CN112746604A - 一种船闸省水系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船闸省水系统及其使用方法，所述的船闸省水系统包括闸室系统、输水系统、储水系统；储水系统设置在闸室系统的两侧或一侧；输水系统设置在闸室系统的下部的两侧或下部的一侧；闸室系统包括闸室、闸室上游工作门、闸室下游工作门、闸室底部进出水管；闸室上游工作门设置在闸室的前端处；闸室下游工作门设置在闸室的后端处；闸室底部进出水管设置在闸室的底部。本发明通过储水舱与输水廊道的共同作用，可将闸室内50％以上水体反复利用，在保证船闸正常运行的基础上实现节约水资源的目的，降低船闸运行成本。本发明针对省水船闸的运行方式进行了说明，提供了简单便利的操作运行方式。

Description

一种船闸省水系统及其使用方法

技术领域

本发明属于水利系统结构领域，具体涉及一种船闸省水系统结构技术领域。

背景技术

随着国内水电建设的发展，高坝大库日益增多，在水利水电建设推进的过程中还需关注原航道的航运可持续发展。因此在大部分江河挡水建筑物上需新建通航过坝设施，以恢复和满足黄金水道的航运需求。现阶段通航建筑物中船闸占比最大，船闸需通过输水系统自上游水库获得水量以实现闸室内部水位的涨落，运行过程中造成对水库水资源的消耗，特别是高水头单级及多级船闸的运行耗水量巨大，同时也对水库电站发电效益产生影响。因此降低船闸耗水量对水资源综合开发利用和节能减排意义重大。

发明内容

针对船闸耗水量大的不足，本发明提供了一种船闸省水系统及其使用方法，在保证船闸安全稳定运行的前提下对闸室内水体进行反复利用，降低船闸耗水量。

本发明采用如下技术方案实现。

一种船闸省水系统，本发明所述的船闸省水系统包括闸室系统、输水系统、储水系统；

储水系统设置在闸室系统的两侧或一侧；输水系统设置在闸室系统的下部的两侧或下部的一侧；

闸室系统包括闸室1、闸室上游工作门6、闸室下游工作门7、闸室底部进出水管8；闸室上游工作门6设置在闸室1的前端处；闸室下游工作门7设置在闸室1的后端处；闸室底部进出水管8设置在闸室1的底部；

输水系统包括输水系统上游工作门2、输水廊道10、输水系统下游工作门12；输水系统上游工作门2的高度大于输水系统下游工作门12的高度；在输水系统上游工作门2和输水系统下游工作门12之间设置为输水廊道10；所述的输水廊道10与闸室底部进出水管8连接；

储水系统包括连通管道11和设置在多层的储水单元，连通管道11自上而下设置；每层储水单元包括一个储水仓、控制阀9和储水仓支管13；储水仓支管13设置在储水仓的底部，储水仓支管13上设置有控制阀9；在连通管道11的不同高度设置有接头，分别与每层的储水仓支管13连接。

进一步为，本发明所述的多层的储水单元，其层数大于等于2。

进一步为，本发明所述的多层储水单元中包含的储水仓，最上层储水舱顶面与闸室1内最高水位的高差大于等于储水舱高度。

进一步为，本发明所述的多层储水单元中包含的储水仓，最低层储水舱底面与闸室1内最低水位高差大于或等于储水舱高度。

进一步为，本发明闸室内最大充水量等于上游最高通航水位与下游最低通航水位之间闸室内部体积。

进一步为，本发明所述的储水系统设置在闸室系统的两侧时，为对称设置。

进一步为，本发明所述的输水系统设置在闸室系统的下部的两侧时，为对称设置。

进一步为，本发明在所述的储水仓和闸室1上设置有液位传感器。

进一步为，本发明所述的控制阀9为电控阀，与电脑终端连接；液位传感器亦与电脑终端连接。

如上述船闸省水系统的使用方法，本发明所述的使用方法包括使闸室1内的船只向下游通行的步骤：

步骤1)打开输水系统上游工作门2，对闸室1内部注水，控制抬升闸室1内部水位与上游水位平齐后停止注水；

步骤2)打开闸室上游工作门6，船只驶入闸室1，关闭闸室上游工作门6；

步骤3)打开最顶层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由闸室1流至该层储水舱；待该层储水舱内充满水后关闭该层控制阀9；

步骤4)打开次顶层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由闸室1流至该层储水舱；待该层储水舱内充满水后关闭该层控制阀9；

步骤5)依此操作，直到最底层储水仓内充满时关闭该层控制阀9；

步骤6)由于步骤3)、4)、5)的操作，闸室1内的水依序流入至上而下设置的储水仓内，随着闸室1内液位的降低，完成船只位置下移；

步骤7)若完成步骤6)后，闸室1内仍有较多水体，则打开闸室底部进出水管8和输水系统下游工作门12，将多余的水体排出，以达到闸室1的水位与下游水位齐平，打开闸室下游工作门7，船只驶入下游河道，关闭闸室下游工作门7，完成船只向下游通行的步骤。

本发明所述的使用方法包括使闸室1内的船只向上游通行的方法：

步骤8)打开输水系统下游工作门12控制降低闸室1内部水位与下游水位平齐，

步骤9)打开闸室下游工作门7，船只驶入闸室1，关闭闸室下游工作门7；

步骤10)打开最底层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由该层储水舱流至闸室1；待最底层储水舱水体全部进入闸室后关闭该层控制阀9；

步骤11)打开次底层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由该层储水舱流至闸室1；待该层舱内水体全部进入闸室后关闭该层控制阀9；

步骤12)依此操作，直到最顶层储水仓内充满时关闭该层控制阀9；

步骤13)由于10)、11)、12)的操作，至下而上设置的储水仓内的水依序流入闸室1内，随着闸室1内液位的升高，完成船只位置上升；

步骤14)若完成步骤13)后，闸室1内水体不足，则打开闸室底部进出水管8和输水系统上游工作门2，对闸室1进行水体补充，以达到闸室1的水位与上游水位齐平，打开闸室上游工作门6，船只驶入上游河道，关闭闸室上游工作门6，完成船只向上游通行的步骤。

通过布置储水舱，收集闸室1内部分水体，同时可降低闸室1边墙内部的混凝土用量，达到优化工程量减低成本的效果；同时闸室自重减小，地震惯性力降低，闸室稳定性进一步提高。

通过储水舱内充泄补水结构布置，可降低船闸内阀门及闸门工作水头，避免高水头下的阀门空蚀空化问题，设备选型要求降低，提高运行安全性。

所述储水舱不仅可以每层按照贯通储水舱布置，也可按每层布置若干独立储水舱，体积形状可灵活选择。同时结合闸室1结构尺寸要求，在保证第一层和第三层绝对高程的前提下可将储水舱布置于闸室1内侧或外侧，布置优化空间极大。

液位传感器布置于闸室1侧壁及储水舱上下底板，用于判断闸室1内与每层储水舱内水位关系，进一步传递控制阀9启闭信息。

本发明的有益效果在于：

(1)通过调整储水舱布置层数，可相应提高竖井内水体的利用率，理想情况下利用率可达100％。结合施工及运行的合理性，该系统初步布置三层储水舱，水体利用率为50％以上。

(2)通过设置储水舱，可降低闸室边墙内部的混凝土用量，达到优化工程量减低成本的效果；同时闸室自重减小，地震惯性力降低，闸室稳定性进一步提高。

(3)通过设置储水舱，可降低船闸内阀门及闸门工作水头，避免高水头下的阀门空蚀空化问题，设备选型要求降低，提高运行安全性。

附图说明

图1是本发明实施例1俯视图；

图2是本发明实施例1纵剖面图；

图3是本发明实施例1横剖面图。

图中：闸室(1)、输水系统上游工作门(2)、第三层储水舱(3)、第二层储水舱(4)、第一层储水舱(5)、闸室上游工作门(6)、闸室下游工作门(7)、闸室底部进出水管(8)、控制阀(9)，输水廊道(10)，连通管道(11)、输水系统下游工作门(12)。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本方法进一步详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的工作原理进行详细说明。如图1至3所示。

一种船闸省水系统，本发明所述的船闸省水系统包括闸室系统、输水系统、储水系统；

储水系统设置在闸室系统的两侧或一侧；输水系统设置在闸室系统的下部的两侧或下部的一侧；

闸室系统包括闸室1、闸室上游工作门6、闸室下游工作门7、闸室底部进出水管8；闸室上游工作门6设置在闸室1的前端处；闸室下游工作门7设置在闸室1的后端处；闸室底部进出水管8设置在闸室1的底部；

输水系统包括输水系统上游工作门2、输水廊道10、输水系统下游工作门12；输水系统上游工作门2的高度大于输水系统下游工作门12的高度；在输水系统上游工作门2和输水系统下游工作门12之间设置为输水廊道10；所述的输水廊道10与闸室底部进出水管8连接；

储水系统包括连通管道11和设置在多层的储水单元，连通管道11自上而下设置；每层储水单元包括一个储水仓、控制阀9和储水仓支管13；储水仓支管13设置在储水仓的底部，储水仓支管13上设置有控制阀9；在连通管道11的不同高度设置有接头，分别与每层的储水仓支管13连接。

进一步为，本发明所述的多层的储水单元，其层数大于等于2。

进一步为，本发明所述的多层储水单元中包含的储水仓，最上层储水舱顶面与闸室1内最高水位的高差大于等于储水舱高度。

进一步为，本发明所述的多层储水单元中包含的储水仓，最低层储水舱底面与闸室1内最低水位高差大于或等于储水舱高度。

进一步为，本发明闸室内最大充水量等于上游最高通航水位与下游最低通航水位之间闸室内部体积。

进一步为，本发明所述的储水系统设置在闸室系统的两侧时，为对称设置。

进一步为，本发明所述的输水系统设置在闸室系统的下部的两侧时，为对称设置。

进一步为，本发明在所述的储水仓和闸室1上设置有液位传感器。

进一步为，本发明所述的控制阀9为电控阀，与电脑终端连接；液位传感器亦与电脑终端连接。

如上述船闸省水系统的使用方法，本发明所述的使用方法包括使闸室1内的船只向下游通行的步骤：

步骤1)打开输水系统上游工作门2，对闸室1内部注水，控制抬升闸室1内部水位与上游水位平齐后停止注水；

步骤2)打开闸室上游工作门6，船只驶入闸室1，关闭闸室上游工作门6；

步骤3)打开最顶层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由闸室1流至该层储水舱；待该层储水舱内充满水后关闭该层控制阀9；

步骤4)打开次顶层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由闸室1流至该层储水舱；待该层储水舱内充满水后关闭该层控制阀9；

步骤5)依此操作，直到最底层储水仓内充满时关闭该层控制阀9；

步骤6)由于步骤3)、4)、5)的操作，闸室1内的水依序流入至上而下设置的储水仓内，随着闸室1内液位的降低，完成船只位置下移；

步骤7)若完成步骤6)后，闸室1内仍有较多水体，则打开闸室底部进出水管8和输水系统下游工作门12，将多余的水体排出，以达到闸室1的水位与下游水位齐平，打开闸室下游工作门7，船只驶入下游河道，关闭闸室下游工作门7，完成船只向下游通行的步骤。

本发明所述的使用方法包括使闸室1内的船只向上游通行的方法：

步骤8)打开输水系统下游工作门12控制降低闸室1内部水位与下游水位平齐，

步骤9)打开闸室下游工作门7，船只驶入闸室1，关闭闸室下游工作门7；

步骤10)打开最底层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由该层储水舱流至闸室1；待最底层储水舱水体全部进入闸室后关闭该层控制阀9；

步骤11)打开次底层储水舱控制阀9，水流在压力差作用下由该层储水舱流至闸室1；待该层舱内水体全部进入闸室后关闭该层控制阀9；

步骤12)依此操作，直到最顶层储水仓内充满时关闭该层控制阀9；

步骤13)由于10)、11)、12)的操作，至下而上设置的储水仓内的水依序流入闸室1内，随着闸室1内液位的升高，完成船只位置上升；

步骤14)若完成步骤13)后，闸室1内水体不足，则打开闸室底部进出水管8和输水系统上游工作门2，对闸室1进行水体补充，以达到闸室1的水位与上游水位齐平，打开闸室上游工作门6，船只驶入上游河道，关闭闸室上游工作门6，完成船只向上游通行的步骤。

通过布置储水舱，收集闸室1内部分水体，同时可降低闸室1边墙内部的混凝土用量，达到优化工程量减低成本的效果；同时闸室自重减小，地震惯性力降低，闸室稳定性进一步提高。

通过储水舱内充泄补水结构布置，可降低船闸内阀门及闸门工作水头，避免高水头下的阀门空蚀空化问题，设备选型要求降低，提高运行安全性。

所述储水舱不仅可以每层按照贯通储水舱布置，也可按每层布置若干独立储水舱，体积形状可灵活选择。同时结合闸室1结构尺寸要求，在保证第一层和第三层绝对高程的前提下可将储水舱布置于闸室1内侧或外侧，布置优化空间极大。

液位传感器布置于闸室1侧壁及储水舱上下底板，用于判断闸室1内与每层储水舱内水位关系，进一步传递控制阀9启闭信息。

通过两种运行状态分析，闸室泄水时储水舱起到存水效果，闸室充水时储水舱起到补水效果，且两种状态下储水舱均可满负荷运行，使得船闸的耗水量减少至原设计的50％以上，提高了水资源利用效率。

以500t船闸为例进行分析，上下游通航水位差为30m，闸室1内有效尺寸为120m×12m×4m(长×宽×吃水深度)，闸室1边墙厚12m，内高38m。船闸每次运行需水量为43000m³，储水舱初步按四层布置。当储水舱横断面尺寸为8×4m时，闸室两侧储水舱总储水量为43000m³，省水效率为30720/43000＝71％。相应可减少同体积混凝土量，提高闸室边墙地震效应下的稳定性要求。

结合理论分析，可通过调整闸室边墙内储水舱布置层数提高水体反复利用率，省水效率可达50％～100％。

本实施例只作为本专利较为优选的方案之一，不以此限定本专利的保护范围，任何不脱离本技术方案范围作出的改变，均在本发明的涵盖的范围之内。

以上所述的仅是本发明的部分具体实施例(由于本发明的实施例不能穷举，本发明所记载的保护范围以本发明的记载范围和其他技术要点范围为准)，方案中公知的具体内容或常识在此未作过多描述。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种船闸省水系统，其特征在于，所述的船闸省水系统包括闸室系统、输水系统、储水系统；

储水系统设置在闸室系统的两侧或一侧；输水系统设置在闸室系统的下部的两侧或下部的一侧；

闸室系统包括闸室(1)、闸室上游工作门(6)、闸室下游工作门(7)、闸室底部进出水管(8)；闸室上游工作门(6)设置在闸室(1)的前端处；闸室下游工作门(7)设置在闸室(1)的后端处；闸室底部进出水管(8)设置在闸室(1)的底部；

输水系统包括输水系统上游工作门(2)、输水廊道(10)、输水系统下游工作门(12)；输水系统上游工作门(2)的高度大于输水系统下游工作门(12)的高度；在输水系统上游工作门(2)和输水系统下游工作门(12)之间设置为输水廊道(10)；所述的输水廊道(10)与闸室底部进出水管(8)连接；

储水系统包括连通管道(11)和设置在多层的储水单元，连通管道(11)自上而下设置；每层储水单元包括一个储水仓、控制阀(9)和储水仓支管(13)；储水仓支管(13)设置在储水仓的底部，储水仓支管(13)上设置有控制阀(9)；在连通管道(11)的不同高度设置有接头，分别与每层的储水仓支管(13)连接。

2.根据权利要求1所述的船闸省水系统，其特征在于，所述的多层的储水单元，其层数大于等于2。

3.根据权利要求1所述的船闸省水系统，其特征在于，所述的多层储水单元中包含的储水仓，最上层储水舱顶面与闸室(1)内最高水位的高差大于等于储水舱高度。

4.根据权利要求1所述的船闸省水系统，其特征在于，所述的多层储水单元中包含的储水仓，最低层储水舱底面与闸室(1)内最低水位高差大于或等于储水舱高度。

5.根据权利要求1所述的船闸省水系统，其特征在于，所述的储水系统设置在闸室系统的两侧时，为对称设置。

6.根据权利要求1所述的船闸省水系统，其特征在于，所述的输水系统设置在闸室系统的下部的两侧时，为对称设置。

7.根据权利要求1所述的船闸省水系统，其特征在于，在所述的储水仓和闸室(1)上设置有液位传感器。

8.根据权利要求7所述的船闸省水系统，其特征在于，所述的控制阀(9)为电控阀，与电脑终端连接；液位传感器亦与电脑终端连接。

9.如权利要求1所述船闸省水系统的使用方法，其特征在于，所述的使用方法包括使闸室(1)内的船只向下游通行的步骤：

步骤1)打开输水系统上游工作门(2)，对闸室(1)内部注水，控制抬升闸室(1)内部水位与上游水位平齐后停止注水；

步骤2)打开闸室上游工作门(6)，船只驶入闸室(1)，关闭闸室上游工作门(6)；

步骤3)打开最顶层储水舱控制阀(9)，水流在压力差作用下由闸室(1)流至该层储水舱；待该层储水舱内充满水后关闭该层控制阀(9)；

步骤4)打开次顶层储水舱控制阀(9)，水流在压力差作用下由闸室(1)流至该层储水舱；待该层储水舱内充满水后关闭该层控制阀(9)；

步骤5)依此操作，直到最底层储水仓内充满时关闭该层控制阀(9)；

步骤6)由于步骤3)、4)、5)的操作，闸室(1)内的水依序流入至上而下设置的储水仓内，随着闸室(1)内液位的降低，完成船只位置下移；

步骤7)若完成步骤6后，闸室(1)内仍有较多水体，则打开闸室底部进出水管(8)和输水系统下游工作门(12)，将多余的水体排出，以达到闸室(1)的水位与下游水位齐平，打开闸室下游工作门(7)，船只驶入下游河道，关闭闸室下游工作门(7)，完成船只向下游通行的步骤。

10.如权利要求9所述船闸省水系统的使用方法，其特征在于，所述的使用方法包括使闸室(1)内的船只向上游通行的方法：

步骤8)打开输水系统下游工作门(12)控制降低闸室(1)内部水位与下游水位平齐，

步骤9)打开闸室下游工作门(7)，船只驶入闸室(1)，关闭闸室下游工作门(7)；

步骤10)打开最底层储水舱控制阀(9)，水流在压力差作用下由该层储水舱流至闸室(1)；待最底层储水舱水体全部进入闸室后关闭该层控制阀(9)；

步骤11)打开次底层储水舱控制阀(9)，水流在压力差作用下由该层储水舱流至闸室(1)；待该层舱内水体全部进入闸室后关闭该层控制阀(9)；

步骤12)依此操作，直到最顶层储水仓内充满时关闭该层控制阀(9)；

步骤13)由于步骤10)、11)、12)的操作，至下而上设置的储水仓内的水依序流入闸室(1)内，随着闸室(1)内液位的升高，完成船只位置上升；

步骤14)若完成步骤13)后，闸室(1)内水体不足，则打开闸室底部进出水管(8)和输水系统上游工作门(2)，对闸室(1)进行水体补充，以达到闸室(1)的水位与上游水位齐平，打开闸室上游工作门(6)，船只驶入上游河道，关闭闸室上游工作门(6)，完成船只向上游通行的步骤。

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