CN115094840B - 一种堆石坝防护装置及具有其的混凝土面板堆石坝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种堆石坝防护装置及具有其的混凝土面板堆石坝。堆石坝防护装置，包括：升降组件，具有滑动配合的第一升降件和第二升降件；气压筒本体，其内腔中安装有螺旋杆组件，螺旋杆组件一端安装有风扇本体，气压筒本体一端设置有进气口；驱动组件，具有滑动配合的气缸件和活塞件，气缸件与活塞件配合形成密封的驱动腔，驱动腔与气压筒本体内腔之间连通有输气件，活塞件与第二升降件连接。通过风扇本体转动将风力转化对混凝土面板向上的拉力，能够减小混凝土面板受到的坡面压力，减少面板坡面方向拉应力和面板与堆石体之间的摩擦力，防止混凝土面板堆石坝的面板开裂，提升混凝土面板堆石坝的安全性能。

Description

一种堆石坝防护装置及具有其的混凝土面板堆石坝

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种堆石坝防护装置及具有其的混凝土面板堆石坝。

背景技术

混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承结构，并在堆石体上游表面浇筑混凝土面板作为防渗结构的堆石坝。混凝土面板堆石坝的面板是浇筑在堆石坝上游面垫层上的薄板，是大坝防渗体系的重要部位，必须保证不裂缝。

混凝土面板堆石坝上的面板承受的荷载包括：面板混凝土自重、趾板对面板底部的支撑力、坝体对面板的支撑力和摩擦力、蓄水期面板上库水压力和风压力。由于混凝土面板的厚度和质量比坝体小得多，但是其刚度却比坝体大得多，在上述多重荷载作用下会使面板发生挠曲，面板的部分区域产生拉应力。由于面板和垫层料的弹性模量差异非常大，面板比垫层料的变形相对小了许多，两者变形不一致，导致面板受到垫层料剪切挤压；加之面板自重以及大坝填筑时洒水和风力形成的施工期反向水压力作用于面板上，致使面板成为受弯拉构件，在坝高2/3以下部位的面板上游面形成较大的拉应力，从而导致混凝土面板开裂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的混凝土面板堆石坝在应用时混凝土面板易发生开裂的缺陷，从而提供一种堆石坝防护装置及具有其的混凝土面板堆石坝。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种堆石坝防护装置，包括：

升降组件，具有沿竖直方向滑动配合的第一升降件和第二升降件；

气压筒本体，其内腔中同轴安装有螺旋杆组件，螺旋杆组件一端贯穿气压筒本体设置，螺旋杆组件贯穿至气压筒本体外的一端安装有风扇本体，气压筒本体朝向风扇本体的一端设置有进气口；

驱动组件，具有滑动配合的气缸件和活塞件，气缸件与活塞件配合形成密封的驱动腔，驱动腔与气压筒本体内腔之间连通有输气件，活塞件与第二升降件连接，以带动第二升降件沿第一升降件升降运动。

可选地，气压筒本体转动安装在传动件上，气压筒本体的轴线与其转动方向垂直。

可选地，气压筒本体背离风扇本体的一端安装有导向片。

可选地，气压筒本体上远离进气口的一侧设置有出气口，出气口的面积小于进气口的面积。

可选地，螺旋杆组件包括：螺旋杆本体以及安装在螺旋杆本体端部的行星齿轮，风扇本体安装在行星齿轮背离螺旋杆本体的一端。

可选地，行星齿轮包括齿圈和与齿圈同轴安装的太阳轮，太阳轮与齿圈之间安装有多个行星轮，多个行星轮均安装在行星架上，风扇本体安装在太阳轮上，螺旋杆本体安装在行星架上。

可选地，第一升降件包括至少两组安装管，第二升降件包括至少两组插杆，插杆与安装管一一对应滑动配合，多个插杆之间安装有连接件，活塞件与连接件之间配合连接。

可选地，驱动组件靠近连接件的一侧设置，连接件靠近驱动组件的一侧安装有配重块。

可选地，每组插杆中插杆的数量为至少两个，每组插杆内的所有插杆之间安装有横杆，多个横杆之间安装有连接件。

本发明还提供一种混凝土面板堆石坝，具有本发明所述的堆石坝防护装置。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的堆石坝防护装置，包括：升降组件，具有沿竖直方向滑动配合的第一升降件和第二升降件；气压筒本体，其内腔中同轴安装有螺旋杆组件，螺旋杆组件一端贯穿气压筒本体设置，螺旋杆组件贯穿至气压筒本体外的一端安装有风扇本体，气压筒本体朝向风扇本体的一端设置有进气口；驱动组件，具有滑动配合的气缸件和活塞件，气缸件与活塞件配合形成密封的驱动腔，驱动腔与气压筒本体内腔之间连通有输气件，活塞件与第二升降件连接，以带动第二升降件沿第一升降件升降运动。

面板堆石坝的面板主要受拉裂缝破坏，拉裂缝产生的原因主要是顺坡向摩擦力，因此为了减小面板顺坡向应力，可以通过减少坡面正应力(压力)的方式，减小顺坡向摩擦力，使面板处于安全运行状态。堆石坝防护装置安装在堆石坝结构的顶部，在应用时堆石坝防护装置的底部与堆石坝面板连接。堆石坝防护装置在大风天气工作时，风扇本体被风吹动，风扇本体转动带动螺旋杆组件转动，将外部的空气从进气口抽入到气压筒本体内，气压筒内的空气经过输气件进入气缸件与活塞件之间的驱动腔中驱动活塞件带动第二升降件沿第一升降件上升。在有风时，风扇本体转动，能够抽入到气压筒本体内的空气较少，空气经过输气件进入到驱动腔中驱动活塞件上升运动。刮风的间隙，风扇本体停止转动，不再有空气进入到驱动腔，在第二升降件重力的作用下下降，将驱动腔中的空气排出。通过风扇本体转动抽气驱动第二升降件上升，第二升降件上升至最高处后，风对堆石坝防护装置水平方向的推力转换为向上的拉力，堆石坝防护装置将向上的拉力传递至混凝土面板上，能够减小混凝土面板受到的坡面压力，保证混凝土面板堆石坝的面板不会开裂，提升混凝土面板堆石坝的安全性能。

2.本发明提供的堆石坝防护装置，气压筒本体转动安装在传动件上，气压筒本体的轴线与其转动方向垂直。通过将气压筒本体转动设置在传动件上，当风向改变时，风扇本体能够带动气压筒本体在传动件上转动，风扇本体能够始终正对吹风方向，以使堆石坝防护装置能够应用不同方向的风力来减小堆石坝面板的顺向压力，提升防护能力。

3.本发明提供的堆石坝防护装置，气压筒本体上远离进气口的一侧设置有出气口，出气口的面积小于进气口的面积。风扇本体带动螺旋杆组件转动，使得气压筒本体进气口抽气，出气口排气。由于出气口的面积小于进气口的面积，出气口排气速度小于螺旋杆组件抽气进入气压筒本体中的速度，使得部分空气通过输气件进入到驱动组件的驱动腔中，驱动活塞件上升，进而带动第二升降件上升。当风力越大时，风力对风扇本体的作用力越大，风扇转速越快，使得螺旋杆组件的转动速度增加。使得气压筒本体内部气压增加，使得出气口的排气速度加快。当风力过大导致活塞件上升至顶部无法再上升时，气压筒本体中的空气完全从出气口中排出，由于出气口孔径限制，反作用于阻碍螺旋杆组件转动，进而限制风扇本体的转速，防止风扇本体转速过快损坏。

4.本发明提供的堆石坝防护装置，螺旋杆组件包括：螺旋杆本体以及安装在螺旋杆本体端部的行星齿轮，风扇本体安装在行星齿轮背离螺旋杆本体的一端。通过设置行星齿轮，使得风扇本体通过行星齿轮带动螺旋杆本体转动，风扇本体的转速通过行星齿轮减速后作用与螺旋杆本体，以增加第二升降件上升至最高点时的风速，提升堆石坝防护装置的防护能力。

5.本发明提供的堆石坝防护装置，每组插杆中插杆的数量为至少两个，每组插杆内的所有插杆之间安装有横杆，多个横杆之间安装有连接件。通过在底部设置多根插杆，在上方设置一个连接件，降小堆石坝防护装置上部分的受力面积，提升堆石坝防护装置的整体稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的堆石坝防护装置的侧面剖视图。

图2为本发明的实施方式中提供的气压筒本体的结构示意图。

图3为本发明的实施方式中提供的升降组件的主视图。

图4为本发明的实施方式中提供的堆石坝结构的结构示意图。

附图标记说明：1、气压筒本体；2、风扇本体；3、进气口；4、出气口；5、输气管；6、转动架；7、导向片；8、轴承；9、连接杆；10、拉杆；11、横杆；12、插杆；13、安装管；14、配重块；15、气缸件；16、活塞件；17、齿圈；18、太阳轮；19、行星轮；20、行星架；21、螺旋杆本体；22、坝体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

图1至图3所示为本实施例提供的一种堆石坝防护装置，包括：升降组件、气压筒本体1和驱动组件。

升降组件具有沿竖直方向滑动配合的第一升降件和第二升降件。气压筒本体1内腔中同轴安装有螺旋杆组件，螺旋杆组件一端贯穿气压筒本体1设置，螺旋杆组件贯穿至气压筒本体1外的一端安装有风扇本体2，气压筒本体1朝向风扇本体2的一端设置有进气口3。驱动组件具有滑动配合的气缸件15和活塞件16，气缸件15与活塞件16配合形成密封的驱动腔，驱动腔与气压筒本体1内腔之间连通有作为输气件的输气管5，活塞件16与第二升降件连接，以带动第二升降件沿第一升降件升降运动。

气压筒本体1转动安装在作为传动件的转动架6上，气压筒本体1与转动架6之间安装有轴承8。在堆石坝防护装置工作时，转动架6固定安装在堆石坝结构的坝体上方。转动架6气压筒本体1的轴线与其转动方向垂直。为了使风扇本体2能够始终正对来风方向，在气压筒本体1背离风扇本体2的一端安装有导向片7。

气压筒本体1上远离进气口3的一侧设置有出气口4，出气口4的面积小于进气口3的面积，以使气压筒本体1出气口4的进气量大于出气口4的排气量，使部分空气通过输气管5被传送到气缸件15内的驱动腔中。

螺旋杆组件包括螺旋杆本体21以及安装在螺旋杆本体21端部的行星齿轮，风扇本体2安装在行星齿轮背离螺旋杆本体21的一端。行星齿轮包括齿圈17和与齿圈17同轴安装的太阳轮18，太阳轮18与齿圈17之间安装有多个行星轮19，多个行星轮19均安装在行星架20上，风扇本体2安装在太阳轮18上，螺旋杆本体21安装在行星架20上。

第一升降件包括至少两组安装管13，第二升降件包括至少两组插杆12，多个插杆12之间安装有连接件，以将多根插杆12连接成一体，使得驱动组件能够带动多个插杆12共同动作。驱动组件中的活塞件16与连接件之间配合连接。本实施例中，第一升降件包括两组安装管13，第二升降件包括两组插杆12。在堆石坝防护结构工作时，两组安装管13分别安装在坝体上方长度方向的两侧。每组插杆12中插杆12的数量为至少两个，插杆12与安装管13一一对应滑动配合，每组插杆12内的所有插杆12之间安装有横杆11，两个横杆11之间安装有作为连接件的连接杆9。为了提升防护装置的整体高度，提升防护装置的防护性能，在连接杆9与横杆11之间安装有拉杆10，拉杆10竖直设置。为了提升升降组件的稳定性，驱动组件靠近连接件的一侧设置，在连接杆9靠近驱动组件的一侧安装有配重块14。

堆石坝防护装置在工作时安装在堆石坝结构上方，安装管13与堆石坝的混凝土面板连接，风力驱动风扇本体2转动，进而风扇本体2转动带动太阳轮18转动，太阳轮18转动带动行星轮19在齿圈17限制下转动，进而带动行星架20减速转动，行星架20进而带动螺旋杆本体21转动。螺旋杆本体21转动推动气压筒本体1内的气体向出气口4方向运动，进而挤压出气口4侧的气压筒本体1内壁，由于出气口4排气速度小于螺旋杆本体21的压气速度，进而产生压力通过输气管5将空气导入到气缸件15的驱动腔内，推动气缸件15内的活塞件16上升，进而推动连接杆9带动拉杆10上升，进而使横杆11带动多个插杆12从安装管13内向上升起，进而起到拦截作用。

当风力越大时，风力对风扇本体2的作用力越大，风扇本体2的转速越快，使得螺旋杆本体21的转动速度增加，气压筒本体1内部气压增加，当气压筒本体1内部气压增加时出气口4的气体流出速度加快，当活塞件16运动到最高点时，气体无法通过输气管5下行进入到驱动腔，空气全部从出气口4排出，由于出气口4孔径限制，反作用于阻碍螺旋杆本体21转动，进而限制风扇本体2的转速，防止风扇本体2转速过快损坏。通过导向片7和可转动的转动架6配合轴承8，使得风扇本体2始终可以朝向来风方向。

当失去风力时，连接杆9、拉杆10、插杆12和配重块14以及活塞件16在自重作用下，下压活塞件16，使活塞件16在气缸内下降，进而使驱动腔中的空气反向通过输气管5进入到气压筒本体1内通过出气口4排出，进而实现自动复位。以减小防护装置整体在无风或者微风状态下的整体高度，避免影响巡检人员视线和巡检机器人的巡检。

面板堆石坝的面板主要受拉裂缝破坏，拉裂缝产生的原因主要是顺坡向摩擦力。防护装置在风力作用下，风扇本体2转动抽气驱动第二升降件上升至最高点后将风力转化为对混凝土面板向上的拉力，能够减小混凝土面板受到的坡面压力，进而减小面板受到的顺坡向摩擦力，减小面板顺坡向应力，使面板处于安全运行状态，保证混凝土面板堆石坝的面板不会开裂，提升混凝土面板堆石坝的安全性能。

实施例2

如图4所示为本实施例提供的一种混凝土面板堆石坝，具有实施例1中所述的堆石坝防护装置。通过在坝体22顶部安装堆石坝防护装置，堆石坝防护装置与混凝土面板连接，在无风或微风天气下，堆石坝防护装置高度较低，不会影响巡检人员视线和巡检机器人的巡检。随着风力增加，堆石坝防护装置的整体高度增加，能够增加堆石坝防护装置的防护性能，保护堆石坝结构上人员和设备的安全。且堆石坝防护装置在受到风力后，能够将风力转化为对混凝土面板向上的拉力，能够减小混凝土面板受到的坡面压力，进而减小面板受到的顺坡向摩擦力，减小面板顺坡向应力，使面板处于安全运行状态，保证混凝土面板堆石坝的面板不会开裂，提升混凝土面板堆石坝的安全性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种堆石坝防护装置，其特征在于，包括：

升降组件，具有沿竖直方向滑动配合的第一升降件和第二升降件；

气压筒本体（1），其内腔中同轴安装有螺旋杆组件，所述螺旋杆组件一端贯穿所述气压筒本体（1）设置，所述螺旋杆组件贯穿至所述气压筒本体（1）外的一端安装有风扇本体（2），所述气压筒本体（1）朝向所述风扇本体（2）的一端设置有进气口（3）；

驱动组件，具有滑动配合的气缸件（15）和活塞件（16），所述气缸件（15）与所述活塞件（16）配合形成密封的驱动腔，所述驱动腔与所述气压筒本体（1）内腔之间连通有输气件，所述活塞件（16）与所述第二升降件连接，以带动所述第二升降件沿所述第一升降件升降运动；

所述气压筒本体（1）转动安装在传动件上，所述气压筒本体（1）的轴线与其转动方向垂直，所述气压筒本体（1）上远离所述进气口（3）的一侧设置有出气口（4），所述出气口（4）的面积小于所述进气口（3）的面积。

2.根据权利要求1所述的堆石坝防护装置，其特征在于，所述气压筒本体（1）背离所述风扇本体（2）的一端安装有导向片（7）。

3.根据权利要求1或2所述的堆石坝防护装置，其特征在于，所述螺旋杆组件包括：螺旋杆本体（21）以及安装在所述螺旋杆本体（21）端部的行星齿轮，所述风扇本体（2）安装在所述行星齿轮背离所述螺旋杆本体（21）的一端。

4.根据权利要求3所述的堆石坝防护装置，其特征在于，所述行星齿轮包括齿圈（17）和与所述齿圈（17）同轴安装的太阳轮（18），所述太阳轮（18）与所述齿圈（17）之间安装有多个行星轮（19），所述多个行星轮（19）均安装在行星架（20）上，所述风扇本体（2）安装在所述太阳轮（18）上，所述螺旋杆本体（21）与所述行星架（20）固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的堆石坝防护装置，其特征在于，所述第一升降件包括至少两组安装管（13），所述第二升降件包括至少两组插杆（12），所述插杆（12）与所述安装管（13）一一对应滑动配合，多个所述插杆（12）之间安装有连接件，所述活塞件（16）与所述连接件之间配合连接。

6.根据权利要求5所述的堆石坝防护装置，其特征在于，所述驱动组件靠近所述连接件的一侧设置，所述连接件靠近所述驱动组件的一侧安装有配重块（14）。

7.根据权利要求6所述的堆石坝防护装置，其特征在于，每组所述插杆（12）中所述插杆（12）的数量为至少两个，每组所述插杆（12）内的所有所述插杆（12）之间安装有横杆（11），多个所述横杆（11）之间安装有所述连接件。

8.一种混凝土面板堆石坝，其特征在于，具有权利要求1至7任一项所述的堆石坝防护装置。

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