CN111172953B - 一种水力冲击旋转筒鱼道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力冲击旋转筒鱼道，具体涉及拦河建筑物过鱼技术领域，包括固定于鱼道进口底部河床上的闸基槽，所述闸基槽入口侧设有导流组件，所述闸基槽中间位置沿水流方向设有一排间隔交叉设置的水流调节机构和隔板组件，将鱼道分为缓流区和急流区左右两部分，所述急流区入口处设有调节隔板；水流调节机构包括立轴、旋转筒和叶片。本发明通过旋转筒改善了水流结构，有效调整了局部流场，适宜于目标鱼类洄游，流速减缓有利于鱼类上溯过程中恢复体力，提高了过鱼效果，并且整体结构简单，无需太多维护，经济适用于各种水工工程，适应于高水头大坝。

Description

一种水力冲击旋转筒鱼道

技术领域

本发明涉及拦河建筑物过鱼技术领域，具体涉及一种水力冲击旋转筒鱼道。

背景技术

随着大量水利设施的不断修建，鱼类的生存环境受到了严重的威胁，拦河建筑物隔断了上下游的水流，使得原来河流里的鱼类无法洄游，造成大量鱼类的减少甚至灭绝。

水生生物保护是水利水电工程建设项目中需要考虑的重要问题。为了保护天然渔业资源、保障水生生态系统的连续性和多样性，目前采取的主要修复措施是在水电水利工程中修建鱼道，鱼道是一种过鱼建筑物，帮助鱼类洄游。

世界上现有鱼道的主要类型有丹尼尔式、溢流堰式、淹没孔口式、竖缝式、组合式、特殊结构式和仿自然式。丹尼尔式鱼道水槽的槽壁和槽底设有阻板和底坎，流量较大，能改善下游吸引鱼类的条件，但水流紊动剧烈，水位变动的适应性差，只适合游泳能力较强劲的鱼类；溢流堰式鱼道使鱼类从堰顶通过，过流较平稳，但消能不充分，水位变动的适应性差，只适合喜欢在表层洄游和有跳跃习性的鱼类；淹没孔口式鱼道过鱼孔淹没在水下，能适应水位变动的性能较好，但消能不够充分，主要依靠水流扩散来消能，孔口布置在鱼道的中低层，只适合喜欢在底层洄游的大中型鱼类；竖缝式鱼道的水槽大部分被拦截，仅留下一条过鱼竖缝，消能效果较充分，能适应较大水位变幅，能适应较复杂流态的大中型鱼类，但易造成池室内水流的弯折和紊动；组合式鱼道为溢流堰、潜孔及竖缝的组合，能较好发挥各种类型孔口的水力特性，能适应不同习性鱼类，但结构复杂、设计难度大；特殊结构式鱼道用填满刨花的竹篓等固定在混凝土墙上，结构简单，经济，但编筐和竹篓等易腐烂，需经常更新，只适合会爬行、能粘附、善于穿越草丛的鱼类；仿自然式鱼道水流能耗通过浅滩、粗石子或小型瀑布实现，鱼类在池中的休息条件良好，可满足多种鱼类的要求，只适用水头较小，要求有合适的地形。

现有的鱼道存在着不能满足不同鱼类洄游、过鱼效率低、不适用高水头拦河建筑物等缺点，因此，发明一种过鱼效率高的水力转筒鱼道变得十分有意义。

发明内容

为此，本发明提供一种水力冲击旋转筒鱼道，鱼道用于连接高水头拦河建筑物的上下游，鱼类由其中从下游洄游到上游；鱼道分为左右两侧，鱼道中线布置一系列旋转筒，旋转筒上布置有多个叶片，利用右侧水流冲击带动叶片旋转，部分水流被带到鱼道左侧，从而减缓左侧鱼道水流的流速，以满足鱼类的洄游需求，解决了传统鱼道流速急的问题，保证了鱼类洄游产卵及鱼类的洄游环境，适应于高水头大坝，过鱼效率高。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水力冲击旋转筒鱼道，包括固定于鱼道进口底部河床上的闸基槽，所述闸基槽入口侧设有导流组件，所述闸基槽中间位置沿水流方向设有一排间隔交叉设置的水流调节机构和隔板组件，将鱼道分为缓流区和急流区左右两部分，所述急流区入口处设有调节隔板；

水流调节机构包括立轴、旋转筒和叶片，所述旋转筒固定设置于立轴外部，所述叶片设置为多个且呈环形阵列分布于旋转筒外壁，所述叶片与旋转筒固定连接，所述叶片以立轴为基点，在水流的冲击力下旋转，用于调节缓流区和急流区的水流流态；

隔板组件包括横向隔板和纵向隔板，所述纵向隔板沿水流方向设置，所述横向隔板沿水流垂直方向设置，所述横向隔板与纵向隔板固定连接。

进一步地，所述鱼道连接高水头拦河建筑物的上下游，鱼类由其中从下游洄游到上游。

进一步地，所述导流组件包括L型空心挡板和横空心挡板，所述L型空心挡板与缓流区相对应，所述横空心挡板与急流区相对应，所述L型空心挡板和横空心挡板分别与闸基槽两侧内壁固定连接，所述L型空心挡板和横空心挡板之间为急流区入口。

进一步地，多个立轴顶部设有一个横梁，所述立轴顶端通过轴承与横梁固定连接，底端通过轴承与闸基槽固定连接，所述横梁通过支架与闸基槽固定连接。

进一步地，所述叶片截面设置为弧形。

进一步地，所述水流调节机构还包括用于控制旋转筒转速的控制组件，所述控制组件包括减速电机、旋转编码器和PLC控制器，所述PLC控制器输入端与旋转编码器相连，所述PLC控制器输出端与减速电机相连，所述减速电机与立轴传动连接，所述旋转编码器固定设置于立轴上。

进一步地，所述纵向隔板设置于横向隔板一端，所述纵向隔板与横向隔板一体化成型，且设置为中空状，相邻两个纵向隔板之间的间距大于水流调节机构的最大宽度。

进一步地，所述调节隔板中空设置，所述调节隔板设置为倾斜状，所述调节隔板靠近急流区入口的一端远离缓流区，所述调节隔板远离急流区入口的一端靠近缓流区，且与靠近急流区入口的一个水流调节机构相对应。

进一步地，所述调节隔板通过转轴连接调节电机，用于调整过流量，所述转轴贯穿调节隔板，且顶端通过轴承和支架与横梁固定连接，底端通过轴承与闸基槽固定连接。

进一步地，所述缓流区对应的闸基槽的槽底设置为台阶状，且所述槽底均匀分布有拦水坎。

本发明具有如下优点：

1、本发明利用下泄水流对叶片的动力冲击作用，带动旋转筒旋转，耗散另一侧水体动能，减缓水流流速，形成适宜流态和水动力条件，能够实现鱼道的连续过鱼，缩短过鱼时间，减小鱼类体能消耗，保障鱼类安全，尤其对体质较差或体能消耗过大的鱼类有积极的保护作用，为鱼类后续上行洄游保存了体力，为优质产卵提供了保证，克服现有竖缝鱼道过鱼竖缝流速较大等技术缺陷，提高鱼道过鱼效果；

2、本发明通过旋转筒改变过鱼区水流流态，可保持适宜流速，保证鱼道全天候正常运行；与现有方法相比，本发明不受鱼道布置型式的限制，同时也不需从上游补水，不会对发电效率产生影响，实现了施工简单、运行可靠，使用方便和原理简单易懂的效果，并且整体结构简单，无需太多维护，经济适用于各种水工工程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的整体俯视图；

图2为本发明实施例1提供的整体侧视图；

图3为本发明实施例1提供的水流调节机构俯视图；

图4为本发明实施例1提供的隔板组件剖视图；

图5为本发明实施例2提供的水流调节机构剖视图；

图6为本发明实施例3提供的调节隔板剖视图；

图7为本发明实施例2和实施例3提供的系统控制结构示意图；

图8为本发明实施例1提供的拦水坎结构示意图；

图中：1闸基槽、2水流调节机构、21立轴、22旋转筒、23叶片、241减速电机、242旋转编码器、243PLC控制器、3隔板组件、31横向隔板、32纵向隔板、4缓流区、5急流区、6调节隔板、7L型空心挡板、8横空心挡板、9横梁、10调节电机、11转轴、12拦水坎。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参照说明书附图1-4，该实施例一种水力冲击旋转筒鱼道，包括固定于鱼道进口底部河床上的闸基槽1，所述闸基槽1入口侧设有导流组件，所述闸基槽1中间位置沿水流方向设有一排间隔交叉设置的水流调节机构2和隔板组件3，将鱼道分为缓流区4和急流区5左右两部分，所述急流区5入口处设有调节隔板6；

水流调节机构2包括立轴21、旋转筒22和叶片23，所述旋转筒22固定设置于立轴21外部，所述叶片23设置为多个且呈环形阵列分布于旋转筒22外壁，所述叶片23与旋转筒22固定连接，所述叶片23截面设置为弧形，所述叶片23以立轴21为基点，在水流的冲击力下旋转，用于调节缓流区4和急流区5的水流流态；

隔板组件3包括横向隔板31和纵向隔板32，所述纵向隔板32沿水流方向设置，所述横向隔板31沿水流垂直方向设置，所述横向隔板31与纵向隔板32固定连接。

进一步地，所述鱼道连接高水头拦河建筑物的上下游，鱼类由其中从下游洄游到上游。

进一步地，所述导流组件包括L型空心挡板7和横空心挡板8，所述L型空心挡板7与缓流区4相对应，所述横空心挡板8与急流区5相对应，所述L型空心挡板7和横空心挡板8分别与闸基槽1两侧内壁固定连接，所述L型空心挡板7和横空心挡板8之间为急流区5入口。

进一步地，所述调节隔板6中空设置，所述调节隔板6设置为倾斜状，所述调节隔板6靠近急流区入口的一端远离缓流区4，所述调节隔板6远离急流区5入口的一端靠近缓流区4，且与靠近急流区5入口的一个水流调节机构2相对应。

进一步地，多个立轴21顶部设有一个横梁9，所述立轴21顶端通过轴承与横梁9固定连接，底端通过轴承与闸基槽1固定连接，所述横梁9通过支架与闸基槽1固定连接。

进一步地，所述纵向隔板32设置于横向隔板31一端，所述纵向隔板32与横向隔板31一体化成型，且设置为中空状，相邻两个纵向隔板32之间的间距大于水流调节机构2的最大宽度。

实施场景具体为：本发明在使用时，鱼类经鱼道洄游，此时下泄水流先进入导流组件之间，经L型空心挡板7和横空心挡板8将两侧的水流挡住，水流只能够从两者之间进入缓流区4和急流区5，水流在进入急流区5时，经倾斜设置的调节隔板6进行导向，水流集中与一排水流调节机构2接触，此时利用下泄水流对叶片23的动力冲击作用，带动旋转筒22和叶片23旋转；

当急流区5下泄流速较大时，旋转筒22旋转速度快，缓流区4原有水体与叶片23带来的水体运动方向相反，紊动动能相互抵消而使得流速趋缓，形成适宜流态和水动力条件，能够实现鱼道的连续过鱼，缩短过鱼时间，减小鱼类体能消耗，保障鱼类安全，尤其对体质较差或体能消耗过大的鱼类有积极的保护作用，为鱼类后续上行洄游保存了体力，为优质产卵提供了保证，克服现有竖缝鱼道过鱼竖缝流速较大等技术缺陷，提高鱼道过鱼效果；

当急流区5下泄流速较小时，缓流区4水体流速也较小，流态和水动力条件适宜，也方便过鱼；

因此，无论是处于水流速度较大还是较小的情况，本发明都能够保证鱼道全天候正常运行，提高过鱼效果；与现有方法相比，本发明鱼道流速总体较小，有利于鱼类洄游，且不受鱼道布置型式的限制，同时也不需从上游补水，不会对发电效率产生影响。

参照说明书附图8，所述缓流区4对应的闸基槽1的槽底设置为台阶状，且所述槽底均匀分布有拦水坎12，以利进一步减缓水流流速，便于鱼类短暂休憩恢复体力。

实施例2：

参照说明书附图5和图7，所述水流调节机构2还包括用于控制旋转筒22转速的控制组件，所述控制组件包括减速电机241、旋转编码器242和PLC控制器243，所述PLC控制器243输入端与旋转编码器242相连，所述PLC控制器243输出端与减速电机241相连，所述减速电机241与立轴21传动连接，所述旋转编码器242固定设置于立轴21上，所述旋转编码器242将检测信息输出至PLC控制器243，由PLC控制器243控制减速电机241的运行。

实施场景具体为：本发明还可以采用减速电机241进行控制旋转筒22和叶片23的转速，在使用时，旋转编码器242能够检测立轴21的转速，PLC控制器243能够根据检测的转速信号判断水流的速度，通过减速电机241适当增大或减小叶片23的转速，可保持适宜流速，保证鱼道全天候正常运行。

实施例3：

参照说明书附图6-7，所述调节隔板6通过转轴11连接调节电机10，用于调整过流量，所述转轴11贯穿调节隔板6，且顶端通过轴承和支架与横梁9固定连接，底端通过轴承与闸基槽1固定连接。

实施场景具体为：本发明还可以通过调节电机10控制调节隔板6的倾斜角度，从而控制急流区5的过流量；具体为：将调节电机10与PLC控制器243电连接，通过旋转编码器242检测到的信息判断水流速度后，由PLC控制器243控制调节电机10工作，此调节电机10通过转轴11带动调节隔板6转动，实现调节隔板6倾斜角度的调节，即实现急流区5过流量的调节，从而调节旋转筒22的转速，保持缓流区4适宜流速，保证鱼道全天候正常运行。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水力冲击旋转筒鱼道，包括固定于鱼道进口底部河床上的闸基槽(1)，其特征在于：所述闸基槽(1)入口侧设有导流组件，所述闸基槽(1)中间位置沿水流方向设有一排间隔交叉设置的水流调节机构(2)和隔板组件(3)，将鱼道分为缓流区(4)和急流区(5)左右两部分，所述急流区(5)入口处设有调节隔板(6)；

水流调节机构(2)包括立轴(21)、旋转筒(22)和叶片(23)，所述旋转筒(22)固定设置于立轴(21)外部，所述叶片(23)设置为多个且呈环形阵列分布于旋转筒(22)外壁，所述叶片(23)与旋转筒(22)固定连接，所述叶片(23)以立轴(21)为基点，在水流的冲击力下旋转，用于调节缓流区(4)和急流区(5)的水流流态；

隔板组件(3)包括横向隔板(31)和纵向隔板(32)，所述纵向隔板(32)沿水流方向设置，所述横向隔板(31)沿水流垂直方向设置，所述横向隔板(31)与纵向隔板(32)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述鱼道连接高水头拦河建筑物的上下游，鱼类由其中从下游洄游到上游。

3.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述导流组件包括L型空心挡板(7)和横空心挡板(8)，所述L型空心挡板(7)与缓流区(4)相对应，所述横空心挡板(8)与急流区(5)相对应，所述L型空心挡板(7)和横空心挡板(8)分别与闸基槽(1)两侧内壁固定连接，所述L型空心挡板(7)和横空心挡板(8)之间为急流区(5)入口。

4.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：多个立轴(21)顶部设有一个横梁(9)，所述立轴(21)顶端通过轴承与横梁(9)固定连接，底端通过轴承与闸基槽(1)固定连接，所述横梁(9)通过支架与闸基槽(1)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述叶片(23)截面设置为弧形。

6.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述水流调节机构(2)还包括用于控制旋转筒(22)转速的控制组件，所述控制组件包括减速电机(241)、旋转编码器(242)和PLC控制器(243)，所述PLC控制器(243)输入端与旋转编码器(242)相连，所述PLC控制器(243)输出端与减速电机(241)相连，所述减速电机(241)与立轴(21)传动连接，所述旋转编码器(242)固定设置于立轴(21)上。

7.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述纵向隔板(32)设置于横向隔板(31)一端，所述纵向隔板(32)与横向隔板(31)一体化成型，且设置为中空状，相邻两个纵向隔板(32)之间的间距大于水流调节机构(2)的最大宽度。

8.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述调节隔板(6)中空设置，所述调节隔板(6)设置为倾斜状，所述调节隔板(6)靠近急流区入口的一端远离缓流区(4)，所述调节隔板(6)远离急流区(5)入口的一端靠近缓流区(4)，且与靠近急流区(5)入口的一个水流调节机构(2)相对应。

9.根据权利要求4所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述调节隔板(6)通过转轴(11)连接调节电机(10)，用于调整过流量，所述转轴(11)贯穿调节隔板(6)，且顶端通过轴承和支架与横梁(9)固定连接，底端通过轴承与闸基槽(1)固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种水力冲击旋转筒鱼道，其特征在于：所述缓流区(4)对应的闸基槽(1)的槽底设置为台阶状，且所述槽底均匀分布有拦水坎(12)。

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