CN109868788A - 一种浮体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮体装置,其包括、第一浮体(4)、第二浮体(3)和导杆(2),所述第一浮体(4)的底部连接有拉索(5);导杆(2)的底端与第一浮体(4)固定连接;第二浮体(3)可滑动地设置穿设在导杆(2)上,且第二浮体(3)位于第一浮体(4)的上方,导杆(2)的顶端设置有防止所述第二浮体(3)脱离导杆(2)的限位部件。本发明实现了在春季需要改善水温时,提升隔水幕墙,减小顶部过流高度,增加隔水幕墙拦挡面积,提高水温改善效果;在夏季荷载过大时下放隔水幕墙,增加顶部过流高度,减小隔水幕墙拦挡面积,减小荷载,且整个调整的过程自动完成,无需人工干预,自动实现了顶部过流高度和隔水幕墙载荷的调节。

Description

一种浮体装置
技术领域
本发明涉及一种浮体装置,具体是一种分段式(分体式)的浮体装置,该浮体用于悬挂隔水幕墙,可根据幕墙所受荷载调整自身形态,降低幕墙承受的最大荷载。
背景技术
大型水库具有水温分层现象,对于水温整体大于4℃的情况,越靠近水表,水温越高,越靠近库底水温越低。电厂取水口高程较低时,会在春季、夏季下泄低温水,在下游引起一系列严重的生态问题。针对这一现象,现有的工程措施之一是在取水口前方修建隔水幕墙,例如专利文献1(公开号:CN104389297B)所公开的一种提高大型水库分层低温水的装置及方法,利用隔水幕墙挡住水库下层低温水,仅让水库表层高温水进入电站取水口。隔水幕墙修建后,其靠电站取水口一侧水温较高,而靠库区一侧水温较低。根据水的温度-密度函数,水体大于4℃时,水温越高,水密度越低。即挡水装置靠库区一侧水体的重量重于靠电站取水口一侧的水体,由此会使隔水幕墙承受由流体异重引起的巨大静水压力。
由于水库水温随季节的变化而变化,因此幕墙所承受的荷载也是随水库水温的变化呈现出季节性的变化。通常的,对水温的改善需求主要集中在春季,此时为鱼类产卵,农作物灌溉的季节,低温水的下泄将造成严重不利影响。
在隔水幕墙设计时,幕墙顶部过流高度是一个重要的设计参数,该参数是指幕墙顶部到水面的距离。这个区域的水体位于水表,没有被幕墙拦挡,可翻过幕墙进入电站取水口。顶部过流高度越小,幕墙就越能取用到靠表层的,温度更高的水体。但是顶部过流高度越小,幕墙的拦挡面积就越大,幕墙两侧水体的温差也越大,会使得幕墙的荷载越大。
夏季水库水温分层现象最为明显,隔水幕墙上下游测温差最大,荷载也是全年中的最大值。一般的,在同样的设计参数(顶部过流高度相同)下,夏季隔水幕墙所受荷载为春季的2到8倍。而在夏季,电站并没有过高的下泄水温改善需求。若为了在春季提高水温改善效果,将隔水幕墙的顶部过流高度设计地过小,将导致在夏季时,幕墙所承受的荷载巨大。但是若是为了减小夏季时幕墙承受的荷载,增加隔水幕墙的顶部过流高度,又会使隔水幕墙在春季的水温改善效果欠佳。现有技术,水面的浮体装置通过拉索与隔水幕墙的顶端连接,隔水幕墙顶端的位置(高度)无法随着季节或者载荷的变化而调整。因此,如何让隔水幕墙跟随季节(幕墙所受荷载)的变化而改变隔水幕墙的顶部过流高度成为急需解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题,本发明提出一种浮体装置,用于连接隔水幕墙的顶部,可根据隔水幕墙所受荷载的变化而自动调整隔水幕墙的顶部过流高度,降低隔水幕墙承受的最大荷载。具体技术方案如下。
一种浮体装置,其特征在于,包括:
第一浮体,所述第一浮体的底部连接有拉索;
导杆,所述导杆的底端与所述第一浮体固定连接;
第二浮体,所述第二浮体可滑动地设置穿设在所述导杆上,且所述第二浮体位于所述第一浮体的上方,所述导杆的顶端设置有防止所述第二浮体脱离所述导杆的限位部件。
本发明的浮体装置的工作原理如下:拉索与水下的隔水幕墙的顶端固定连接,当拉索受到的荷载较低时,第一浮体处于低荷载状态,第一浮体处于水面位置,第二浮体位于导杆的下部且被第一浮体支撑,隔水幕墙在竖直方向上的悬挂力由第一浮体提供;当拉索受到的荷载进一步增加,超过第一浮体所能提供的浮力后,第一浮体在荷载的作用下开始下沉于水中,第二浮体沿着导杆滑动且处于水面位置,第二浮体与第一浮体逐渐分离,该状态使隔水幕墙的顶部高度逐渐下降,隔水幕墙的顶部过流高度增加,使得隔水幕墙的荷载降低,当荷载降低至与第一浮体浮力相当时,达到平衡状态,此时隔水幕墙在竖直方向上的悬挂力仍然由第一浮体提供;当隔水幕墙的荷载继续增加,拉索将第一浮体进一步向水下拉动,第二浮体滑动至导杆的顶部,此时浮体装置提供最大的浮力,此时隔水幕墙在竖直方向上的悬挂力由第一浮体和第二浮体共同提供。由此,实现了在春季需要改善水温时,提升幕墙,减小顶部过流高度,增加幕墙拦挡面积,提高水温改善效果;在夏季荷载过大时下放幕墙,增加顶部过流高度,减小幕墙拦挡面积,减小荷载。
进一步地,第一浮体、第二浮体均采用浮箱。浮箱可采用钢制密封的箱体结构,箱体内可以填充泡沫等轻质材料,当然也可以不进行填充。采用钢制的浮箱能够简化制造工艺,提高使用寿命。
进一步地,优选所述导杆的数量为至少两根,且全部的导杆相互平行;所述限位部件为与所述导杆顶端固定连接的限位杆或限位框架。当采用两根导杆时,第二浮体同时穿设在两根导杆上,两根导杆的顶端固定连接一根限位杆,限位杆能够防止第二浮体从导杆中脱离,即第二浮体只能在限位杆和第一浮体之间进行滑动;当采用三根及以上的导杆时,全部的导杆的顶端通过限位杆相连或者全部的导杆的顶端都与限位框架固定连接,实现对第二浮体限位的同时,有利于提高导杆和限位框架的整体刚度。确保第二浮体能够顺利地在导杆上滑动。
进一步地,所述第二浮体的侧面上固定有耳板,所述耳板具有通孔,所述导杆穿设在所述通孔中。
进一步地,所述导杆的数量为四个,所述四个导杆穿设在所述第二浮体的四个角部。
本发明相比于现有技术,实现了在春季需要改善水温时,提升隔水幕墙,减小顶部过流高度,增加隔水幕墙拦挡面积,提高水温改善效果;在夏季荷载过大时下放隔水幕墙,增加顶部过流高度,减小隔水幕墙拦挡面积,减小荷载,且整个调整的过程自动完成,无需人工干预,自动实现了顶部过流高度和隔水幕墙载荷的调节。
附图说明
图1为本发明的浮体装置的正视图;
图2为本发明的浮体装置的侧视图;
图3为本发明的浮体装置的俯视图;
图4为本发明的浮体装置不同状态下的示意图。
图中:1—限位框架、2—导杆、3—上浮箱、4—下浮箱、5—拉索。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参见图1-4,本发明的浮体装置包括限位框架1(限位部件的示例)、导杆2、上浮箱3(第二浮体的示例)、下浮箱4(第一浮体的示例),限位框架1四端与四根导杆2相连接,用于增加导杆2刚性,避免上浮箱3由于导杆2变形发生卡阻;导杆2上端与限位框架1固接,导杆2穿过上浮箱4个角部,上浮箱4可相对于导杆2滑动,导杆2下端与下浮箱4固接,上浮箱3被限制在下浮箱4和限位框架1之间移动,上浮箱3位于下浮箱4的上方;上浮箱3和上浮箱4为提供浮力的主要结构;下浮箱4底部正中与拉索5连接,拉索5的下端与隔水幕墙(未图示)的顶端连接,拉索用于传递隔水幕墙受到的荷载。需要说明的是:导杆2数量也可以是一根或两个以上,只要其能够引导上浮箱3的滑动即可;上浮箱3和上浮箱4也可以采用其他形式的浮体结构,只要其能够提供浮力即可;限位框架1也可以不是框架结构,比如可以是连接两根导杆的限位杆,当只设置一根导杆时,限位框架1可改变为其他任何形式的限位部件,只要其能够限制上浮箱3的极限位置,防止上浮箱3从导杆2中脱离即可。上浮箱4的侧面上可固定有耳板(未图示),耳板具有通孔,导杆2穿设在该通孔中以实现导杆2对上浮箱4的引导。另外,本发明的浮体装置也可以应用于其他需要用到浮体装置的领域,而不局限于隔水幕墙的应用。
如图4所示,拉索5荷载较低时(图4中左图),下浮箱4处于低荷载状态,浮箱浮力由下浮箱提供;如图4中间图所示,当荷载进一步增加,超过下浮箱4所能提供的浮力后,下浮箱4在荷载的作用下开始下沉,该状态使隔水幕墙顶部过流高度增加,降低幕墙荷载,以及浮箱承受的荷载,当荷载降低至与下浮箱4浮力相当时,下浮箱4达到平衡状态,上浮箱3处于水面位置;当荷载继续增加,如图4中右图所示,下浮箱4拉伸至底部时,上浮箱3滑动至导杆2的顶部,上浮箱3和下浮箱4共同提供浮力,隔水幕墙顶部过流高度进一步增加,载荷在一定程度上降低。
本发明应用在某水电站低温水治理工程,水库正常蓄水位475.00m,最大坝高185.5m,引水发电系统进水口底板高程408.00m。水库蓄水后,库区呈现出明显的温度分层现象,致使春夏季节下泄水温低于天然情况下水温,对下游鱼类的产卵繁殖产生不利影响。为能使鱼类在产卵期具备适宜的水温条件,需在电站进水口上游约400m处修建挡水幕墙提高三板溪水电站下泄水温。
其中,浮箱选用钢制浮箱,取下浮箱体积20m3,长4m、宽5m、高1m;上浮箱体积100m3,长4m、宽5m、高5m;导杆为长16m,直径30cm,壁厚2cm的不锈钢圆筒,限位框架1由30c槽钢焊接而成。
根据坝前三维水温模型和索网模型的联合计算成果,顶部过流高度为30m时,隔水幕墙在春季5月受力为563t,浮箱荷载为18t;夏季8月泄洪工况隔水幕墙最大荷载为1753t,浮箱最大荷载为56t;若将隔水幕墙下放10m,最大荷载可降低至1125t,浮箱最大荷载可降低至39t。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便,上文中出现的“上”、“下”字样,仅表示与附图本身的上、下方向一致,并不对结构起限定作用。本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是局限性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种浮体装置,其特征在于,包括:
第一浮体(4),所述第一浮体(4)的底部连接有拉索(5);
导杆(2),所述导杆(2)的底端与所述第一浮体(4)固定连接;
第二浮体(3),所述第二浮体(3)可滑动地设置穿设在所述导杆(2)上,且所述第二浮体(3)位于所述第一浮体(4)的上方,所述导杆(2)的顶端设置有防止所述第二浮体(3)脱离所述导杆(2)的限位部件。
2.根据权利要求1所述的一种浮体装置,其特征在于,第一浮体(4)、第二浮体(3)均采用浮箱。
3.根据权利要求1所述的一种浮体装置,其特征在于,所述导杆(2)的数量为至少两根,且全部的导杆(2)相互平行;所述限位部件为与所述导杆(2)顶端固定连接的限位杆或限位框架(1)。
4.根据权利要求1所述的一种浮体装置,其特征在于,所述第二浮体(3)的侧面上固定有耳板,所述耳板具有通孔,所述导杆(2)穿设在所述通孔中。
5.根据权利要求1所述的一种浮体装置,其特征在于,所述导杆(2)的数量为四个,所述四个导杆(2)穿设在所述第二浮体(3)的四个角部。
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