CN116446357A - 高效节能检修方便的分层取水设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高效节能检修方便的分层取水设备，涉及水利水电工程技术领域，包括门框组件、水封组件、推动组件、驱动组件、工作组件，框组件包括相互之间首尾连接的上横梁、箱型边柱、下横梁；水封组件转动设置在容纳空间内；推动组件设置在箱型边柱内与水封组件连接；驱动组件装设于箱型边柱内；工作组件装设于水封组件上。采用两组驱动组件通过推动组件及工作组件，任意驱动一个或多个封水组件，完成取不同高程水体的分层取水设备，实现使用功能的前提下，更加高效节能；一个门框组件加数个封水组件构成一个分层取水结构，安装在一个取水孔口的门槽中，采用设置于坝体平台的门机或台车，将分层取水设备整体提升或下放，便于检修。

Description

高效节能检修方便的分层取水设备

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及高效节能检修方便的分层取水设备。

背景技术

我国对水利水电工程引水至下游的水质和水温都提出了严格要求，特别大型水利水电工程一般都有比较深的水库，其取水建筑物孔口一般比较低，深埋水下，以便最大限度引取水库的存水。处于水库深处的取水建筑物孔口引取的是底层的水，底层水温度则相对较低，造成水库水温垂向分层现象，而且深层水存在一些矿物指标超标，具有一定的腥臭味。深层取水一般都是取的温度较低，且水质较差的水源，将其泄放到河道后会对下游河道鱼类的繁育、生长等过程带来明显的影响。而表层水水库表层水因为日照较多而温度较高，同样不适合部分部分鱼类生长，且表层水污物较多，取表层水污物排放至下游河道，形成污染转移，并未改善下游河道生态环境。因此需取中层水，但由于水库水位变幅较大，即中层水的高程位置是不断变化的。

对于水库取水，目前国内较常采用的是在进水口或取水口设置叠梁闸门或多层取水流道等分层取水技术，其中以叠梁闸门的应用较多，对于现有较常采用的叠梁闸门，其通常采用门机、台车等移动式启闭设备操作，为“一机多门”布置方式，一台启闭设备需要抓取不同孔口数量的闸门，因此启闭设备需在不同时刻通过抓梁水下抓取不同闸孔的叠梁闸门或整体闸门。由于闸门启闭为水下作业，会受到引水发电过流水体流速的影响，且下放深度较大，启闭设备抓取叠梁闸门过程中会存在：下放或提升速度过快易造成抓梁失衡产生摆动导致其被门槽卡住、入槽对位和叠梁闸门水下定位穿轴困难等诸多不确定风险因数，导致远程控制实现难度大，通常采用现地控制，从而造成现场工作人员工作强度过大，效率过低；且频繁的操作导致调度容错率差，一旦操作过程中出现叠梁闸门错位被卡住的现象，叠梁闸门操作时间将大幅延长，对电站运安全及发电效益也会产生一定影响。

另外，目前采用的百叶窗式。国外某些工程采用的百页窗式技术虽可一定范围上实现任意取水要求，比如美国沙斯塔水电站，但为固定式，且百叶窗长期水下操作易损坏，检修维护需泄水降低水位至进水口底槛高程以下，造成水资源浪费，且该技术需用钢结构框架三面围住进水塔或取水塔，用钢量较大，经济性较差；目前采用的另一种百叶窗式技术，每节活动门瓣均需设置为电动推杆或者双作用油缸机；电动推杆或者双作用油缸的一端铰接在活动门瓣上，另一端铰接在流道闸上，这种布置型式，在舌瓣门开启状态时电动推杆或者双作用油缸长期受水流冲击，影响驱动装置寿命，故障率升高。

对于大型水利水电工程，取水变幅大，一般在40m-80m范围，取水口数量多，大多布置20-90孔，分层取水设备高度尺寸大，设备数量多，因此设计方案考虑减少设备故障率，提高维护检修方便性，是必须重点关注的问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表上述内容是最接近的现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供高效节能检修方便的分层取水设备，用于解决目前的分层取水设备在分层取水过程中操控繁琐、检修不便的问题。

为实现上述目的，本发明提供了高效节能检修方便的分层取水设备，包括：

门框组件，所述框组件包括相互之间首尾连接的上横梁、箱型边柱、下横梁；所述箱型边柱对称设置在上横梁、下横梁的两侧，箱型边柱之间间隔设有中横梁形成容纳空间，箱型边柱内部中空且密封；

水封组件，所述水封组件转动设置在容纳空间内用于控制容纳空间的开启或关闭；

推动组件，所述推动组件设置在门框组件两侧的箱型边柱内与水封组件连接用于控制水封组件转动；

驱动组件，所述驱动组件装设于箱型边柱内与推动组件铰接用于带动推动组件移动；

工作组件，所述工作组件装设于水封组件上用于连接水封组件与驱动组件。

进一步的，所述箱型边柱上还设有进人孔；所述进人孔处设有封门。

进一步的，所述箱型边柱分节设置，每节箱型边柱的上下两端均设有螺栓连接板。

进一步的，所述水封组件包括舌瓣门；所述舌瓣门的两侧对称设有插入箱型边柱内部的中轴；所述中轴与箱型边柱之间设有防水密封性的第一滚动轴承。

进一步的，所述舌瓣门外形为橄榄型，采用面板加内部梁格型式。

进一步的，所述舌瓣门四周设置水封橡皮；所述门框结构的上横梁、下横梁、箱型边柱上的设有封水座板与水封橡皮配合进行止水；所述水封橡皮后设置弹簧片。

进一步的，所述推动组件包括连杆，连杆的一端通过销轴铰接设有曲柄；曲柄一端通过第二滚动轴承与中轴铰接，多个曲柄与一根连杆组合形成一套多连杆机构。

进一步的，所述连杆上间隔设有通槽；所述曲柄的端头通过销轴铰接在通槽内。

进一步的，所述门框组件右边的推动机构位于中轴的下游，门框组件左边的连杆机构位于中轴的上游。

进一步的，所述舌瓣门为不平衡重结构。

本发明的有益效果体现在：

采用两组驱动组件通过推动组件及工作组件，任意驱动一个或多个封水组件，完成取不同高程水体的分层取水设备，实现使用功能的前提下，更加高效节能；一个门框组件加数个封水组件构成一个分层取水结构(也称为一个分层取水叠梁门)，安装在一个取水孔口的门槽中，采用设置于坝体平台的门机或台车，将分层取水设备整体提升或下放，便于检修。

附图说明

图1为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的轴测图；

图2为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的正视图；

图3为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的侧视图；

图4为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的A-A剖视图；

图5为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的曲柄及连杆示意图；

图6为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的局部详图C；

图7为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的舌瓣门含水封装置轴测图；

图8为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的舌瓣门含水封装置侧视图；

图9为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的舌瓣门水封装置局部B-B剖视图；

图10为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的推动机构另一结构示意图；

图11为本发明高效节能检修方便的分层取水设备的不平衡重舌瓣门结构示意图；

附图标记说明：

1、门框组件；101、容纳空间；102、上横梁；103、箱型边柱；104、下横梁；105、中横梁；2、曲柄；3、连杆；4、离合器；5、螺栓副紧固件；6、销轴；7、摇摆式油缸；8、油缸支座；9、支承油缸框架；10、定位杆；11、吊耳；12、舌瓣门；1201、中轴；1202、第一滚动轴承；13、水封装置；14、水封橡皮；15、弹簧片；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在一实施例中，参见图1，本发明的高效节能检修方便的分层取水设备，包括门框组件1、挡水组件、推动组件、驱动组件、工作组件。

其中，门框组件1内设有相互独立的容纳空间101，门框组件1安装在水库中取水口的门槽内。

优选的，门框组件1包括相互之间首尾连接的上横梁102、箱型边柱103、下横梁104，箱型边柱103对称设置在上横梁102、下横梁104的两侧，箱型边柱103之间间隔设有中横梁105形成容纳空间101；箱型边柱103内部中空且密封，避免箱型边柱103内的机构泡水。

进一步的，箱型边柱103上还设有进人孔，进人孔处设有封门。

进一步的，箱型边柱103分节设置，每节箱型边柱103的上下两端均设有螺栓连接板，通过螺栓将相邻两节箱型边柱103连接为整体。

优选的，上横梁102、下横梁104、以及左、右两侧的箱型边柱103的过流迎水面及出水面均进行倒圆角。

优选的，上横梁102上还设有定位杆10及吊耳11。

具体的，挡水组件转动设置在容纳空间101内，通过调整挡水组件的角度开启或关闭容纳空间101。

优选的，挡水组件包括舌瓣门12，舌瓣门12的两侧对称设有插入箱型边柱103内部的中轴1201，中轴1201与箱型边柱103之间设有防水密封性的第一滚动轴承1202。

进一步的，中轴1201为台阶式悬臂轴。

优选的，舌瓣门12外形为橄榄型，为减轻重量，采用面板加内部梁格型式。

优选的，在舌瓣门12四周设置水封橡皮14，门框结构的上横梁102、下横梁104、箱型边柱103上的设有封水座板与水封橡皮14配合进行止水。

进一步的，水封橡皮14后设置弹簧片15，为水封橡皮14对封水座板提供压紧力。

进一步的，水封橡皮14采用P型水封橡皮。

进一步的，每层舌瓣门12的高度为3m～3.5m，宽度与水工建筑孔口宽度一致。

具体的，推动组件设置在门框组件1两侧的箱型边柱103内与挡水组件连接用于控制挡水组件转动，从而控制容纳空间101的开启与关闭。

优选的，推动组件包括连杆3，连杆3的一端通过销轴6铰接设有曲柄2；曲柄2一端通过第二滚动轴承与中轴1201铰接，多个曲柄2与一根连杆3组合形成一套多连杆机构；连杆3摇动带动曲柄2回转摆动，曲柄2摆动带动舌瓣门12轴旋转，进而带动舌瓣门12旋转，舌瓣门12旋转至垂直为关闭挡水状态，旋转至水平为开启取水状态。连杆机构传动方式相比如啮合传动等具有制造安装偏差容忍度高的优点。

进一步的，连杆3上间隔设有通槽，曲柄2的端头通过销轴6铰接在通槽内。

具体的，驱动组件装设于箱型边柱103内与推动组件铰接用于带动推动组件移动。

优选的，驱动组件包括支承油缸框架9，支承油缸框架9设置在上横梁102上，支承油缸框架9上固定设有摇摆式油缸7，摇摆式油缸7的活塞杆末端与连杆3通过球面滑动轴承铰接。

具体的，工作组件装设于挡水组件上用于连接挡水组件与驱动组件。

优选的，工作组件采用离合器4，离合器4装设与中轴1201的末端，通过离合器4工作将挡水组件与驱动组件连接，从而控制不同的挡水组件在驱动组件的驱动下转动。

进一步的，离合器4一侧通过键槽和键与舌瓣门12上的中轴1201联接，离合器4另一侧的法兰盘通过螺栓副紧固件5与曲柄2联接，离合器4压紧，曲柄2摆动可带动舌瓣门12上的中轴1201转动，进而带动舌瓣门12转动，离合器4松开，曲柄2摆动不能带动瓣门转动；离合器4选用成熟的标准化工业产品，采用电磁离合器4或液(气)动离合器4。

驱动组件中，与摇摆式油缸7配套使用的油箱、油泵电机组、控制阀组均设置于坝顶平台上，仅摇摆式油缸7、高压油软管、推动组件、离合器4在水下，但均设置于箱型边柱103中。

本实施例中，需要关闭某个或某几个处于开启状态的舌瓣门12时，先抱紧门框组件1右边所有离合器4，松开门框组件1左边所有离合器4，不驱动所有舌瓣门12状态下，使左边的连杆3复位后，再松开门框组件1右边需关闭舌瓣门12的离合器4，抱紧门框组件1左边需关闭舌瓣门12的离合器4，同时抱紧门框组件1右边其他位置的舌瓣门12的离合器4，门框组件1左边其他位置的舌瓣门12的离合器4保持松开，摇摆式油缸7工作拉动左边的连杆3机构，完成某个或某几个舌瓣门12的关闭，其他舌瓣门12保持不动。

重复以上动作即可完成任意一个或几个舌瓣门12的开关，通过安装于舌瓣门12的中轴1201末端的离合器4压紧和松开的切换组合，达到分层取水的目的。

舌瓣门12只允许在90°范围内转动，通过门框组件1上左右两侧的摇摆式油缸7的行程进行控制；每个舌瓣门12两侧伸出的中轴1201为台阶式悬臂轴，其上安装推动机构的曲柄2及轴承，以及轴末端离合器4。瓣舌门两侧伸出中轴1201位于舌瓣门12中部，舌瓣门12绕中轴1201旋转，比绕底轴旋转的驱动力大为减少。

为防止箱型边柱103构成的梁密封失效，造成驱动机构泡水，箱型边柱103底部可设自动潜水泵。

在每层舌瓣门12均设有液位传感器，根据液位数据，控制系统决定需开启或关闭某处舌瓣门12。

本设备每个舌瓣门12均设开度检测仪，离合器4配压力应变片，每个舌瓣门12上设置监测仪器用于监测、观测水温和/或水质，可以掌握不同高程处水温水质情况，实时评价分层取水效果，为分层取水措施的运行优化提供数据支撑，实现水温水质精准调控。

一个门框组件1加数个舌瓣门12构成一个分层取水结构，也称为一个分层取水叠梁门(参见图1)，安装在一个取水口门槽中。需要检修时，采用设置于坝体平台的门机或台车，通过门机上自动抓梁与本装置上的定位杆10和吊耳11配合，将分层取水设备整体提升或下放。一个分层取水叠梁门的节间可采用螺栓连接，分节高度根据坝顶门机轨上扬程确定，在坝顶安装为整体后放入门槽中。

对于水电站，分层取水装置大都设置于拦污栅后面，本分层取水装置位于水流中的结构和机电设备的零、部件布置简约，避免因长期水流冲击下，零部件脱落水中，对其后水轮机的安全运行造成不利影响。

在一实施例中，基于上述实施例，对于大型水利水电工程一般都有比较深的水库，水位变幅大，为适应取水位置范围较大要求，分层取水设备舌瓣门12数量相应较多，连杆3很长，为避免压杆失稳，多连杆3机构设计为只拉不压。即布置于门框组件1右边的推动机构位于中轴1201的下游，负责拉连杆3开启舌瓣门12；布置于门框组件1左边的连杆3机构位于中轴1201的上游，负责拉连杆3关闭舌瓣门12。

在一实施例中，基于上述实施例，舌瓣门12设计为不平衡重结构。

优选的，舌瓣门12的上半部分的重量大于舌瓣门12的下半部分的重量。

在本实施例中，舌瓣门12关闭通过不平衡重自动关闭，门框组件1左右两边的推动机构均为提升开启机构，单个推动机构即可完成舌瓣们的开启，门框组件1左右两边的推动机构为双保险，互为备用。本实施例中的方案运行可靠性更高，但舌瓣门12重量和油缸7的启升力有所加大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于，包括：

门框组件，所述框组件包括相互之间首尾连接的上横梁、箱型边柱、下横梁；所述箱型边柱对称设置在上横梁、下横梁的两侧，箱型边柱之间间隔设有中横梁形成容纳空间，箱型边柱内部中空且密封；

水封组件，所述水封组件转动设置在容纳空间内用于控制容纳空间的开启或关闭；

推动组件，所述推动组件设置在门框组件两侧的箱型边柱内与水封组件连接用于控制水封组件转动；

驱动组件，所述驱动组件装设于箱型边柱内与推动组件铰接用于带动推动组件移动；

工作组件，所述工作组件装设于水封组件上用于连接水封组件与驱动组件。

2.根据权利要求1所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述箱型边柱上还设有进人孔；所述进人孔处设有封门。

3.根据权利要求1所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述箱型边柱分节设置，每节箱型边柱的上下两端均设有螺栓连接板。

4.根据权利要求1所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述水封组件包括舌瓣门；所述舌瓣门的两侧对称设有插入箱型边柱内部的中轴；所述中轴与箱型边柱之间设有防水密封性的第一滚动轴承。

5.根据权利要求4所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述舌瓣门外形为橄榄型，采用面板加内部梁格型式。

6.根据权利要求5所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述舌瓣门四周设置水封橡皮；所述门框结构的上横梁、下横梁、箱型边柱上的设有封水座板与水封橡皮配合进行止水；所述水封橡皮后设置弹簧片。

7.根据权利要求6所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述推动组件包括连杆，连杆的一端通过销轴铰接设有曲柄；曲柄一端通过第二滚动轴承与中轴铰接，多个曲柄与一根连杆组合形成一套多连杆机构。

8.根据权利要求7所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述连杆上间隔设有通槽；所述曲柄的端头通过销轴铰接在通槽内。

9.根据权利要求4所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述门框组件右边的推动机构位于中轴的下游，门框组件左边的连杆机构位于中轴的上游。

10.根据权利要求4所述的高效节能检修方便的分层取水设备，其特征在于：所述舌瓣门为不平衡重结构。