CN113699942A - 一种多级气动坝 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级气动坝,包括预留槽坝基,预留槽坝基上设置有一组支撑墩,支撑墩上设置有挡水装置，挡水装置为多级挡水装置，由气动控制装置控制；多级挡水装置包括通过支撑装置支撑在支撑墩上的第一级挡水结构以及与第一级挡水结构外表面相切的第二级挡水结构；第一级挡水结构和第二级挡水结构均为内部中空的容纳腔体，容纳腔体为水箱，水箱的顶部与气动控制装置连通。本发明的气动坝双层水闸挡水设计，在基础埋置深度不变的情况下，通过采用弹簧结构和弧形相切设计使第二级挡水结构能够无缝连接第一层级挡水结构，提高了挡水高程。

Description

一种多级气动坝

技术领域

本发明涉及一种多级气动坝，属于水利工程挡水坝领域。

背景技术

近年来，随着生态环境的不断改善，人们对生态环境治理保护意识的不断提高，同时，在城市的生态化进程中，城市水系的建筑发展越来越重要。与环境协调的水利工程可以提升城市的整体居住环境以及经济发展环境，有利于形成城区最具特色的连续生态景观和城区临水公共活动空间，使城区环境更加优美、功能更加合理。

气动坝作为新型的挡水建筑物，具有良好的挡水效果和可控的过流能力等优点，在部分地区得到了较为广泛的应用，并取得了良好的反响。在蓄水的同时可以为鱼类的洄游提供鱼道，河道中的所有物体均可自然通过，不会造成河道的泥沙淤积而照成河床的抬高。然而，传统的气动坝通过可旋转的挡水钢板调节水位，关闭时，挡水钢板旋转至预挖坝底空间，较大的坝底施工工程量和挡水钢板的弧度严重限制了气动坝的挡水高度，制约了气动坝的进一步推广使用。因此，目前迫切需要一种新气动坝，能在不增加开挖深度和施工工程量的情况下，提高挡水高程，拓展气动坝的使用范围。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多级气动坝,能在不增加开挖深度和施工工程量的情况下提高挡水高程，该新型气动坝设计简单，操作方便。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种多级气动坝,包括预留槽坝基,预留槽坝基上设置有一组支撑墩,支撑墩上设置有挡水装置，挡水装置为多级挡水装置，由气动控制装置控制；

多级挡水装置包括通过支撑装置支撑在支撑墩上的第一级挡水结构以及与第一级挡水结构外表面相切的第二级挡水结构；第一级挡水结构和第二级挡水结构均为内部中空的容纳腔体，容纳腔体为水箱，水箱的顶部与气动控制装置连通,由气动控制装置控制水箱的充气排水或注水排气,从而达到上下翻转的目的；第一级挡水结构的外表面为弧形迎水面，内侧面为平面背水面；第二级挡水结构的外表面为平面迎水面，内侧面为弧形背水面；弧形背水面和弧形迎水面内相切；第二级挡水结构的内部中空容纳腔体，在节省材料的同时兼顾挡水，中空的设计，保证了其结构在浮力重力矩作用下实现绕轴转动。

支撑装置通过传动杆与支撑墩铰接，挡水装置以铰接处为支点进行翻转运动，当挡水装置翻转至预定高度时，支撑装置对挡水装置起到支撑作用。

进一步地，传动杆上设置有锁定装置，锁定装置包括固定在传动杆上的内齿轮以及固定在支撑墩上的固定齿轮,外齿轮通过外齿轮固定钉与支撑墩铰接,外齿轮绕传动杆转动,通过控制传动杆来移动咬合在固定齿轮上的内齿轮，使其与外齿轮咬合达到锁定。内齿轮与外齿轮无连接，二者之间由于齿轮的咬合齿齿位不同，实现不同挡水位的锁定。采用齿轮的齿数控制，可对不同水位要求的控制，实现不同的挡水高度；内外齿与固定齿轮的设计，使转动杆的重力可以分布到各个支撑墩上。同时外齿轮固定钉的设计，保证了结构在不挡水的情况下，将结构重力分散到支撑墩上，而在挡水时不会影响结构的转动和力的传递。

进一步地，水箱的顶部设置有连接气动控制装置的空气输入管和注水管的气动通孔；水箱的底部设置有一组排水孔，排水孔上设置有单向阀。

进一步地，支撑装置包括支撑第一级挡水结构的两个第一支撑结构和支撑第二级挡水结构的两个第二支撑结构；第一支撑结构和第二支撑结构相互配合将第一级挡水结构和第二级挡水结构提升、落下。

进一步地，第一支撑结构包括均匀分布在第一级挡水结构内侧面的第一固定杆件、第二固定杆件和第三固定杆件，第一固定杆件、第二固定杆件和第三固定杆件之间通过第一稳定杆稳定；第二支撑结构包括位于第二支撑结构最下端的第四固定杆件和第五固定杆件，二者之间相距5cm。还包括第一移动杆件和第二移动杆件，第一移动杆件和第二移动杆件的一端与第二级挡水结构的内侧面铰接，另一端与外齿轮铰接。

第一支撑结构与第一级挡水结构固定连接，且可绕传动杆转动。铰接的设置可以使得第一级挡水结构落下时，与第二级挡水结构完美贴合。

这些杆件不仅支撑起了挡水面板，在水浮力的作用下使挡水板可以绕轴转动，浮力将面板抬升起来，支撑杆此时主要承担水压力，并使结构保持稳定；移动杆件全部在第二级挡水面弧形内侧凹槽内铰接，另一端铰接于锁定结构的外齿轮，是为了保证一级挡水结构可以与二级结构完整贴合。当第一级挡水结构由于重力落下时，力迫使在滑槽内的杆件滑动，从而第二级挡水结构上的杆件，全部移到底部。使第一级与第二级完美锲合，在左右继续采用此挡水坝时，就不会由于杆件间隙问题发生渗水现象。

进一步地，第一支撑结构和第二支撑结构上设置有弹簧结构，弹簧结构包括第一气弹簧、第二气弹簧和第三气弹簧；第一气弹簧的一端设置在第三固定杆件与第一稳定杆的交接处，另一端设置在第四固定杆件上；第二气弹簧的一端设置在第一移动杆件的端部，另一端设置在第五固定杆件上；第三气弹簧的一端设置在第一移动杆件的端部，另一端设置在第二移动杆件上。

使用气弹簧将第一级挡水结构与第二级挡水结构的杆件结构连接起来，保证在抬升面板的过程中不会由于浮力的变化，使挡水结构落下，发生不稳定现象。另外第二气弹簧和第三气弹簧铰接与第二级挡水结构的中部移动杆件的端口上，另一端连接于第二级上部移动杆件中点和底端内侧固定杆件中点处。即当第一级挡水结构由于排水，浮起来之后，当需要升起第二级挡水结构时，由于浮力的降低，弹簧的作用就是使第一级挡水结构依旧保持稳定状态。另一部份是第二层挡水结构上各可滑动杆件之间的，为了使杆件在第一部分升起之后杆件可以打开，恢复到原位，起支持，稳定结构的作用。

进一步地，当第二级挡水结构到达最大高度时，其底部与预留槽坝基相切。

进一步地，第一级挡水结构的背水面设置有防淤盖板。防淤盖板的设计可以使水流中的泥沙不会沉积在预留槽内以及盖板上，解决了平坦的盖板上淤积泥沙，导致闸门无法开启或者闸门开启时无法达到最高点的技术问题，保证闸门可以稳定使用，提高该生态气动坝的安全性，使该气动坝在泥沙多的河流中也可以使用。

进一步地，第一级挡水结构的外表面为弧形迎水面，内侧面为平面背水面；第二级挡水结构的外表面为平面迎水面，内侧面为弧形背水面；弧形背水面和弧形迎水面内相切。

有益效果：(1)本发明设计的气动坝双层水闸挡水设计，在基础埋置深度不变的情况下，通过采用弹簧结构和弧形相切设计使第二级挡水结构能够无缝连接第一层级挡水结构，提高了挡水高程；

(2)本发明的两级挡水结构采用双曲相切的设计，保证挡水时不会发生渗水现象，即第一级挡水结构与第二级挡水结构内侧面相切，第二级挡水结构下侧与地面相切均可实现下层防渗，还能保证在不增减开挖预留槽深度的情况下大大提高了挡水高度；

(3)本发明采用淤泥盖板的设计，使水流中的泥沙不会沉积在预留槽内以及盖板上，解决了平坦的盖板上淤积泥沙，导致闸门无法开启或者闸门开启时无法达到最高点的问题，保证闸门可以稳定使用，且提高该生态气动坝的安全性，使该动坝在泥沙多的河流中也可以使用；

(3)本发明采用齿轮的齿数控制，可对不同水位要求的控制，实现不同的挡水高度；内外齿与固定齿轮的设计，使转动杆的重力可以分布到各个支撑墩上。同时外齿轮固定钉的设计，保证了结构在不挡水的情况下，将结构重力分散到支撑墩上，而在挡水时不会影响结构的转动和力的传递；

(4)本发明采用的气弹簧的设计，使第一级挡水结构在上升过程中，当结构浮力的不足时，气弹簧提供一个支持力，保证了第一级挡水结构的稳定，其结构依旧可以运行，增强了在运行过程中恶劣环境的使用问题。另外的弹簧使杆件在第一级挡水结构离开第二级挡水结构时，保证了移动杆件杆件可以运动到他相应的位置，让结构在挡水时的稳定性得以保证。

(5)本发明中移动杆件的设计，使得第一级挡水结构落下与第二级挡水结构可完全重合，为后面多扇闸门直连时，解决了闸门之间的渗水问题；同时保证了在不增加开挖预留槽的情况下，为挡水结构的存放提供了可行性。

(6)本发明结构精巧，操作方便，能够在不同的挡水高程要求下进行水闸挡水调节，减少了工程施工量，节约了经济成本。

附图说明

图1为本发明未启动时状态图；

图2为本发明中第一级挡水结构启动时状态图；

图3为本发明中第一级和第二级挡水结构启动时状态图；

图4为本发明的部分结构示意图；

图5为本发明的支撑装置结构示意图；

图6-1为本发明的锁定装置对比示意图,左图为未安装外齿轮的示意图,右图为安装了外齿轮的示意图；

图6-2为本发明中外齿轮和外齿固定钉的结构示意图；

图7为本发明中操作杆的结构示意图；

图8为本发明的整体结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例

一种多级气动坝,包括预留槽坝基1,预留槽坝基1上设置有一组支撑墩2,支撑墩2上设置有挡水装置4，挡水装置为多级挡水装置，由气动控制装置5控制；多级挡水装置包括通过支撑装置6支撑在支撑墩2上的第一级挡水结构4-1以及与第一级挡水结构4-1外表面相切的第二级挡水结构4-2；第一级挡水结构4-1和第二级挡水结构4-2均为内部中空的容纳腔体，容纳腔体为水箱，水箱的顶部与气动控制装置连通,由气动控制装置控制水箱的充气排水或注水排气,从而达到上下翻转的目的；第一级挡水结构4-1的外表面为弧形迎水面，内侧面为平面背水面；第二级挡水结构4-2的外表面为平面迎水面，内侧面为弧形背水面；弧形背水面和弧形迎水面内相切；第二级挡水结构的内部中空容纳腔体，在节省材料的同时兼顾挡水，中空的设计，保证了其结构在浮力重力矩作用下实现绕轴转动。气动控制装置包括设置在岸边的空气压缩机，空气压缩机的输出端采用软管，连接到两个容纳腔上部的一个孔内，作为坝体空腔的空气输入端。另一个孔接入一根水管，来改变坝体空腔内的水量。

支撑装置通过传动杆3与支撑墩2铰接，挡水装置以铰接处为支点进行翻转运动，当挡水装置翻转至预定高度时，支撑装置对挡水装置起到支撑作用。传动杆3上设置有锁定装置7，锁定装置7包括固定在传动杆3上的内齿轮7-3以及固定在支撑墩上的固定齿轮7-4,外齿轮7-1通过外齿轮固定钉7-2与支撑墩2铰接,外齿轮7-1绕传动杆3转动,通过控制传动杆来移动咬合在固定齿轮上的内齿轮，使其与外齿轮咬合达到锁定。水箱的顶部设置有连接气动控制装置5的空气输入管和注水管的气动通孔；水箱的底部设置有一组排水孔，排水孔上设置有单向阀。支撑装置6包括支撑第一级挡水结构的两个第一支撑结构6-1和支撑第二级挡水结构的两个第二支撑结构6-2；第一支撑结构和第二支撑结构相互配合将第一级挡水结构和第二级挡水结构提升、落下。第一支撑结构6-1包括均匀分布在第一级挡水结构4-1内侧面的第一固定杆件6-1-1、第二固定杆件6-1-2和第三固定杆件6-1-3，第一固定杆件6-1-1、第二固定杆件6-1-2和第三固定杆件6-1-3之间通过第一稳定杆6-1-4稳定；第二支撑结构6-2包括位于第二支撑结构最下端的第四固定杆件6-2-1和第五固定杆件6-2-2，二者之间相距5cm。还包括第一移动杆件6-2-3和第二移动杆件6-2-4，第一移动杆件6-2-3和第二移动杆件6-2-4的一端与第二级挡水结构的内侧面铰接，另一端与外齿轮7-1铰接。第一支撑结构和第二支撑结构上设置有弹簧结构，弹簧结构包括第一气弹簧9-1、第二气弹簧9-2和第三气弹簧9-3；第一气弹簧的一端设置在第三固定杆件6-1-3与第一稳定杆6-1-4的交接处，另一端设置在第四固定杆件6-2-1上；第二气弹簧9-2的一端设置在第一移动杆件6-2-3的端部，另一端设置在第五固定杆件6-2-2上；第三气弹簧9-3的一端设置在第一移动杆件6-2-3的端部，另一端设置在第二移动杆件6-2-4上。当第二级挡水结构4-2到达最大高度时，其底部与预留槽坝基1相切。第一级挡水结构4-1的背水面设置有防淤盖板8。防淤盖板的设计可以使水流中的泥沙不会沉积在预留槽内以及盖板上，解决了平坦的盖板上淤积泥沙，导致闸门无法开启或者闸门开启时无法达到最高点的技术问题，保证闸门可以稳定使用，提高该生态气动坝的安全性，使该气动坝在泥沙多的河流中也可以使用。第一级挡水结构4-1的外表面为弧形迎水面，内侧面为平面背水面；第二级挡水结构4-2的外表面为平面迎水面，内侧面为弧形背水面；弧形背水面和弧形迎水面内相切。

当需要蓄水时，通过开启岸边的空气压缩机进气管上的进气管，将外界的空气抽取沿着进气管送入第一级挡水结构的容纳腔中，容纳腔内随着气压增大，水从下面三个孔排出，其浮力增加，将第一级挡水结构的挡水板快速向上翻卷(由于浮力矩作用)，形成蓄水效果；此过程中，由于第一级挡水结构离开了第二级挡水结构背后，连接在移动杆件上的气弹簧施加一个力，使杆件开始运动到相应位置。当空气压缩机向第二级挡水结构的容纳腔开始注入空气时其内由于压力的增加，水从下面三孔压力阀排出，此时第一级挡水结构也会相对运动，但由于第一级挡水结构开始离开水面，其浮力开始减小，此时连接在第一级挡水结构的杆件和第二级挡水结构的第一气弹簧，提供一个支持力，保证了第一级挡水结构的稳定性。直到系统达到预定高度或最大高度时，控制两岸上的操作杆10，由于杠杆原理，其力传动到传动杆上，使传动杆开始移动，内齿与外齿咬合，结构保持固定，此时停止压缩机。当闸门需要泄洪时，先移动操作杆，解除锁定，再打开压缩机的吸气功能的同时开始从另一个管子注水，容纳腔内部压力加快减小，然后水从快速进入容纳腔；所产生的浮力急速减少，在闸门的重力作用下，第一级挡水结构开始落下。由于第一级挡水结构的重力作用，压迫第二级挡水结构后面可移动杆件，使杆件全部顺着第一级挡水结构开始运动，直到全部重叠到最低端。此时开始向第二级挡水结构的容纳腔注水，由于浮力的急速减小，重力增加挡水系统开始下落到预留槽中。最后再次移动操作杆，锁定结构。通过空压机回吸和增加注水的水压力，解决了简单的自动排气的排气阀，排气较慢，挡水结构下落速度较慢，人工操作耗时长的问题；提高容纳腔排气速度，有效提高挡水结构泄洪速度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多级气动坝,包括预留槽坝基（1）,所述预留槽坝基（1）上设置有一组支撑墩（2）,所述支撑墩（2）上设置有挡水装置，其特征在于:所述挡水装置为多级挡水装置，由气动控制装置控制其翻转；

所述多级挡水装置包括通过支撑装置支撑在支撑墩（2）上的第一级挡水结构（4-1）以及与所述第一级挡水结构（4-1）外表面相切的第二级挡水结构（4-2）；所述第一级挡水结构（4-1）和第二级挡水结构（4-2）均为内部中空的容纳腔体，所述容纳腔体为水箱，所述水箱的顶部与气动控制装置（5）连通,由气动控制装置控制水箱的充气排水或注水排气,从而达到上下翻转的目的；所述第一级挡水结构（4-1）的外表面为弧形迎水面，内侧面为平面背水面；第二级挡水结构（4-2）的外表面为平面迎水面，内侧面为弧形背水面；所述弧形背水面和弧形迎水面内相切；

所述支撑装置通过传动杆（3）与支撑墩（2）铰接，所述挡水装置以铰接处为支点进行翻转运动，当挡水装置翻转至预定高度时，所述支撑装置对挡水装置起到支撑作用。

2.根据权利要求1所述的一种多级气动坝，其特征在于：所述传动杆（3）上设置有锁定装置（7），所述锁定装置（7）包括固定在传动杆（3）上的内齿轮（7-3）以及固定在支撑墩上的固定齿轮(7-4),外齿轮(7-1)通过外齿轮固定钉（7-2）与支撑墩(2)铰接,所述外齿轮(7-1)绕传动杆（3）转动,通过控制传动杆来移动咬合在固定齿轮上的内齿轮，使其与外齿轮咬合达到锁定。

3.根据权利要求1所述的一种多级气动坝，其特征在于：所述水箱的顶部设置有连接所述气动控制装置的空气输入管和注水管的气动通孔；所述水箱的底部设置有一组排水孔，所述排水孔上设置有单向阀。

4.根据权利要求1所述的一种多级气动坝，其特征在于：所述支撑装置包括支撑第一级挡水结构的两个第一支撑结构(6-1)和支撑第二级挡水结构的两个第二支撑结构(6-2)；所述第一支撑结构和第二支撑结构相互配合将第一级挡水结构和第二级挡水结构提升、落下。

5.根据权利要求4所述的一种多级气动坝，其特征在于：所述第一支撑结构(6-1)包括均匀分布在第一级挡水结构（4-1）内侧面的第一固定杆件（6-1-1）、第二固定杆件（6-1-2）和第三固定杆件（6-1-3），所述第一固定杆件（6-1-1）、第二固定杆件（6-1-2）和第三固定杆件（6-1-3）之间通过第一稳定杆（6-1-4）稳定；所述第二支撑结构(6-2)包括位于第二支撑结构最下端的第四固定杆件（6-2-1）和第五固定杆件（6-2-2），还包括第一移动杆件（6-2-3）和第二移动杆件（6-2-4），所述第一移动杆件（6-2-3）和第二移动杆件（6-2-4）的一端与第二级挡水结构的内侧面铰接，另一端与外齿轮（7-1）铰接。

6.根据权利要求5所述的一种多级气动坝，其特征在于：所述第一支撑结构和第二支撑结构上设置有弹簧结构，所述弹簧结构包括第一气弹簧（9-1）、第二气弹簧（9-2）和第三气弹簧（9-3）；所述第一气弹簧的一端设置在第三固定杆件（6-1-3）与第一稳定杆（6-1-4）的交接处，另一端设置在第四固定杆件（6-2-1）上；所述第二气弹簧（9-2）的一端设置在第一移动杆件（6-2-3）的端部，另一端设置在第五固定杆件（6-2-2）上；所述第三气弹簧（9-3）的一端设置在第一移动杆件（6-2-3）的端部，另一端设置在第二移动杆件（6-2-4）上。

7.根据权利要求1所述的一种多级气动坝，其特征在于：当所述第二级挡水结构（4-2）到达最大高度时，其底部与预留槽坝基（1）相切。

8.根据权利要求1所述的一种多级气动坝，其特征在于：所述第一级挡水结构（4-1）的背水面设置有防淤盖板（8）。

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