CN1779080A - 自动船闸与水运航道 - Google Patents

Abstract

一种自动船闸：下闸门与船闸室底板唇墙组合成水压反应室，此室设红外感应水压三通活塞，反应室下面有本闸室后端下坠管道，经下冲泄渠道与下闸门截通后，水平直通下船闸室上冲蓄渠道，该船闸室后根部都有下坠水渠道垂直坠落后水平连通下冲泄渠道，形成双层回龙冲泄，上下闸门于闸室两端组成一船闸室，船闸室可多级；水压反应室有一电钮开关与红外感应开关分别独立控制水压三通活塞使水压反应室闸门开、关、冲、泄和调节江河水位涨落和渡船排水量大小。本船闸建筑费少，安全，用上下水压平衡原理消除闸门巨大水头压，用船本身动力，原速通过船闸和水坝。有自动调节补水、溢水、弃水、防洪功能，有双层回龙开关冲泄，保证整个船闸系统各闸严格循环工作达到秒/吨级精度开关冲泄，还起到间隔分理作用。

Description

自动船闸与水运航道

技术领域：

本发明涉及一种船闸，尤其涉及一种水压感应自动快速开、关、冲、泄水位的船闸工程(不涉及现行各类船闸系统包括三峡五级船闸和升降船闸等内部任何结构问题，而是全新独立系统的船闸工程)水运航道旨在提升秃废江河运输及新的开发和用途。

背景技术：

现在的船闸系统非常复杂和笨重，故在高坝水位时，尽量减少船闸级数，或改为一次性升降机船闸。其缺点是因为几十米高的高坝水压窜到墙上，所以需事先要建造很大的建筑工程才能保证水压的冲击。另外每一级船闸需要用强大的电力才能启动闸门开、关、冲、泄。还有开关和冲泄是两套设备，因而用的电力控制设备也很庞大和复杂，每次开闸需要水量很大，因为每次由船通过时就要开闸放大水，因为闸门的船闸室是固定的，水容量大，开一次放一次水，所以水必然会浪费严重。另外过船的速度太慢，因为放水、蓄水、待船及船排列等等需要时间。还有因为水位高对船闸室周围壁有强大水压，建筑工程不能保持长久生命，需要经常花较多费用维修。升降船闸不可避免的渡船效率低，渡闸昂贵，二船闸系统都要大量人力物力来维护运行。

在98104521.9专利申请公开的文本中虽然能解决上述问题，但它用的不是双层回龙梯形船闸，水从闸门冲下去直接冲到底板上无法达到梯形工作要求。另外用的水压感应器类似千斤顶，如水压大就顶不住了，即使顶住了也拉不动，还仅仅是一种待水渡船的被动船闸，无法做到船到闸开、船过闸闭的高精度要求。而且航船在被动船闸内航行是很危险的，所以不能使用。

发明内容：

本发明的目的：设计一种运行水位低，可以基本上不用电力，依靠驶船本身动力或水势能过闸不用停船，不需要人员维护及维修，船闸用的建筑费少，且能大量节水的自动船闸。

本发明是这样实现的：一种自动船闸包括闸门和水道，其中闸门是在横轴上下翻转的帚形垂直一体的上下闸：其中闸门的下闸门与船闸室底板唇墙组合成水压反应室，是锁闭船闸室水位装置，水压反应室设有红外感应水压三通活塞是开关水压反应室的控制器，反应室下面有本闸室的后端下坠管道，经下冲泄渠道与下闸门截通作用后，水平直通下船闸室的上冲蓄渠道，截止于上闸门横轴根处再往上进入该船闸室冲击上闸门自行关闭而蓄升水位，而该船闸室后根部都有下坠水渠道垂直坠落后又水平连通下冲泄渠道，形成双层回龙冲泄机制，此根处或者设辅助关闸水堑，所述一体的上下闸门于闸室两端组成一个船闸室，这种船闸室或者是多级；水压反应室另有一电钮开关与红外感应开关分别独立控制水压三通活塞以使水压反应室闸门的开、关、冲、泄和调节江河水位的涨落和渡船排水量的大小。

所述船闸室一体的上闸门在船闸室底板上或者有水垫处活动，受船螺浆拨水冲击为关，另有一暗渠道直通前闸室的下闸门受拨水吸引为开，上下行航道的船闸方向相反，此船闸属中小型船闸，或者直接利用航船螺浆动力渡闸。

所述的多级船闸室分坝头平台船闸室，中部为数量不等的梯级船闸室，最后一级叫尾闸室，在各级船闸室端均安装一具竖直水压感应自动快速开、关、冲、泄水位的闸门，通过双层回龙冲泄管道在运行中衔接，和红外感应水压三通活塞所控制的水压反应室或者随时令其闸门做到船到闸开，船过闸闭，快速渡船的要求或或者采用双层梯闸提前同时冲泄，雷达监速，联网计算机，准确掌握开、关时间，按照航船原速通过大坝船闸。

各级船闸室均设有水压真空室，作为梯级下行船闸一开二关运行程序所必须的设施。而上行梯形船闸采用一开一关程序运行。

水压反应室接通红外感应水压三通活控制器、反应室下面有该闸室的下冲泄渠道与下闸门经截通作用后，水平直通下闸室的上冲蓄渠道，上冲泄渠道连通下船闸室经蓄升水位于闸室后端经下坠管道又回龙接下冲泄渠道，即所述冲泄渠道是双层回龙冲泄机制。上层为冲泄渠道，下层为排泄渠道。双层回龙冲泄管道是由金属管子组成的。水压反应室有一开关。上述一体的上下闸门，中间：有固定横轴为界，两个上下一体的闸门组成一个船闸室，一个上闸门在船闸室底板以上可以有水堑处活动，下闸门在船闸室底板唇墙处活动受船螺浆拨水冲击为关，吸引为开。上下行航道的船闸方向相反，船闸室可以设多级，每个船闸室长度依：渡船长度+(冲蓄时间X船速)公式计算这种长度在船闸室平底板以上，中间部分由前闸门到后闸门纵向贯穿一条冲泄渠道，前段为明渠道，后段为暗渠道。

在多级船闸室中，分为坝头平台船闸室，中部为数量不等的梯级船闸室，最后一级叫尾闸室。在各级船闸室端均安装一具竖直水压感应自动快速开、关、冲、泄水位的闸门，通过双层冲泄管道在运行中衔接，上层为冲泄管道，下层为排泄管道。

每具水压感应闸门一体的下闸门与闸室端底板唇墙，组合成一个水压反应室，其室设有红外感应水压三通活塞控制器，可以作到船到闸开、船过闸闭严密渡船要求，船只在其中均要求关机，由冲泄水层动力，自动过闸。若使用提前双层梯级冲泄加雷达测速，连网计算机适时开闸关闸，则可按航船原速直通渡闸，由此达到高精度程序且迅速，省水、安全、自动渡闸，而不需要加长船闸室长度以弥补充蓄水位的时间来协和航船速度。

下行各级闸门均设有占其闸门的宽度1/20面积，作为水压真空室，抽其室内水，则其下闸门水位背压就可即时关闭闸门，达到下行渡船一开二关的工作程序。上行渡船只须一开一关工作程序即可。

上室下闸门与下室上闸门通过充泄的水位而互为背压且各级一体的竖直闸门因自身平衡要求在上述背压情况下，有补水(开放)收剑(关闭)的自动作用，该控制器只一个电钮开关，绎水压三通活塞，所控制的水压反应室。是与专司船到闸开、船过闸闭红外感应开关，所控制的是同一个水压三通活塞和同一个水压反应室。只是它们不是同一时间使用，所以互不干扰，上述特征就能自动进行自我调节、补水、溢水、弃水，同时也就做到了坝头平台船闸兼有防讯，尾闸室兼有适应江河水位涨落的干扰。

本发明的优点在于：船闸建筑费用少，安全系数高，因为自动船闸的横轴安装在船闸的底板上，可以把闸门的水位超高压传到横轴，然后由此传到船闸室的底板内。所以不用建造很厚的墙。自动闸门含有两种功能，一种是起关闸作用，另一种是利用闸门大尺寸本身能快速冲泄作用，因冲泄是利用底板多孔深水层分布冲泄的。自动船闸利用上下水压平衡原理来消除闸门巨大的水头压，才能使自动闸门灵便的工作。

自动船闸门是以底板横轴为界，分为上下两段闸门承担四种不同性质的水头压，即上闸门内水头压、下闸门内水头压和上闸门水位背压、下闸门水位背压。可用船本身动力，原速通过船闸和水坝，因为本船闸能利用红外感应三通水压活塞提前开放上闸室的水位，所以能作的较长的船闸室使水位有足够时间充满。

自动调节补水、溢水、弃水、防洪等功能，因为每个闸门均有受红外感应三通水压活塞控制：水压反应室。此室另设一电钮以独力控制调节。而98104521.9没有这种功能。

有双层回龙开关冲泄，可以保证整个船闸系统各闸严格的循环工作可以达到秒/吨级精度很高的开关冲泄，还可以起到间隔分理的作用。而98104521.9没有双层回龙通道，所以仅能是一个待充泄水满后，水压感应闸门才能机械的开启和另一闸室同时关闭，不能被控制的自动闸门，因而不能使用。

因建立在上下平衡基础上的自动闸门，自有收剑功能，汇同各梯级船闸室闸门通过水位互为背压的牵制功能，这时只要各级船闸室提供渡船水位数据，通过计算器于各级水压反应室电钮开关，就可调节和消除因江河水位涨落及进船大小所产生需要补水、溢水、弃水的麻烦，同时也就实现了平台船闸防洪的功能。

由于统一较长力矩的上闸门，建立了安全稳定渡船的能力、统一的下闸门大箱、又保证了锁闭含有巨大水压闸门的可靠性。虽各自独立运行的自动闸门，且没有外来强力驱动和没有强力控制。安全是通过额定运行水位、水压、水量、显示出秒/吨级超高精度的运行程序。这种自然的超高精度的运行船闸，要比三峡五级船闸人为超高精度可靠的运行船闸系统，要显得特别轻松和便宜。因为不需庞大的设备和大量的人员来维护船闸系统自始自终日以继夜的运行。

由于水运航道具有节水、没有渗漏、自然蒸发量少，二次能源性，滑动与承托交通性，不受江河污染及洪涝早的影响，当与自动船闸接合后，可以深入沙漠千里，彻底治瀑治沙。深入平原网络可以防洪涝旱。如利用西藏高原水位势能，可以便宜的借助自动船闸升降特征建立与内地的江河往返运输。由于中小型自动船闸简单便宜，故可将中小河流节节筑坝，借以消除险滩急流，保持水位和流水平稳，提高中小江河四季的通航率，因船舶运输量大，消耗能源少，有降低全国燃油压力紧张趋势，且对江河两岸绿化有赞助作用。若使用有反齿水运航道，航速可提高。不受洪旱影响并可穿越城市，为城市所用。

也可将大小江河船码头用自动船闸与水运航道方式改建设计，使整船队上岸到任何城市地方装卸，即避其风浪、装卸、储运也便利。

附图说明：

图1为大型船闸已让船通过的工作循环图。

图2为大型船已进入船闸工作循环图。

图3为自动船闸的横断面示意图。

图4为在船闸上的水道中有水垫时，船运行情况示意图。

图5为整体连贯回龙冲泄线路示意图

图6为各闸门交错回龙冲泄机制示意图。

具体实施方式：

如图4所示，船闸在船闸室后闸门处水道中有一个水堑1，同时还在底板上有一个暗渠道2，船已通过了第一闸门，现在中间闸室的位置正准备通过进入第二闸室，如图2是船在航道运行中部分船闸的位置情况示意图，如图所示，上闸门5和下闸6是一体的，安装到横轴4上，下闸门6与底板唇墙10组合成水压反应室9，水压反应室9接通红外感应水压三通活塞11，水压反应室9下面有上闸室的下层冲泄渠道8，下层冲泄渠道8水平直通下闸室的上冲泄渠道7，截止于上闸门横轴处以上闸室蓄升水位，又经该室后部回龙进入下坠冲泄渠道13，又回到同一个下层冲泄管道8，上闸门5倒下时，下闸门6尾部有一个滑行槽，如图2所示，水压真空室12在下冲泄水道8的上面。船闸室内下坠渠道13是暗渠道所以用虚线表示。

整个船闸工程中有多级船闸，如坝头平台船闸，中部为数量不等的梯级船闸，最后有尾闸。

如图3所示的闸门横断面示意图，还表明了水压反应室的位置大小。

如图4所示，为整个船闸为一条回龙式双层排灌系统，底板和横轴加固结合，上下两层有金属管排夹持在底板上下，作底板面层，管排两端钢管架封头夹板，这是和上下闸门组合一体的横断面，从上往下依次是上闸门5、横轴4、下闸门上层冲泄管道7、下层冲泄管道8。上层冲泄管道7代表上闸室冲向下闸室的上闸门，下层冲泄管道8代表另一个闸室冲向下闸室的上闸门。冲蓄管道7、冲泄管道8+船闸室蓄升的水位，组成双层回龙通道。

如图5所示，为整体连贯回龙冲泄线路图，船是由下面向上行驶的。

如图6所示，为各船闸门交错回龙冲泄机制示意图，因各级闸门截通作用，故形成逢单逢双交错回龙冲泄机制，虚线闸门代表已经冲泄开。

计算梯级船闸室长度举例如下：

1、设坝高6m，船闸室航道宽5.1m，额定航船长度30m，吃水深1m，以上运行水位1m，由坝高6m1m层厚运行水位为6，所以需要6个梯级船闸室，航船才能过6m高的坝头，而每梯级船闸室长度预测为40m，是由航船最大长度+(冲泄完毕时间X航船速度)决定的。设该闸门运行水位落差为1m，质量单位1m3，求每个单位冲泄速度u＝2gh＝2×9.8×1＝4.427m/秒(1)；由牛顿第二定律a＝F/m用(1)式代入a＝4.427/1＝4.427(2)；初速等于零的匀速运动s＝1/2att＝(3)、s=40m、t＝42.5秒(4)；设船在船闸航道内航速限为5公里川、时，折算1.39/秒……(5)；船闸室长度预测s＝40m，减去船长度30m，所以空余距离10m.…(6)；10m/1.39/秒：7.1秒可知还需7.1秒可渡完一个梯级船闸室全程，则冲泄水位时间4.25秒＜7.1秒的渡闸剩余时间。

每梯级船闸室长度为：渡船长度+(冲蓄时间X船速)＝30m+(4.25×1.39/秒)＝36.15m由此知，加上阻力损失及不定因素在船闸室长40m，宽5m运行水位层厚1m。若渡闸航速15公里川、时，需要再增加船闸室长度才能满足冲蓄时间的要求。与双层提前冲泄，以满足航船原速通过时间。这两项技术措施。在西藏超多梯级超长船闸中，均可选择用到。用以提高到西藏水运航道的速度。

水运航道：目前全国大小江河的水上交通运输均处于秃废状态，这是文明社会螺旋形发展的趋势。当前油汽紧张，仍至进一步燃料耗尽，人们将会更高层次的开发江河的水上交通运输，以保证经济安全为根本，主要关键在于改变笨重而落后的船闸为自动船闸，才能更进一步提高江河水上交通运输，例：1、本案发明的船闸可以做到船到闸开、船过闸闭且安全可靠，又经济不用动力和力维护，若进一步用雷达测速，连网计算机予先确定开、关闸准确时间，就可根据航船原速直接通过船闸系统。在这基础上，将中、小河流从源头到尾，节节筑坝，提高水位，消除浅滩急流暗礁、平缓水流，四季通航，且可提高航速，由于水上运输承载量大，没有振动，承载滑行，船体简单，油耗少等优点，加上渡坝顺利。若某段采用水运航道运输，因为内设反射齿板可以进一步提高航速，像铁路公路一样用高架通过城市为城市所用。

2、由于水运航道具有节水、没有渗漏、自然蒸发少、二次能源性、润滑承托交通性，不受江河洪涝旱及排污的影响，当与自动船闸接合后，可以深入沙漠千里，彻底治瀑治沙，深入平原网络可防洪、涝、旱。

3、利用西藏高原水位势能，可以借助自动船闸升降特征十分便利与内地的江河往返运输，旅游高山流水也可仿效。

4、由于大江小河各类船码头设计原系古老方式，没有新突破、落后的停靠船仍需要绞索，装卸的作业也落后，江河水位涨落与风浪侵袭不能彻底摆脱。故采用便利的自动船闸，把船舶提升上岸去，借助水运航道可在城市的任何地方并可任意调节货船的高度进行装载卸货，这样任何大风大浪都不可能危及船舶的安全，也就免除了停靠码头须用绞索捆绑的麻烦。

Claims (4)

1、一种自动船闸包括闸门和水道，其中闸门是在横轴上下翻转的帚形垂直一体的上下闸门，其特征在于：其中闸门的下闸门与船闸室底板唇墙组合成水压反应室，是锁闭船闸室水位装置，水压反应室设有红外感应水压三通活塞是开关水压反应室的控制器，反应室下面有本闸室的后端下坠管道，经下冲泄渠道与下闸门截通作用后，水平直通下船闸室的上冲蓄渠道，截止于上闸门横轴根处再往上进入该船闸室冲击上闸门自行关闭而蓄升水位，而该船闸室后根部都有下坠水渠道垂直坠落后又水平连通下冲泄渠道，形成双层回龙冲泄机制，此根处或者设辅助关闸水堑，所述一体的上下闸门于闸室两端组成一个船闸室，这种船闸室或者是多级；水压反应室另有一电钮开关与红外感应开关分别独立控制水压三通活塞以使水压反应室闸门的开、关、冲、泄和调节江河水位的涨落和渡船排水量的大小。

2、据权利要求1所述的船闸，其特征在于：所述船闸室一体的上闸门在船闸室底板上或者有水垫处活动，受船螺浆拨水冲击为关，另有一暗渠道直通前闸室的下闸门受拨水吸引为开，上下行航道的船闸方向相反，此船闸属中小型船闸，或者直接利用航船螺浆动力渡闸。

3、根据权利要求1所述的船闸，其特征在于：所述的多级船闸室分坝头平台船闸室，中部为数量不等的梯级船闸室，最后一级叫尾闸室，在各级船闸室端均安装一具竖直水压感应自动快速开、关、冲、泄水位的闸门，通过双层回龙冲泄管道在运行中衔接，和红外感应水压三通活塞所控制的水压反应室或者随时令其闸门做到船到闸开，船过闸闭，快速渡船的要求或或者采用双层梯闸提前同时冲泄，雷达监速，联网计算机，准确掌握开、关时间，按照航船原速通过大坝船闸。

4、根据权利要求1，所述的船闸，其特征在于：各级船闸室均设有水压真空室，作为梯级下行船闸一开二关运行程序所必须的设施；而上行梯形船闸采用一开一关程序运行。

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