CN216936724U - 一种自动化沉浮的浮动喷泉装置 - Google Patents

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CN216936724U CN202123117240.4U CN202123117240U CN216936724U CN 216936724 U CN216936724 U CN 216936724U CN 202123117240 U CN202123117240 U CN 202123117240U CN 216936724 U CN216936724 U CN 216936724U
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汪方炬
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Abstract

本实用新型公开了一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，包括浮体和喷泉系统，该浮体包括上浮箱、排架和下浮箱以及定位系统等，该上、下浮箱内分别由多个上、下隔板均分封闭成多段，在下浮箱上设置多种阀门，当喷泉装置需要下沉时，开启各段下浮箱的相应阀门注入水使喷泉装置下沉；当喷泉装置淹没在水中时，开启空压机压入压缩空气，相应阀门排出各段下浮箱内的水使喷泉装置上浮；喷泉装置的下沉或上浮由计算机控制自动实现；同时，喷泉装置还可通过限位结构限制最大上浮高度和下沉深度。因此，改进后的浮动喷泉装置具有景观优美、安全可靠、节能减排、生态环保、自动化沉浮程度高等优点，其结合相应的施工方法，经济效益和社会效益显著。

Description

一种自动化沉浮的浮动喷泉装置
技术领域
本实用新型涉及一种喷泉景观领域，具体是指一种自动化沉浮的浮动喷泉装置。
背景技术
浮动喷泉装置是将喷泉系统置于水上提供浮力的钢结构等浮体之上，能够上浮或下潜，机动灵活、虚实结合，如遇强台风还可下潜于水中，具有较强抵御自然灾害的能力。目前浮动喷泉装置的沉浮控制主要分两种措施：一是浮体的一侧由活动部件连接在固定柱上作一定范围的上下移动，通过浮体储存水仓内水量增减实现浮体的沉浮，如中国专利《升降式水上浮动平台》，专利号：CN200420114723.6；二是通过机械装置控制浮体的沉浮，如中国专利《一种喷泉固定装置》，专利号：CN201921010415.1。上述措施一的专利如水位上升淹没整个浮动喷泉装置时，浮体储存水仓内水不能排出，就无法使浮动喷泉装置浮出水面。措施二专利的机械装置长期浸泡在水中，由于机械装置腐蚀的原因，对浮动喷泉装置实现沉浮的可靠性有一定的影响，其润滑用油对水体还有一定污染，不利于保护自然生态环境。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种景观优美、安全可靠、节能减排、生态环保、自动化沉浮程度高的浮动喷泉装置。
本实用新型的技术问题通过以下技术方案实现：
一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，包括漂浮在河道水面的浮体和安装在浮体上的喷泉系统，所述的浮体包括上浮箱、排架和下浮箱；所述的下浮箱分别设置在排架两侧，并使下浮箱和排架顶面形成漂浮结构，该下浮箱内由多个下隔板均等分段封闭而形成独立的多段，每段下浮箱上均安装进出水阀、进气阀和排气阀，该进气阀连通空压机，每段下浮箱均具有圆形截面；所述的上浮箱围合设置在排架四周并形成凹形，该喷泉系统设置在凹形内，该上浮箱内由多个上隔板均等分段独立封闭而形成多段；当浮动喷泉装置浮动在设计水位的水面上时，即上浮箱部分出露水面需要下沉时，开启各段下浮箱的排气阀和进出水阀，水即注入每段下浮箱使浮动喷泉装置全部下沉；当浮动喷泉装置全部淹没在水中时，开启空压机压入压缩空气，进出水阀排出各段下浮箱内的水，使浮动喷泉装置上浮；所述的浮动喷泉装置通过多条锚链与沉入河底的多个锚固块连接锁定，并限制浮动喷泉装置的最大上浮高度；所述的河底设置支架，该支架和多条连接有锚固块的锚链共同限制浮动喷泉装置的最大下沉深度。
所述的排架是由圆形管道和板材组成，该圆形管道的两端与两侧下浮箱焊接成井字状骨架，在骨架上安装板材而形成封闭的凹形内部平面，并在平面上安装喷泉系统。
所述的下浮箱是安装在排架两侧的圆形管道，该圆形管道与排架的两端焊接而组成浮动喷泉装置的骨架。
所述的上浮箱具有封闭梯形截面，该上浮箱布设在排架与下浮箱组成的结构四周，并与排架形成浮动喷泉装置的凹形整体，上浮箱和排架中的圆形管道共同组成浮动喷泉装置的基本浮箱，提供基本浮力维持浮动喷泉浮在设计标高。
所述的进出水阀为双向阀门，开启进出水阀后，启动压缩机向进气阀压入设计气压的压缩空气，当每段下浮箱内的气压高于与河流连通的箱内水压时，水从下浮箱内排出；开启排气阀后，当每段下浮箱内的气压低于与河水连通的箱内水压时，水进入下浮箱内；所述的进气阀为单向止回阀，与空气压缩机连通，当每段下浮箱内的气压低于与河水连通的箱内水压时，止回阀关闭阻止水进入压缩机内；所述的排气浮头通过软管连接排气阀并飘浮在水面上排气，并阻止能河水进入下浮箱内。
所述的多个锚链、多个锚固块和支架共同组成限位结构，该锚链为柔性链条，锚固块为沉入河底的混凝土块体，锚链一端连接排架另一端连接锚固块，该浮动喷泉装置上浮的最大高度由锚链与沉入河底的锚固块控制锁定，锚链、锚固块与浮动喷泉装置的中心对称设置；所述的支架为钢筋混凝土结构或钢结构，由多根桩基和多根纵横梁组成，浮动喷泉装置下沉时，由所述支架限制下沉至最深水位。
所述的上浮箱的平面四角顶部和中部安装有高程标，该高程标包括圆管和圆管顶部的GPS RTK流动站，该圆管喷涂水位线，该GPS RTK流动站由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成，或采用北斗RTK系统，流动站防水性能IP68，抗震性能3G，工作温度为-40℃～65℃；在基准站上安置1台接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，并根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度，换算出浮动喷泉装置的坐标，实时动态掌握浮动喷泉的沉浮情况。
所述的进出水阀、进气阀、排气阀的启闭和进出水流量、沉浮时间以及压缩机、高程标即GPS RTK流动站由计算机远程集中统一控制，共同控制下浮箱的进出水和浮动喷泉装置的沉浮状态；所述的喷泉系统的启闭和水姿、声光色也由计算机远程集中控制。
与现有技术相比，本实用新型主要提供了一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，具有如下特点：一是喷泉系统运行时浮出水面，喷泉系统关闭时下沉水下，不影响自然景观，特别是遇到恶劣天气，沉入水下确保浮动喷泉装置设备安全；二是整个浮动喷泉装置通过计算机控制自动化沉浮，节约人力和机械资源，也可通过调节各种阀门的流量，控制下沉深度和上浮高度及时间，使浮动喷泉装置运行平稳和机动性强；三是水中不采用大型机械装置控制浮动喷泉装置的沉浮，避免机械设备运转润滑油污污染河水；四是推荐的计算公式理论结合实际，科学合理、实用易行，指导浮动喷泉装置的制造、装配、调试和运行。因此，本实用新型是一种景观优美、安全可靠、节能减排、生态环保、自动化沉浮程度高的浮动喷泉装置，其结合相应的施工方法，具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本实用新型的结构立面示意图。
图2为图1的半左视图和半A-A剖面图。
图3为浮动喷泉装置的每段下浮箱下沉进水时间计算图式。
图4为浮动喷泉装置的每段下浮箱上浮排水时间计算图式。
具体实施方式
下面将按上述附图对本实用新型实施例再作详细说明。
如图1~图4所示，1.河底、2.排架、3.下浮箱、31.下隔板、32.下浮箱分段、4.上浮箱、41.上隔板、5.喷泉系统、61.进出水阀、62.进气阀、63.排气阀、631.排气浮头、7.限位结构、71.锚链、72.锚固块、73.支架、8.高程标。
一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，如图1、图2所示，主要涉及一种将喷泉系统置于水上提供浮力的钢结构等浮体之上，并能够实现上浮或下潜的景观装置，该浮动喷泉装置机动灵活、虚实结合，如遇强台风还可下潜于水中，具有较强抵御自然灾害的能力。
其中，浮动喷泉装置主要是由漂浮在河道水面的浮体和安装在浮体上的喷泉系统5等结构构成，该浮体包括上浮箱4、排架2和下浮箱3。
所述的下浮箱3分别设置在排架2两侧，并使下浮箱3和排架2顶面形成漂浮结构，具体结构为：下浮箱3为普通金属、耐候金属、耐候硬质塑料制作的圆形管道，普通金属制作的圆形管道需做防锈处理，该圆形管道安装在排架2的两侧，与排架的两端焊接组成浮动喷泉装置的骨架，并作为浮动喷泉装置的调节浮箱，提供调节功能的浮力调节浮动喷泉装置的下沉或上浮；所述的下浮箱3用下隔板31等分分段封闭，即下浮箱3内由多个下隔板31均等分段封闭而形成独立的多段，可起到阻隔下浮箱3内水流大长度流动影响浮动喷泉装置的稳定性和预防下浮箱3个别段泄漏水而导致浮动喷泉装置下沉的作用，每段下浮箱3均具有圆形截面；根据浮动喷泉装置的总体质量，需通过计算需要增加下浮箱3体积时也可在排架2四周布设下浮箱。
并且，每段下浮箱3上均安装进出水阀61、进气阀62和排气阀63，该进出水阀61、进气阀62和排气阀63共同构成了阀门组，且上述阀门组主要采用电磁驱动或气压驱动，防水性能IP68，阀门组的开启或关闭以及流量由计算机远程集中同步控制。
所述的进出水阀61为双向阀门，开启进出水阀后，启动压缩机向进气阀62压入设计气压的压缩空气，当每段下浮箱3内的气压高于与河流连通的箱内水压时，水从下浮箱3内排出；开启排气阀63后，当每段下浮箱3内的气压低于与河水连通的箱内水压时，水进入下浮箱3内；所述的进气阀62为单向止回阀，与空气压缩机连通，当每段下浮箱3内的气压低于与河水连通的箱内水压时，止回阀关闭阻止水进入压缩机内；所述的排气浮头321通过软管连接排气阀63并飘浮在水面上排气，软管长度要满足需要。
所述的排架2是由普通金属、耐候金属、耐候硬质塑料制作的圆形管道和铝合金板材组成，普通金属制作的圆形管道需做防锈处理，圆形管道的两端与两侧下浮箱3焊接成井字状骨架，并在骨架上安装铝合金板材而形成封闭的凹形内部平面，该平面的凹形内即安装喷泉系统5。
而凹形实际上也是上浮箱4围合设置在排架2四周而形成的，具体结构为：上浮箱4为普通金属、耐候金属、耐候硬质塑料制作的封闭梯形截面，该上浮箱4由上隔板41分段封闭，即上浮箱4内由多个上隔板41均等分段独立封闭而形成多段，而多段上浮箱4布设在排架2与下浮箱3组成的结构四周，即可与排架2形成浮动喷泉装置的凹形整体，普通金属制作的上浮箱4需做防锈处理，上浮箱4和排架2中的圆形管道共同组成浮动喷泉装置的基本浮箱，能提供基本浮力维持浮动喷泉装置飘浮在设计标高。
同时，由于喷泉系统5重量分布的不均匀性，上浮箱4的个别段箱内注入水、水泥混凝土或其他重质材料调节浮动喷泉顶面的高度，使浮动喷泉顶面出露水面均衡一致；上浮箱4的各段预留部分空间作为调节浮动喷泉的设计标高。
所述的喷泉系统5为将水经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体，喷射千姿百态的水姿，或配以悦耳动听的音乐、美轮美奂的光谱、五彩斑斓的色泽，它既是一种水景艺术，体现了动、静结合，形成明朗活泼的气氛，给人以美的享受；同时，喷泉还可以增加空气中的负离子含量，起到净化空气、增加空气湿度、降低环境温度等作用。
这样，当浮动喷泉装置浮动在设计水位的水面上时，即上浮箱4部分出露水面需要下沉时，开启各段下浮箱3的排气阀63和进出水阀61，水即注入每段下浮箱3使浮动喷泉装置全部下沉；当浮动喷泉装置全部淹没在水中时，开启空压机压入压缩空气，进出水阀61排出各段下浮箱3内的水，使浮动喷泉装置上浮。
同时，浮动喷泉装置通过多条锚链71与沉入河底的多个锚固块72连接锁定，并限制浮动喷泉装置的最大上浮高度，而河底1需设置支架73，该支架和多条连接有锚固块72的锚链71共同限制浮动喷泉装置的最大下沉深度，该河底1是指安装浮动喷泉装置所在地的河流、水库、湖泊及其他水体底部。
所述的多个锚链71、多个锚固块72和支架73共同组成限位结构7，所述的锚链71为普通金属、耐候金属、耐候硬质塑料制成的柔性链条，普通金属制作的锚链需做防锈处理，所述的锚固块72为混凝土块体沉入河底，锚链71一端连接排架另一端连接锚固块72，该浮动喷泉装置上浮的最大高度由锚链71与沉入河底1的锚固块72控制锁定，锚链71、锚固块72与浮动喷泉装置的中心对称设置，数量由浮动喷泉装置的规模确定确保锚固安全适当；所述的支架73为钢筋混凝土结构或钢结构，由多根桩基和多根纵横梁组成，浮动喷泉装置下沉时，由所述支架73限制下沉至最深水位，同时由于锚链71的控制，浮动喷泉装置的中心能够平稳下沉落位在支架73上。
另外，上浮箱4的平面四角顶部和中部安装有高程标8，该高程标是由一定高度圆管和圆管顶部的GPS RTK (real time kinematic，实时动态定位) 流动站组成，安装数量按照实际情况确定。该圆管喷涂水位线，可直观观察浮动喷泉的水位，动态掌握浮动喷泉的沉浮情况；该GPS RTK流动站由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成，也可采用北斗 RTK系统，流动站防水性能IP68，抗震性能3G，承受短时间的水下一定深度的水压，工作温度为-40℃～65℃；在基准站上安置1台接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，并根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度，换算出浮动喷泉装置的坐标，实时动态掌握浮动喷泉的沉浮情况。
所述的进出水阀61、进气阀62、排气阀63的启闭和进出水流量、沉浮时间以及压缩机、高程标8即GPS RTK流动站由计算机远程集中统一控制，共同控制下浮箱3的进出水和浮动喷泉装置的沉浮状态，并达到浮动喷泉最优的沉浮效果。
所述的喷泉系统5的启闭和水姿、声光色也由计算机远程集中控制；所述的浮动喷泉装置由计算机统一集中控制，实现自动化控制沉浮和喷泉运行。
所述的浮动喷泉装置浮动在设计水位的水面上时，总数为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
段的每段下浮箱3的 长度均为
Figure 303931DEST_PATH_IMAGE002
，此时每段预先注入少量的水简化换算为下浮箱3等截面的长度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，对下浮箱3 分下沉和上浮两种情况进行分析；当浮动喷泉装置下沉时，开启各段下浮箱3的排气阀63和 进出水阀61，该排气阀63一端连接下浮箱3，另一端连接飘浮在水面上的排气浮头631，水即 注入每段下浮箱3使浮动喷泉装置全部下沉搁置在水中的支架73上，下浮箱3的截面中心至 水面的深度为
Figure 157005DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
时刻注入水的长度为
Figure 59102DEST_PATH_IMAGE006
，每段下浮箱3的圆形截面和进出水阀61 进水综合阻力为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；当浮动喷泉装置下沉搁置在水中支架73上时，下浮箱3的截 面中心至水面的深度也为
Figure 398816DEST_PATH_IMAGE004
，开启空压机压入压缩空气压强为
Figure 222416DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
时刻排出水的长度为
Figure 876251DEST_PATH_IMAGE010
，每段下浮箱3的圆形截面和进出水阀61排水综合阻力为
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；假设下浮箱3下沉 时注入水的体积与排出空气的体积相等、下浮箱3上浮时压入每段下浮箱的压缩空气和每 段下浮箱3内的水等体积即不可压缩，且每段下浮箱3进水与下沉过程同时发生、每段下浮 箱3排水与上浮过程同时发生，根据流体力学和牛顿定律，浮动喷泉装置下沉和上浮的有关 参数计算公式如下：
公式一、
浮动喷泉装置下沉时，下浮箱3下沉
Figure 429592DEST_PATH_IMAGE012
时刻每段下浮箱3进水的长度为
Figure 877891DEST_PATH_IMAGE006
，水 对浮动喷泉装置下沉的单位面积阻滞力为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，浮动喷泉装置周边浸水面积简化为在下沉过 程中保持不变，即等于浮动喷泉装置四周边竖向面积与单位面积阻滞力的乘积
Figure 923208DEST_PATH_IMAGE014
， 当
Figure DEST_PATH_IMAGE015
时，浮动喷泉装置总进水量
Figure 380734DEST_PATH_IMAGE016
、下沉力
Figure 525932DEST_PATH_IMAGE017
、下沉深度
Figure DEST_PATH_IMAGE018
和单位时间平均 进水量
Figure 410711DEST_PATH_IMAGE016
分别为
Figure 943324DEST_PATH_IMAGE019
Figure 673382DEST_PATH_IMAGE020
Figure 873419DEST_PATH_IMAGE021
（一）当在
Figure 397942DEST_PATH_IMAGE009
时间内下浮箱3内气体刚好排净进水长度
Figure DEST_PATH_IMAGE022
且浮动喷泉装置同步下沉 至设计水位，即下浮箱3截面中心下沉至最低设计水位，用公式一计算下沉时间；
（二）当在
Figure 214588DEST_PATH_IMAGE009
时间内浮动喷泉装置已经下沉至最低设计水位，但下浮箱3内气体尚 未排净，则关闭进出水阀61不再进水或事先减少进出水阀61的进水流量使之符合（一）；
（三）当在
Figure 482758DEST_PATH_IMAGE009
时间内下浮箱3内已进水长度
Figure 334040DEST_PATH_IMAGE022
但浮动喷泉装置未下沉至最低设计深 度，与最低设计下沉深度的差为
Figure 498305DEST_PATH_IMAGE023
，则浮动喷泉装置继续下沉深度
Figure DEST_PATH_IMAGE024
的时间
Figure 598985DEST_PATH_IMAGE025
为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
公式二、
浮动喷泉装置上浮时，下浮箱3上浮
Figure 927636DEST_PATH_IMAGE012
时刻每段下浮箱3在压缩空气强度
Figure 102266DEST_PATH_IMAGE027
作用下 排水长度为
Figure 703011DEST_PATH_IMAGE010
，上浮高度为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，水对浮动喷泉装置上浮单位面积阻滞力为
Figure 494250DEST_PATH_IMAGE013
，浮动喷泉装置 周边浸水面积简化为在上浮过程中保持不变，即等于浮动喷泉装置四周边竖向面积与单位 面积阻滞力的乘积
Figure 104223DEST_PATH_IMAGE029
，当
Figure 133358DEST_PATH_IMAGE015
时，浮动喷泉装置的总排水量
Figure DEST_PATH_IMAGE030
、上浮力
Figure 967322DEST_PATH_IMAGE031
、 上浮高度
Figure DEST_PATH_IMAGE032
和单位时间平均排水量
Figure 777015DEST_PATH_IMAGE033
分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE034
Figure 721838DEST_PATH_IMAGE035
Figure DEST_PATH_IMAGE036
（一）当在
Figure 139568DEST_PATH_IMAGE009
时间内下浮箱3内刚好排水长度
Figure 347695DEST_PATH_IMAGE022
且浮动喷泉装置同步上浮至设计水 位即下浮箱截面中心上浮至最高设计水位，用公式一计算下沉时间；
（二）当在
Figure 113526DEST_PATH_IMAGE009
时间内浮动喷泉装置已经上浮至最高设计水位，但下浮箱3内残留水 多于每段预先注入水量，则关闭进出水阀61不再排水或事先增加进出水阀的排水流量使之 符合（一）
（三）当在
Figure 65302DEST_PATH_IMAGE009
时间内下浮箱3内排水长度
Figure 803451DEST_PATH_IMAGE037
但浮动喷泉装置未上浮至最高设计水 位，与最高设计水位的差为
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，则浮动喷泉装置继续上浮
Figure 979217DEST_PATH_IMAGE039
的时间
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为
Figure 763502DEST_PATH_IMAGE041
取
Figure DEST_PATH_IMAGE042
大者作为进出水阀61的进排水单位时间流量值，同理按公式一、公式二 的原理计算浮动喷泉装置的下沉或上浮时间；
公式一、公式二中的各符号定义为：
Figure 50127DEST_PATH_IMAGE043
——分别为每段下浮箱3的等分长度、内径和上浮箱4的分段封闭总段 数，
Figure 642782DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure DEST_PATH_IMAGE045
——分别为浮动喷泉装置下沉时下浮箱3截面中心最低设计水位至水面的深 度或浮动喷泉装置上浮时下浮箱3截面中心最低设计水位至水面的高度，
Figure 723871DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 670486DEST_PATH_IMAGE046
——分别为浮动喷泉装置下沉或上浮时下浮箱3截面中心最低设计水位 与最高设计水位的差、浮动喷泉装置河水作用的标准大气压换算的水柱高度，
Figure 229643DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 942384DEST_PATH_IMAGE039
——当浮动喷泉装置下沉时，在
Figure 663216DEST_PATH_IMAGE012
时间内下浮箱3内已进水长度
Figure DEST_PATH_IMAGE047
但浮动喷泉 装置未下沉至最低设计水位，
Figure 422093DEST_PATH_IMAGE038
为此时的下沉水位为与最低设计水位的差；或当在
Figure 519362DEST_PATH_IMAGE012
时间 内下浮箱3内排水长度
Figure 352189DEST_PATH_IMAGE022
但浮动喷泉装置未上浮至最高设计水位，
Figure 243921DEST_PATH_IMAGE038
为此时的上浮水位与 最高设计水位的差，
Figure 896620DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 797580DEST_PATH_IMAGE048
——浮动喷泉装置下沉时，每段下浮箱3在设计高度时预先注入少量的水简化 换算为下浮箱圆形管道等截面的长度；或浮动喷泉装置上浮时，每段下浮箱3残留少量的水 简化换算为下浮箱的圆形管道等截面的长度；取
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure 547230DEST_PATH_IMAGE050
；
Figure DEST_PATH_IMAGE051
——空压机压入每段下浮箱3的气体压强，
Figure 143952DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure DEST_PATH_IMAGE053
——分别为每段下浮箱3进水长度和时间或上浮排水长度和时间，同时
Figure 815105DEST_PATH_IMAGE009
也 是浮动喷泉装置同步下沉或上浮的时间，
Figure 316493DEST_PATH_IMAGE054
；
Figure DEST_PATH_IMAGE055
——当浮动喷泉装置下沉时，在
Figure 389491DEST_PATH_IMAGE012
时间内下浮箱3内已进水长度
Figure 623026DEST_PATH_IMAGE047
但浮动喷泉 装置未下沉至最低设计水位，此时的下沉水位与最低设计水位的差为
Figure 250317DEST_PATH_IMAGE039
，继续下沉
Figure 493079DEST_PATH_IMAGE038
所用 的时间；或当在
Figure 889426DEST_PATH_IMAGE005
时间内下浮箱3内排水长度
Figure 559441DEST_PATH_IMAGE047
但浮动喷泉装置未上浮至最高设计水位，此 时的上浮水位与最高设计水位的差为
Figure 674028DEST_PATH_IMAGE039
，继续上浮
Figure 251640DEST_PATH_IMAGE038
所用的时间，
Figure 768072DEST_PATH_IMAGE056
；
Figure DEST_PATH_IMAGE057
——浮动喷泉装置下沉时
Figure 889217DEST_PATH_IMAGE012
时刻下浮箱3截面中心至最高设计水位的深度，或 浮动喷泉装置上浮时
Figure 491099DEST_PATH_IMAGE012
时刻下浮箱3截面中心至最低设计水位的的高度，
Figure 75664DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 446603DEST_PATH_IMAGE058
——每段下浮箱3的设计进水长度或每段下浮箱3的设计排水长度，
Figure 458421DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 282021DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 467014DEST_PATH_IMAGE059
——分别为下浮箱3压缩空气的压力、下浮箱3下沉时截面中心与河 水连通处受到的河水水压力、下浮箱3上浮时截面中心与河水连通处受到的河水水压力，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
；
Figure 223618DEST_PATH_IMAGE061
——分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE062
段下浮箱3下沉时的总进水量、
Figure 671917DEST_PATH_IMAGE062
段下浮箱3上浮时的总排 水量，
Figure 248391DEST_PATH_IMAGE063
；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
——分别为下浮箱3每段单位时间的平均进水量、下浮箱3每段单位时间 的平均排水量，
Figure 505585DEST_PATH_IMAGE065
；
Figure DEST_PATH_IMAGE066
——分别为时刻下浮箱3下沉时进水体积
Figure 116695DEST_PATH_IMAGE067
的下沉力、下浮箱3上浮时排 水体积
Figure 735895DEST_PATH_IMAGE068
的上浮力，
Figure 268508DEST_PATH_IMAGE060
；
Figure DEST_PATH_IMAGE069
——浮动喷泉装置下沉或上浮所受到水的阻滞力，为简化计算假设浮动喷泉 装置周边浸水面积在下沉或上浮过程中水的阻滞力保持不变，即等于浮动喷泉装置的四周 边竖向面积
Figure 326462DEST_PATH_IMAGE070
与单位面积阻滞力的乘积，
Figure 260920DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
；
Figure 582180DEST_PATH_IMAGE073
——分别为每段下浮箱3的圆形截面和进出水阀进出水综合阻力简化为下 浮箱3单位长度周边面积的进出水阻力，由试验确定，无试验数据时可查阅有关资料，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
；
Figure 398826DEST_PATH_IMAGE075
——分别为水的重度、水的密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
；
Figure 198155DEST_PATH_IMAGE077
——分别为下浮箱3下沉时每段内壁进水的水流加速度、下浮箱3上浮时 每段内壁进水的水流加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
；
Figure 521208DEST_PATH_IMAGE079
——分别为下浮箱3下沉时浮动喷泉装置的下沉加速度、下浮箱3上浮时 浮动喷泉装置的上浮加速度，
Figure 482211DEST_PATH_IMAGE078
；
Figure DEST_PATH_IMAGE080
——分别为浮动喷泉装置下沉时上浮箱4每段长度水的质量、浮动 喷泉装置上浮时未排出水的质量和浮动喷泉装置不包括部分水的总质量，
Figure 520574DEST_PATH_IMAGE081
；
Figure 389173DEST_PATH_IMAGE082
——分别为水的重度、水的密度，
Figure 298223DEST_PATH_IMAGE076
。
本实用新型的浮动喷泉装置操作方法，主要包括如下步骤：
步骤一、拟定自动化沉浮的浮动喷泉装置尺寸
Figure DEST_PATH_IMAGE083
根据业主要求以及地形和地质钻探资料，初拟自动化沉浮的浮动喷泉装置尺 寸、布置形式和选择工程材料以及机械设备；
Figure 695706DEST_PATH_IMAGE084
由有关力学原理计算复核并确定自动化沉浮的浮动喷泉装置的结构尺寸、布置 形式和工程材料，由公式一、公式二计算复核并确定浮动喷泉装置的下沉和上浮的时间以 及机械设备、计算机控制参数；
③编制施工组织设计文件，组织施工；
步骤二、施工制作排架2、下浮箱3、上浮箱4、限位结构7和购置喷泉系统5、阀门、高程标8和GPS RTK系统以及编制计算机控制软件；
Figure 955786DEST_PATH_IMAGE085
测量放样，按设计图纸确定限位结构7的精确位置和标高；
②制作排架2、下浮箱3、上浮箱4、限位结构7部件；
③限位结构7施工安装，质量满足设计要求；
④就近陆上装配排架2、下浮箱3、上浮箱4，组成浮动喷泉骨架浮体，各个接头焊接、装配质量符合设计要求，并对需要防锈的部件进行防锈处理；
Figure DEST_PATH_IMAGE086
安装下浮箱3、上浮箱4的各种阀门，各种阀门技术指标符合设计要求，装配GPS RTK系统和高程标8；
Figure 96917DEST_PATH_IMAGE087
将浮动喷泉骨架浮体进行注水试验，确认无渗漏水，按设计要求下浮箱各段内 预留少量水，简化换算为下浮箱圆管等截面的长度
Figure 126053DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure DEST_PATH_IMAGE088
编制自动化沉浮的浮动喷泉计算机控制软件；
步骤三、安装浮动喷泉
Figure 694438DEST_PATH_IMAGE083
将浮动喷泉骨架浮体拖运至设计要求的水面位置；
②测量浮动喷泉骨架浮体的位置，定位精确后将浮动喷泉骨架浮体与锚链71连接牢固；
③排气阀63上安装排气浮头631；
④安装喷泉系统5、高程标8和GPS RTK流动站以及计算机控制系统；
步骤四、调试浮动喷泉
Figure 241481DEST_PATH_IMAGE083
通过高程标8和GPS RTK流动站检测浮动喷泉骨架浮体总体标高，要求上浮箱顶 部标高符合设计要求，四角和中间顶部各点误差符合设计要求；
②如不符合设计要求，通过对上浮箱4某分段注入水、水泥混凝土或其他重质材料调节浮动喷泉装置顶面的高度，使浮动喷泉装置顶面出露水面均衡一致，并符合设计要求；
③浮动喷泉装置下沉试验：通过计算机控制同步开启每段下浮箱排气阀63和进出水阀61后，由于每段下浮箱3内的气压低于与河水连通的箱内水压，水进入下浮箱3内，浮动喷泉装置下沉，计算机通过高程标和GPS RTK流动站了解和控制浮动喷泉装置下沉动态情况，使浮动喷泉装置平稳下沉至设计最低水位并搁置在支架73上，计算机控制同步关闭下浮箱排气阀和进出水阀；
④浮动喷泉装置上浮试验：当浮动喷泉装置全部淹没在水中搁置在支架73时，通过计算机控制同步开启空压机和每段下浮箱进出水阀61，每段下浮箱3压入压缩空气，进出水阀61排出各段下浮箱3内的水，使浮动喷泉装置上浮，计算机通过高程标8和GPS RTK流动站了解和控制浮动喷泉装置上浮动态情况，使浮动喷泉装置平稳上浮至最高设计高度，计算机控制同步关闭下浮箱3进出水阀；
⑤通过浮动喷泉装置的下沉和上浮试验调试计算机软件，使之达到自动化控制浮动喷泉装置的下沉和上浮，并达到预期目的。
以上所述仅是本实用新型的具体实施例，本领域技术人员应该理解，任何与该实施例类似的结构设计，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，包括漂浮在河道水面的浮体和安装在浮体上的喷泉系统（5），其特征在于所述的浮体包括上浮箱（4）、排架（2）和下浮箱（3）；所述的下浮箱分别设置在排架（2）两侧，并使下浮箱（3）和排架（2）顶面形成漂浮的结构，该下浮箱（3）内由多个下隔板（31）均等分段封闭而形成独立的多段，每段下浮箱上均安装进出水阀（61）、进气阀（62）和排气阀（63），该进气阀（62）连通空压机，每段下浮箱均具有圆形截面；所述的上浮箱（4）围合设置在排架（2）四周并形成凹形，该喷泉系统（5）设置在凹形内，该上浮箱（4）内由多个上隔板（41）均等分段独立封闭而形成多段；当浮动喷泉装置浮动在设计水位的水面上时，即上浮箱（4）部分出露水面需要下沉时，开启各段下浮箱（3）的排气阀（63）和进出水阀（61），水即注入每段下浮箱（3）使浮动喷泉装置全部下沉；当浮动喷泉装置全部淹没在水中时，开启空压机压入压缩空气，进出水阀（61）排出各段下浮箱（3）内的水，使浮动喷泉装置上浮；所述的浮动喷泉装置通过多条锚链（71）与沉入河底（1）的多个锚固块（72）连接锁定，并限制浮动喷泉装置的最大上浮高度；所述的河底（1）设置支架（73），该支架和多条连接有锚固块（72）的锚链（71）共同限制浮动喷泉装置的最大下沉深度。
2.根据权利要求1所述的一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，其特征在于所述的排架（2）是由圆形管道和板材组成，该圆形管道的两端与两侧下浮箱（3）焊接成井字状骨架，在骨架上安装板材而形成封闭的凹形内部平面，并在平面上安装喷泉系统（5）。
3.根据权利要求1所述的一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，其特征在于所述的下浮箱（3）是安装在排架（2）两侧的圆形管道，该圆形管道与排架（2）的两端焊接而组成浮动喷泉装置的骨架。
4.根据权利要求1所述的一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，其特征在于所述的上浮箱（4）具有封闭梯形截面，该上浮箱（4）布设在排架（2）与下浮箱（3）组成的结构四周，并与排架（2）形成浮动喷泉装置的凹形整体，上浮箱（4）和排架（2）中的圆形管道共同组成浮动喷泉装置的基本浮箱，提供基本浮力维持浮动喷泉浮在设计标高。
5.根据权利要求1所述的一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，其特征在于所述的进出水阀（61）为双向阀门，开启进出水阀后，启动压缩机向进气阀（62）压入设计气压的压缩空气，当每段下浮箱（3）内的气压高于与河流连通的箱内水压时，水从下浮箱（3）内排出；开启排气阀（63）后，当每段下浮箱（3）内的气压低于与河水连通的箱内水压时，水进入下浮箱（3）内；所述的进气阀（62）为单向止回阀，与空气压缩机连通，当每段下浮箱（3）内的气压低于与河水连通的箱内水压时，止回阀关闭阻止水进入压缩机内；所述的排气浮头（631）通过软管连接排气阀（63）并飘浮在水面上排气，并阻止能河水进入下浮箱（3）内。
6.根据权利要求1所述的一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，其特征在于所述的多个锚链（71）、多个锚固块（72）和支架（73）共同组成限位结构（7），该锚链（71）为柔性链条，锚固块（72）为沉入河底的混凝土块体，锚链（71）一端连接排架（2）另一端连接锚固块（72），该浮动喷泉装置上浮的最大高度由锚链（71）与沉入河底的锚固块（72）控制锁定，锚链（71）、锚固块（72）与浮动喷泉装置的中心对称设置；所述的支架（73）为钢筋混凝土结构或钢结构，由多根桩基和多根纵横梁组成，浮动喷泉装置下沉时，由所述支架（73）限制下沉至最深水位。
7.根据权利要求1所述的一种自动化沉浮的浮动喷泉装置，其特征在于所述的上浮箱（4）的平面四角顶部和中部安装有高程标（8），该高程标包括圆管和圆管顶部的GPS RTK流动站，该圆管喷涂水位线，该GPS RTK流动站由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成，或采用北斗 RTK系统。
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