CN113309047A - 一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门及其操作方法，具体涉及水利工程领域，包括河道闸框和封堵闸门，河道闸框的顶面固定安装有闸门提升机构，河道闸框的一侧固定安装有防冻搅架，防冻搅架的内侧滑动安装有对流搅动喷板，对流搅动喷板的顶面固定安装有提升浮块，防冻搅架的底面固定安装有扰动泵箱和进水条板，河道闸框和封堵闸门的表面喷涂有微纳结构涂层。上述方案，该河道拦水闸门采用水扰动式防冻结构，利用离心泵的驱动在闸门的前端设置水流搅动驱动，通过水体的运动防止闸门前端区域的冰封现象，且通过水流的持续冲刷可有效避免闸门前端的泥沙堆积，避免泥沙对闸门运动轨道进行淤堵，保障闸门的稳定工作。

Description

一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门及其操作方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，更具体地说，本发明具体为一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门及其操作方法。

背景技术

河道上修建水闸用来挡水、泄洪或控制水位，目前使用的水闸一般都是由电机通过传动装置传动闸门的主轴旋转实现水闸的关闭，以达到方便地放水和蓄水，目前的水利工程设施中，建设拦河坝是很普及的水利建设，其中广泛使用闸门来控制水量，闸门包括上下升降式，它的开启和关闭使用电动机械来完成，通过闸门的开闭从而实现上下游河水的流通和截断，从而达到河流蓄水和泄洪的目的。

部分地区在冬季由于气温影响，位于高纬度或高海拔严寒地区的水库、江河湖泊，结冰期长，最大冰层厚度达1.5m以上，如不及时除冰并作防冻措施，会产生闸门和弧门结冰现象，从而导致以下严重后果：

1、闸门或弧门水封变形，导致闸门或弧门漏水；

2、冰层的巨大推力传递到铰支座上，导致铰支座裂损；

3、冰层的巨大上抬力，导致弧门开启事故；

4、闸门或弧门结冰，导致需要放水时闸门或弧门不能正常开启，闸门易冻结于闸门槽内，易导致闸门难以开启，如果不能够及时处理，将会严重影响闸门的正常使用。

因此，为避免以上事故和异常情况的发生，保证闸门或弧门的安全稳定运行，必须在严寒地区闸门或弧门前设置并运行防冻结构，保持门前具有永久的不冻区域，保障河道拦水闸门在冬季或其它极寒环境下的正常使用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门及其操作方法，该河道拦水闸门采用水扰动式防冻结构，利用离心泵的驱动在闸门的前端设置水流搅动驱动，通过水体的运动防止闸门前端区域的冰封现象，保障闸门的稳定工作，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门，包括河道闸框和封堵闸门，所述封堵闸门滑动安装于河道闸框的内部，所述河道闸框的顶面固定安装有闸门提升机构，所述河道闸框的一侧固定安装有防冻搅架，所述防冻搅架的内侧滑动安装有对流搅动喷板，所述对流搅动喷板的顶面固定安装有提升浮块，所述防冻搅架的底面固定安装有扰动泵箱和进水条板，所述河道闸框和封堵闸门的表面喷涂有微纳结构涂层，所述河道闸框的内侧固定安装有位于封堵闸门两侧的加固导杆；

所述闸门提升机构包括驱动电机、收卷转杆、轴承架和稳定护套，所述轴承架和稳定护套的底面与河道闸框的顶面固定连接，所述收卷转杆的一端与驱动电机的输出轴固定连接，所述收卷转杆转动安装于轴承架的内侧且套接于收卷转杆的内部，所述收卷转杆的缠绕有提升拉索，所述封堵闸门的顶面固定安装有提升耳，所述提升拉索的底端与提升耳固定连接；

所述防冻搅架包括浮动箱，所述浮动箱的一侧开设有浮力升降导孔，所述浮动箱的内部滑动安装有浮力套块，所述对流搅动喷板的两端均固定连接有连通导管，所述连通导管的一端贯穿浮力升降导孔延伸至浮动箱的内部并转动套接于浮力套块的内侧，所述浮动箱的内部固定安装有水温传感器，所述浮力套块的底面固定连接有伸缩导管，所述扰动泵箱包括泵送箱以及固定安装于泵送箱内部的离心泵，所述伸缩导管的底端与连通导管的出水端相连通，所述离心泵的进水端与进水条板的内腔相连通，所述进水条板的顶面开设有若干进水孔。

优选地，所述水温传感器的输出端电性连接有控制器，所述控制器的输出端与离心泵的输入端电性连接，所述水温传感器位于浮动箱内腔的底部。

优选地，所述对流搅动喷板呈空心板状结构，所述对流搅动喷板的底面开设有若干搅动喷孔且均匀分布，所述浮力套块为空心结构，且所述浮力套块为吹塑成型结构，所述提升浮块为PE材质构件。

优选地，所述浮力套块的内部开设有连通腔，所述连通腔的内侧卡接有密封轴承，所述密封轴承固定套接于连通导管的外侧，所述伸缩导管的端部与连通腔的底端箱连通，所述连通导管的内部开设有通孔，所述通孔的两端分别与连通腔和对流搅动喷板的内腔相连通。

优选地，所述进水条板的顶面嵌入安装有位于进水孔正上方的进液滤板，所述进液滤板为金属滤网结构，且所述进液滤板的顶面弧形拱面结构，所述进水条板与对流搅动喷板位于同一竖直平面内。

一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门的操作方法，使用该防冻式河道拦水闸门，包括以下步骤：

S1：在河道闸口开设与河道闸框大小相适配的流道，并安装封堵闸门，在河道闸框的顶面安装闸门提升机构，通过提升拉索连接提升耳，连接离心泵与水温传感器的控制线路，以及离心泵与对流搅动喷板和进水条板的管路结构即可；

S2：在寒冷天气中，封堵闸门的粗糙表面上涂覆低表面能材料的微纳结构涂层从而获得的超疏水结构，由于好的防水性能和低的表面能，用于构建对冷凝水滴低黏附的微纳结构涂层，水液在河道闸框和封堵闸门的表面合并时释放的表面能，使贴合或附着在材料表面上的过冷水在结冰之前与河道闸框和封堵闸门表面的贴附能力降低，水液无法在河道闸框和封堵闸门的表面进行冰晶附着；

S3：当寒冷天气时水液温度为0°或低于0°时，由水温传感器感知水液温度后，发出电信号自动控制离心泵的开启，在水液对浮力套块以及提升浮块的浮力作用下，对流搅动喷板浮起于水面，离心泵通过进水条板抽吸水液并通过对流搅动喷板进行向下喷出从而在封堵闸门的前侧产生水液的搅动对流；

S4：需要开启闸门时，只需启动驱动电机，在驱动电机的驱动下收卷转杆进行旋转收卷提升拉索从而提升封堵闸门进行上升运动，从而进行闸门的开启，开启驱动电机反向旋转即可关闭闸门。

优选地，在步骤S2中极端环境下，当河道闸框和封堵闸门附近出现结冰现象，微纳结构涂层能够减少冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，使冰容易脱离基材表面。

优选地，在步骤S3中水液通过离心泵泵送，流经伸缩导管、连通腔和连通导管进入对流搅动喷板的内部并通过搅动喷孔进行喷出，在搅动喷孔喷出的过程中由于各个搅动喷孔喷出水流大小不同，在喷出的反作用力下对流搅动喷板在密封轴承的连接作用下发生左右摆动。

本发明的技术效果和优点：

1、上述方案中，该河道拦水闸门采用水扰动式防冻结构，利用离心泵的驱动在闸门的前端设置水流搅动驱动，通过水体的运动防止闸门前端区域的冰封现象，且通过水流的持续冲刷可有效避免闸门前端的泥沙堆积，避免泥沙对闸门运动轨道进行淤堵，保障闸门的稳定工作；

2、上述方案中，在拦水闸门的粗糙表面上涂覆低表面能材料获得的超疏水微纳结构涂层，由于好的防水性能和低的表面能，用于构建对冷凝水滴低黏附的微纳结构表面，有效利用冷凝水滴在合并时释放的表面能，使贴合或附着在材料表面上的过冷水在结冰之前与河道闸框和封堵闸门表面的贴附能力降低，达到防结冰目的，微纳结构涂层能够减少冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，再利用风和自然力的作用使冰容易脱离基材表面，即便在极端条件下需采用人工除冰时，因冰对基材表面附着力小，工作难度可大为减少；

3、上述方案中，该河道拦水闸门在日常使用中，通过温度监测机构在水体低温时自动控制防冻机构的开启，降低设备工作能耗，通过水流运动的反作用力驱动对流搅动喷板进行倾斜运动，从而利用对流搅动喷板的运动喷射水流形成水液的无序运动，进一步提高防冻效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的闸门提升机构结构示意图；

图3为本发明的封堵闸门截面结构示意图；

图4为本发明的防冻搅架与对流搅动喷板结构示意图；

图5为本发明的浮力套块结构示意图；

图6为本发明的图4的A处结构示意图；

图7为本发明的扰动泵箱与进水条板结构示意图。

附图标记为：

1、河道闸框；2、封堵闸门；3、闸门提升机构；4、防冻搅架；5、扰动泵箱；6、对流搅动喷板；7、提升浮块；8、进水条板；9、水温传感器；11、加固导杆；21、提升耳；22、微纳结构涂层；31、驱动电机；32、收卷转杆；33、轴承架；34、稳定护套；41、浮动箱；42、浮力升降导孔；43、浮力套块；44、伸缩导管；431、连通腔；432、密封轴承；51、泵送箱；52、离心泵；61、搅动喷孔；62、连通导管；81、进水孔；82、进液滤板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如附图1至附图7本发明的实施例提供一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门，包括河道闸框1和封堵闸门2，封堵闸门2滑动安装于河道闸框1的内部，河道闸框1的顶面固定安装有闸门提升机构3，河道闸框1的一侧固定安装有防冻搅架4，防冻搅架4的内侧滑动安装有对流搅动喷板6，对流搅动喷板6的顶面固定安装有提升浮块7，防冻搅架4的底面固定安装有扰动泵箱5和进水条板8，河道闸框1和封堵闸门2的表面喷涂有微纳结构涂层22，河道闸框1的内侧固定安装有位于封堵闸门2两侧的加固导杆11；

闸门提升机构3包括驱动电机31、收卷转杆32、轴承架33和稳定护套34，轴承架33和稳定护套34的底面与河道闸框1的顶面固定连接，收卷转杆32的一端与驱动电机31的输出轴固定连接，收卷转杆32转动安装于轴承架33的内侧且套接于收卷转杆32的内部，收卷转杆32的缠绕有提升拉索，封堵闸门2的顶面固定安装有提升耳21，提升拉索的底端与提升耳21固定连接；

在该实施例中，水温传感器9的输出端电性连接有控制器，控制器的输出端与离心泵52的输入端电性连接，水温传感器9位于浮动箱41内腔的底部，通过温度监测机构在水体低温时自动控制防冻机构的开启，降低设备工作能耗。

防冻搅架4包括浮动箱41，浮动箱41的一侧开设有浮力升降导孔42，浮动箱41的内部滑动安装有浮力套块43，对流搅动喷板6的两端均固定连接有连通导管62，连通导管62的一端贯穿浮力升降导孔42延伸至浮动箱41的内部并转动套接于浮力套块43的内侧，浮动箱41的内部固定安装有水温传感器9，浮力套块43的底面固定连接有伸缩导管44，扰动泵箱5包括泵送箱51以及固定安装于泵送箱51内部的离心泵52，伸缩导管44的底端与连通导管62的出水端相连通，离心泵52的进水端与进水条板8的内腔相连通，进水条板8的顶面开设有若干进水孔81。

在该实施例中，浮力套块43的内部开设有连通腔431，连通腔431的内侧卡接有密封轴承432，密封轴承432固定套接于连通导管62的外侧，伸缩导管44的端部与连通腔431的底端箱连通，连通导管62的内部开设有通孔，通孔的两端分别与连通腔431和对流搅动喷板6的内腔相连通，对流搅动喷板6在密封轴承432的连接作用下发生左右摆动，扩大水液搅动区域和搅动效果。

在该实施例中，对流搅动喷板6呈空心板状结构，对流搅动喷板6的底面开设有若干搅动喷孔61且均匀分布，浮力套块43为空心结构，且浮力套块43为吹塑成型结构，提升浮块7为PE材质构件。

具体的，在河道液面升高或降低时，通过提升浮块7和浮力套块43的持续作用，可保证对流搅动喷板6始终位于液面表面，适应水位的变化。

在该实施例中，进水条板8的顶面嵌入安装有位于进水孔81正上方的进液滤板82，进液滤板82为金属滤网结构，且进液滤板82的顶面弧形拱面结构，进水条板8与对流搅动喷板6位于同一竖直平面内，防止泥沙抽吸进入进水条板8中导致离心泵52损坏。

一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门的操作方法，使用该防冻式河道拦水闸门，包括以下步骤：

S1：在河道闸口开设与河道闸框1大小相适配的流道，并安装封堵闸门2，在河道闸框1的顶面安装闸门提升机构3，通过提升拉索连接提升耳21，连接离心泵52与水温传感器9的控制线路，以及离心泵52与对流搅动喷板6和进水条板8的管路结构即可；

S2：在寒冷天气中，封堵闸门2的粗糙表面上涂覆低表面能材料的微纳结构涂层22从而获得的超疏水结构，由于好的防水性能和低的表面能，用于构建对冷凝水滴低黏附的微纳结构涂层22，水液在河道闸框1和封堵闸门2的表面合并时释放的表面能，使贴合或附着在材料表面上的过冷水在结冰之前与河道闸框1和封堵闸门2表面的贴附能力降低，水液无法在河道闸框1和封堵闸门2的表面进行冰晶附着，从而达到防结冰目的，在极端环境下，当河道闸框1和封堵闸门2附近出现结冰现象，微纳结构涂层22能够减少冰对基材表面的附着力并减少表面的覆冰量，使冰容易脱离基材表面，不影响封堵闸门2的正常运动；

S3：当寒冷天气时水液温度为0°或低于0°时，由水温传感器9感知水液温度后，发出电信号自动控制离心泵52的开启，在水液对浮力套块43以及提升浮块7的浮力作用下，对流搅动喷板6浮起于水面，离心泵52通过进水条板8抽吸水液并通过对流搅动喷板6进行向下喷出从而在封堵闸门2的前侧产生水液的搅动对流，水液通过离心泵52泵送，流经伸缩导管44、连通腔431和连通导管62进入对流搅动喷板6的内部并通过搅动喷孔61进行喷出，在搅动喷孔61喷出的过程中由于各个搅动喷孔61喷出水流大小不同，在喷出的反作用力下对流搅动喷板6在密封轴承432的连接作用下发生左右摆动，从而进一步扩大水液搅动区域和搅动效果，通过水液的运动在河道闸框1和封堵闸门2的一侧形成防冻区域，避免水体结冰膨胀导致闸门胀坏；

S4：需要开启闸门时，只需启动驱动电机31，在驱动电机31的驱动下收卷转杆32进行旋转收卷提升拉索从而提升封堵闸门2进行上升运动，从而进行闸门的开启，开启驱动电机31反向旋转即可关闭闸门。

最后应说明的几点是，首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次，本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门，包括河道闸框(1)和封堵闸门(2)，所述封堵闸门(2)滑动安装于河道闸框(1)的内部，其特征在于，所述河道闸框(1)的顶面固定安装有闸门提升机构(3)，所述河道闸框(1)的一侧固定安装有防冻搅架(4)，所述防冻搅架(4)的内侧滑动安装有对流搅动喷板(6)，所述对流搅动喷板(6)的顶面固定安装有提升浮块(7)，所述防冻搅架(4)的底面固定安装有扰动泵箱(5)和进水条板(8)，所述河道闸框(1)和封堵闸门(2)的表面喷涂有微纳结构涂层(22)，所述河道闸框(1)的内侧固定安装有位于封堵闸门(2)两侧的加固导杆(11)；

所述闸门提升机构(3)包括驱动电机(31)、收卷转杆(32)、轴承架(33)和稳定护套(34)，所述轴承架(33)和稳定护套(34)的底面与河道闸框(1)的顶面固定连接，所述收卷转杆(32)的一端与驱动电机(31)的输出轴固定连接，所述收卷转杆(32)转动安装于轴承架(33)的内侧且套接于收卷转杆(32)的内部，所述收卷转杆(32)的缠绕有提升拉索，所述封堵闸门(2)的顶面固定安装有提升耳(21)，所述提升拉索的底端与提升耳(21)固定连接；

所述防冻搅架(4)包括浮动箱(41)，所述浮动箱(41)的一侧开设有浮力升降导孔(42)，所述浮动箱(41)的内部滑动安装有浮力套块(43)，所述对流搅动喷板(6)的两端均固定连接有连通导管(62)，所述连通导管(62)的一端贯穿浮力升降导孔(42)延伸至浮动箱(41)的内部并转动套接于浮力套块(43)的内侧，所述浮动箱(41)的内部固定安装有水温传感器(9)，所述浮力套块(43)的底面固定连接有伸缩导管(44)，所述扰动泵箱(5)包括泵送箱(51)以及固定安装于泵送箱(51)内部的离心泵(52)，所述伸缩导管(44)的底端与连通导管(62)的出水端相连通，所述离心泵(52)的进水端与进水条板(8)的内腔相连通，所述进水条板(8)的顶面开设有若干进水孔(81)。

2.根据权利要求1所述的水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门，其特征在于，所述水温传感器(9)的输出端电性连接有控制器，所述控制器的输出端与离心泵(52)的输入端电性连接，所述水温传感器(9)位于浮动箱(41)内腔的底部。

3.根据权利要求1所述的水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门，其特征在于，所述对流搅动喷板(6)呈空心板状结构，所述对流搅动喷板(6)的底面开设有若干搅动喷孔(61)且均匀分布，所述浮力套块(43)为空心结构，且所述浮力套块(43)为吹塑成型结构，所述提升浮块(7)为PE材质构件。

4.根据权利要求1所述的水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门，其特征在于，所述浮力套块(43)的内部开设有连通腔(431)，所述连通腔(431)的内侧卡接有密封轴承(432)，所述密封轴承(432)固定套接于连通导管(62)的外侧，所述伸缩导管(44)的端部与连通腔(431)的底端箱连通，所述连通导管(62)的内部开设有通孔，所述通孔的两端分别与连通腔(431)和对流搅动喷板(6)的内腔相连通。

5.根据权利要求1所述的水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门，其特征在于，所述进水条板(8)的顶面嵌入安装有位于进水孔(81)正上方的进液滤板(82)，所述进液滤板(82)为金属滤网结构，且所述进液滤板(82)的顶面弧形拱面结构，所述进水条板(8)与对流搅动喷板(6)位于同一竖直平面内。

6.一种水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门的操作方法，使用权利要求1-5中的防冻式河道拦水闸门，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在河道闸口开设与河道闸框(1)大小相适配的流道，并安装封堵闸门(2)，在河道闸框(1)的顶面安装闸门提升机构(3)，通过提升拉索连接提升耳(21)，连接离心泵(52)与水温传感器(9)的控制线路，以及离心泵(52)与对流搅动喷板(6)和进水条板(8)的管路结构即可；

S2：在寒冷天气中，封堵闸门(2)的粗糙表面上涂覆低表面能材料的微纳结构涂层(22)从而获得的超疏水结构，由于好的防水性能和低的表面能，用于构建对冷凝水滴低黏附的微纳结构涂层(22)，水液在河道闸框(1)和封堵闸门(2)的表面合并时释放的表面能，使贴合或附着在材料表面上的过冷水在结冰之前与河道闸框(1)和封堵闸门(2)表面的贴附能力降低，水液无法在河道闸框(1)和封堵闸门(2)的表面进行冰晶附着；

S3：当寒冷天气时水液温度为0°或低于0°时，由水温传感器(9)感知水液温度后，发出电信号自动控制离心泵(52)的开启，在水液对浮力套块(43)以及提升浮块(7)的浮力作用下，对流搅动喷板(6)浮起于水面，离心泵(52)通过进水条板(8)抽吸水液并通过对流搅动喷板(6)进行向下喷出从而在封堵闸门(2)的前侧产生水液的搅动对流；

S4：需要开启闸门时，只需启动驱动电机(31)，在驱动电机(31)的驱动下收卷转杆(32)进行旋转收卷提升拉索从而提升封堵闸门(2)进行上升运动，从而进行闸门的开启，开启驱动电机(31)反向旋转即可关闭闸门。

7.根据权利要求6所述的水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门的操作方法，其特征在于，在步骤S2中极端环境下，当河道闸框(1)和封堵闸门(2)附近出现结冰现象，微纳结构涂层(22)能够减少冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，使冰容易脱离基材表面。

8.根据权利要求6所述的水利工程用冬季防冻式河道拦水闸门的操作方法，其特征在于，在步骤S3中水液通过离心泵(52)泵送，流经伸缩导管(44)、连通腔(431)和连通导管(62)进入对流搅动喷板(6)的内部并通过搅动喷孔(61)进行喷出，在搅动喷孔(61)喷出的过程中由于各个搅动喷孔(61)喷出水流大小不同，在喷出的反作用力下对流搅动喷板(6)在密封轴承(432)的连接作用下发生左右摆动。

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