行水位时，筒型叠套取水管3全部缩回，处于全部叠套装置。

导向装置沿设置于支承立柱5上的导向槽在整个水位变幅运行范围内上、下移动，将浮筒装置2限制在所设置的位置上、下运动，控制浮筒装置2的水平位移以及倾斜进行纠偏和控制。

筒型叠套取水管3设置成上大下小的型式，最上面一节直径最大，依次往下直径逐渐减小，最下面一节直径最小。上部的各节取水管采用活动式连接，浮筒装置2上下运动，最下面一节取水管设计成固定式，和下部的三通结构进水口4形成一个整体。

三通进水口4上端与筒型叠套取水管3底部相连，前端即水平进水口4通过拦污栅栅槽6阻止污物进入流道内，清污方式采用低水位时人工利用临时设备清理污物。筒型叠套取水管3正常运行取表层水时，闸门7处于关闭状态，当筒型叠套取水管3出现卡阻取不到水时，开启闸门7应急取水，一是解决了取水的问题，避免流道断流；二是可防止筒型叠套取水管3出现卡阻，不能下降，取水口露出水面取不到水时，取水管内脱空，导致取水管内外水压差过大，对取水管造成的破坏。

Claims (8)

1.一种水力式表层自动取水装置，其特征在于该装置包括钢结构支承框架（1）、浮筒装置（2）、筒型叠套取水管（3）和进水口（4），钢结构支承框架（1）竖直放置，筒型叠套取水管（3）竖直放置在钢结构支承框架（1）内，浮筒装置（2）与筒型叠套取水管（3）固定，进水口（4）设置在钢结构支承框架（1）底部，钢结构支承框架（1）包括有四根竖直固定的支承立柱（5），四根支承立柱（5）的内壁上均设置有导向槽，顶节筒型叠套取水管（3）上部的外壁上设置有四组导向装置，筒型叠套取水管（3）通过导向装置在导向槽内上、下滑动，筒型叠套取水管（3）顶部和浮筒装置（2）之间为环形取水口，底部与进水口（4）连接。

2.如权利要求1所述的水力式表层自动取水装置，其特征在于所述的钢结构支承框架（1）还设置有拦污栅栅槽（6）、闸门（7）和启闭机房，钢结构支承框架（1）前端的两根支承立柱（5）上分别焊接有两根拦污栅栅槽（6），两根拦污栅栅槽（6）后的相对面上还设置有两根滑槽，闸门（7）两端安装在两根滑槽内，闸门（7）沿滑槽上下滑动；启闭机房设置在钢结构支承框架（1）上部，启闭机房内设置有启闭装置，启闭装置设置在筒型叠套取水管（3）上方，包括固定卷扬式启闭机（8）、桥机（9）和轨道（10），固定卷扬式启闭机（8）与闸门（7）连接，桥机（9）放置在轨道（10）上，沿轨道（10）滑动，桥机（9）与浮筒装置（2）、筒型叠套取水管（3）活动连接，当需要对浮筒装置（2）、筒型叠套取水管（3）进行检修时，通过桥机（9）将浮筒装置（2）或筒型叠套取水管（3）吊起，便于检修。

3.如权利要求1所述的水力式表层自动取水装置，其特征在于所述的筒型叠套取水管（3）为多节式收缩结构，该节数最少为三节，从上至下每节取水管的直径依次减小，相连两节水管的下面一节收缩在上面一节内部，筒型叠套取水管（3）最上面一节与浮筒装置（2）固定连接，最下面一节与进水口（4）固定连接。

4.如权利要求1所述的水力式表层自动取水装置，其特征在于所述的浮筒装置（2）为内部空心的圆柱体结构，截面为圆形，底部为平面，顶部为弧形，浮筒装置（2）下半部分沉入水中，上半部分露出水面，顶部采用流线型结构，可减缓浮筒所受风荷载与浪荷载的影响。

5.如权利要求3所述的水力式表层自动取水装置，其特征在于所述的筒型叠套取水管（3）的相邻两节水管之间还设置有节间复合止水结构，该复合止水结构包括节间连接结构、节间复合止水结构以及导向及刮污板装置，均设置在自动取水装置取水管的节与节之间预设的搭接间距内，其中：

该连接结构包括挂钩（11）、支承板（12）和挂钩挡板（13），挂钩（11）固定在上节取水管下端内壁上，挂钩挡板（13）固定在下节取水管上部外壁上，支承板（12）固定在挂钩（11）上，位于挂钩（11）和挂钩挡板（13）之间；

止水结构包括节间导向支承（14）、止水装置（15）和防尘圈（16），节间导向支承（14）为上、下两组，分别固定在下节取水管上端的外壁上，止水装置（15）固定在两组节间导向支承（14）之间的下节取水管外壁上，防尘圈（16）安装在下节取水管上端部；节间导向支承（14）、止水装置（15）以及防尘圈（16）侧部外沿均与上节取水管内壁接触；

导向及刮污板装置为数组，以取水管圆心为中心，等距呈环形设置在取水管上，每组装置包括导向刮污板（17）、弹簧钢（18）和固定板（19），固定板（19）设置在上节取水管下端，导向刮污板（17）横截面呈直角三角形，弹簧钢（18）横截面呈“〔”状，一端固定在固定板（19）底部，另一端固定在导向刮污板（17）的斜边上，导向刮污板（17）设置在下节取水管外壁且与下节取水管外壁之间预留有间距。

6.如权利要求1所述的水力式表层自动取水装置，其特征在于所述的进水口（4）为三通结构，一个进口向上设置，另一个进口水平设置在前端，最后一个进口水平设置在后端，向上设置的进口与筒型叠套取水管（3）连接，向后设置的进口与出水管道连接，筒型叠套取水管（3）进入的水，通过向上的进口进入，并通过向后设置的进口排出。

7.如权利要求1所述的水力式表层自动取水装置，其特征在于所述的支承立柱（5）之间设置有水平的横向连接杆（20），通过横向连接杆（20）增加支承立柱（5）之间的联系，提高钢结构支承框架（1）的稳定性。

8.如权利要求1所述的水力式表层自动取水装置，其特征在于所述的导向装置包括固定结构（21）、转动轴（22）、导向轮架（23）和导向轮（24），固定结构（21）其直截面呈T型，顶部呈平面状；固定结构（21）底部插入导向轮架（23）顶部，转动轴（22）水平设置在导向轮架（23）中间，固定结构（21）底部与转动轴（22）连接，且绕转动轴（22）转动；导向轮（24）为两组，导向轮架（23）底部两端分别安装一组导向轮（24）。