CN219059967U - 一种自浮动式分层取水装置 - Google Patents

Abstract

一种自浮动式分层取水装置，设于坝体的上游，包括：浮动系统，其配置在所述坝体壁面上，至少配有两个浮箱，在所述浮箱之间设有与其连接的前置板和底板，且所述浮箱与所述前置板的高度具有位置差；所述前置板、所述底板、两侧的所述浮箱与所述坝体壁面围成一个侧面具有缺口的空腔；且在所述浮箱中配设有泵体，所述泵体与水库连通；滑移系统，其构置有轨道，所述轨道与所述浮箱连接并带动所述浮动系统沿所述坝体高度移动。本实用新型通过调控浮动系统自重与其浮力的大小关系，可实现取水空腔随水位变化自动沉浮，有效提取水库表层中有利于农作物生长的高温水；适宜所有工程分层取水的新建与补建，具有小巧、易施工安装、无需人工操控、造价低、稳定性高、适用性广等特点。

Description

一种自浮动式分层取水装置

技术领域

本实用新型属于水电站控制系统技术领域，尤其是涉及一种自浮动式分层取水装置。

背景技术

大中型水电站，由于水深较大，容易形成稳定的温度分层型水库，在这种情况下，若采用常规的深式电站进水口，其下泄的低温水会对下游河道的水质与水生生物带来不利影响，在有灌溉需求的地区，对农作物的正常生长也有显著影响。对此，电站进水口采用分层取水技术可以有效提高下泄水温温度，减免下泄低温水对下游水环境及水生物的不利影响，是确保水电开发与自然环境和谐发展的有效工程措施之一。

近10余年来，我国开始重视大型水电站的分层取水问题，并对一些分层取水措施未建工程实施补建。当前，叠梁门分层取水是应用最多的分层取水措施之一，但叠梁门分层取水建设需要在传统电站进水口前增设塔式进水平台，并设置叠梁门，对于工程补建而言，工程投资及工程规模均较大，且常受到场地限制难以施工。浮动式取水方法是一种新的取水思路，在我国已有初步应用。文献(黄永坚.水库浮式取水装置[J].水利水电技术,1983)提出了一种水库浮式取水装置，该装置布置于进水口前缘竖井平台内，浮箱与平板隔水门连接，通过浮箱上下浮动带动平板闸门的上下运动。然而，对于有些工程改建而言，进水口前缘补建竖井平台可能受到场地限制而无法实施。此外，若无竖井平台，在洪水期内浮式取水装置运行安全受到威胁。

可见，如何解决当前存在的上述难题，提出一种具有结构简单、施工和维护方便、造价低且不受场地规模限制、运行安全等特点的分层取水装置是当前研究的热点。

实用新型内容

本实用新型提供一种自浮动式分层取水装置，如何提出一种具有结构简单、施工和维护方便、造价低且不受场地规模限制、运行安全等特点的分层取水装置的技术问题。

为解决至少一个上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种自浮动式分层取水装置，设于坝体的上游，包括：

浮动系统，其配置在所述坝体壁面上，至少配有两个浮箱，在所述浮箱之间设有与其连接的前置板和底板，且所述浮箱与所述前置板的高度具有位置差；所述前置板、所述底板、两侧的所述浮箱与所述坝体壁面围成一个侧面具有缺口的空腔；且在所述浮箱中配设有泵体，所述泵体与水库连通；

滑移系统，包括构置在所述坝体上的轨道，所述轨道与所述浮箱连接并带动所述浮动系统沿所述坝体高度移动。

优选地，两个所述浮箱沿所述浮动系统的宽度方向同高设置；

每个所述浮箱中均设有一个所述泵体，所述泵体为双向控制的水泵，具有抽水模式和排水模式。

优选地，所述前置板被配置在所述浮箱远离所述滑移系统的一侧面；

所述底板分别与两侧所述浮箱下端面连接；

所述前置板的高度低于所述浮箱高度，且在所述前置板的上方还设有拦污栅；

所述拦污栅的顶部与所述浮箱顶部齐平。

优选地，在所述底板和两侧所述浮箱的下端面上均设有与所述坝体壁面连接的止水件。

优选地，所述浮动系统还包括用于监控所述空腔水位高度的液位传感器；所述液位传感器设置在所述前置板顶部。

优选地，还包括设置在远离所述坝体的移动终端上的智控系统，所述智控系统分别与所述泵体、所述液位传感器通信连接。

优选地，在所述坝体的下段部还设有连接所述坝体上游和下游的进水口；

所述进水口的宽度小于两个所述浮箱的最外侧面的宽度。

优选地，所述滑移系统沿所述坝体高度设置，包括：

设于所述坝体壁面上且并排设置的隔沙槽；

每个所述隔沙槽配设有两个沿其长度方向设置的所述轨道；

所述轨道被构造为齿状轨道。

优选地，在每个所述轨道上还设有与其配合的滑动组件；每个所述浮箱与其相应位置的所述滑动组件连接。

优选地，所述滑动组件包括齿轮、轴承和连接件；

所述齿轮与所述轨道啮合并分别与所述轴承连接；

所述连接件一端与所述轴承连接，另一端与所述浮箱连接。

采用本实用新型设计的一种自浮动式分层取水装置，通过调控浮动系统自重与其浮力的大小关系，可实现浮动系统随水位变化自动沉浮，进而精确调控前置板中的取水深度，有效使水库表层的高温水从浮动系统中的前置板顶部经拦污栅溢流进浮动系统中的内部空腔里，再经与空腔互通的进水口流出被用于灌溉，有利于农作物的生长。这种通过滑移系统将浮动系统直接外挂于坝体表面的自浮动式分层的取水装置，适宜所有工程分层取水的新建与补建，具有小巧、易施工安装、无需人工操控、造价低、稳定性高、适用性广等特点。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的取水装置的立体图；

图2是本实用新型一实施例的取水装置的侧视图；

图3是本实用新型一实施例的取水装置的正视图；

图4是本实用新型一实施例的取水装置的俯视图；

图5是本实用新型一实施例的每个隔沙槽中所设轨道的布局图；

图6是本实用新型一实施例的每个轨道与浮箱配合的俯视图。

图中：

100、取水装置 10、坝体 20、浮动系统

21、浮箱 22、前置板 23、底板

24、拦污栅 25、泵体 26、液位传感器

27、止水件一 28、进水口 30、滑移系统

31、轨道 32、隔沙槽 33、齿轮

34、轴承 35、连接件 36、止水件二

37、锚筋 40、智控系统

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实施例提出一种自浮动式分层取水装置100，如图1-4所示，设于坝体10的上游处，包括浮动系统20、滑移系统30和智控系统40，其中，浮动系统20包括两个通过前置板22和底板23互连的浮箱21和置于每个浮箱中的泵体25，泵体25通过水管与坝体10上游的水库连通，其中前置板22和浮箱21的高度具有一定的高度差，且前置板22、底板23、两侧的浮箱21与坝体10的壁面围成一个侧面具有缺口的空腔且其顶部为开口设置；滑移系统30包括构置在坝体10壁面上的轨道31，轨道31与浮箱21连接并带动浮动系统20沿坝体10的高度方向移动；智控系统40设置在远离坝体10的移动终端上(附图省略)，且其与泵体25通信连接。通过调控浮动系统20的自重与其浮力的大小关系，可实现取水装置100随水位的变化而自动沉浮，进而可精确调控前置板22顶部的取水深度，有效使水库中的表层高温水从浮动系统10中的前置板22的顶部溢流进浮动系统20中的内部空腔里，再经与空腔互通的进水口28流出被用于灌溉，有利于农作物的灌溉生长。这种滑移系统30可将浮动系统10直接外挂于坝体10的表面的自浮动式分层的取水装置100，适宜所有工程分层取水的新建与补建，具有小巧、易施工安装、无需人工操控、造价低、稳定性高、适用性广等特点。

具体地，浮动系统20沿其宽度方向设有两个同高配置的浮箱21，浮箱21之间为间隙设置；两侧浮箱21通过设置在其中间的前置板22和底板23连接于一体，其中，前置板22被配置在浮箱21远离滑移系统30的一侧面，且前置板22与浮箱21连接的侧面齐平设置；底板23分别与两侧浮箱21的下端面连接且与浮箱21的下端面齐平连接设置；并在底板23和两侧浮箱21的下端面上均设有与滑移系统30连接的L型结构的止水件一27，止水件一27是本领域中常用的止水材料制成的结构，下文所有用于止水的部件都与其相同，不再详述。

每个浮箱21均由钢结构水箱组成，浮箱21呈长方体状结构且四周密封，每个浮箱21的体积V等于浮箱21的长L×宽W×高H。前置板22的顶部距离水面设计高度为h，前置板22的顶部距离浮箱21的顶部距离为(h+1)m，也就是，浮箱21的顶部高于水面1m；进而前置板22与两侧的浮箱21在其高度方向上具有高度为(h+1)m的缺口用于溢流水库中的水进入空腔中。

优选地，在坝体10的下段部或中段部还设有连接坝体10上游和下游的进水口28，进水口28靠近坝体10下游一侧的端口与外置的发电机组的管道连通，进水口28靠近坝体10上游一侧的端口与浮动系统20连通；两个浮箱21的最外侧面的宽度W1大于进水口28靠近水库一侧端口的宽度W3；优选地，进水口28靠近水库一侧端口的宽度W3与前置板22的宽度W2相等，如图4所示。

优选地，在前置板22的上方也就是在前置板22与两侧浮箱21之间的缺口处设有拦污栅24；前置板22和拦污栅24与浮箱21远离滑移系统30的一侧面齐平，前置板22、底板23和拦污栅24的宽度均与相邻浮箱21之间的距离相同；拦污栅24的顶部与浮箱21的顶部齐平，也即是拦污栅24的高度为(h+1)m。前置板22、底板23、两侧的浮箱21与坝体10的壁面围成一个侧面具有缺口的取水用的空腔，而安装拦污栅24之后，水库中的表层水亦可以经拦污栅24过滤后进入该空腔中，且该空腔与进水口28互通连接，水库中的水从前置板22顶部即经拦污栅24处溢流进空腔中，再经进水口28流通到置于坝体10下游一侧的外置管道(附图省略)中灌溉。随着取水装置100随水位的变化而自动沉浮，进而可调控前置板22顶部的取水深度，可精确且有效地提取水库中的表层高温水。

为了能保证浮动系统20稳定地浮着在水库水面上且保持一定的浮水高度，要求在每个浮箱21中均设有一个泵体25，泵体25为双向控制的水泵，其通过水管使浮箱21与坝体10中的水库连通。泵体25具有两种运行模式，分别是抽水模式和排水模式，其中，抽水模式为水流通过水管经泵体25从水库抽水进入浮箱21中；排水模式为水流通过水管经泵体25从浮箱21中抽水向水库中排；即抽水模式是向浮箱21中进水，排水模式是从浮箱21中排水。

优选地，浮动系统20还包括用于监控空腔中水位高度的液位传感器26；液位传感器26安装在前置板22的顶部，实时监测前置板22的顶部水深，液位传感器26与智控系统40通信连接。智控系统40设置在坝体10岸上的终端设备上，液位传感器26监测水深数据，并实时传输至智控系统40中；智控系统40与双向泵体25连接，智控系统40根据水液位传感器26传输的水深数据自动启动或人工启动泵体25，并结合液位传感器26传输的水深数据控制泵体25的运行模式。

当液位传感器26传输的水深数据小于设计高度h时，泵体25运行模式为抽水模式；液位传感器26传输的水深数据大于设计高度h时，泵体25运行模式为排水模式；液位传感器26传输的水深数据等于设计高度h时，泵体25不启动。

如图5-6所示，滑移系统30沿坝体10高度设置，包括设于坝体10壁面上且并排设置的隔沙槽32；每个隔沙槽32的背水面即其远离浮箱21的内表面上设有两条齿状的轨道31，轨道31沿隔沙槽32的长度方向即其高度方向设置，且轨道31被构造为齿状轨道；两条轨道31的顶面与隔沙槽32顶面面齐平，轨道31垂直于水库的水面。每个隔沙槽32对应一个浮箱21设置，在每个隔沙槽32上还设有与其配合的滑动组件，且每个浮箱21与其相对应位置的滑动组件连接。

优选地，滑动组件包括齿轮33、轴承34和连接件35，每个轨道31配置有两个齿轮33、一个轴承34和一个连接件35；齿轮33与轨道31啮合并分别与轴承34的两端连接；连接件35的一端与轴承34连接，另一端与浮箱21的背面连接。

优选地，隔沙槽32为槽型结构，用于隔沙，垂直于水库的水面布置，隔沙槽32的背水面通过锚筋37固定在坝体10上。隔沙槽32的迎水面即靠近浮箱21的一侧面有一条贯穿上下的缺口，缺口沿隔沙槽32的长度方向垂直于水库水面，连接件35穿过缺口将浮箱21连接在轴承34上。连接件35为板状，垂直于水库的水面，与连接件35相连的轴承34可以为多组。齿轮33安装在轴承34上，沿轨道31上下运动。

优选地，隔沙槽32的迎水面即其靠近浮箱21的一侧面处，在连接件35的两侧分别设有与隔沙槽32连接的止水件二36，止水件二36是沿连接件35与隔沙槽32的相交处自上而下设置的L型结构止水结构。

不计智控系统40的重量，两侧的浮箱21的总重为G1；前置板22和底板23均由轻质有机材料板，前置板22的自身重力为G2；底板23的自身重力为G3；拦污栅24的材质为铝合金，自身重力为G4；轨道32与齿轮33之间的摩擦阻力为G5。为保证自浮式取水装置100运行的安全性，正常稳定运行时浮箱21上表面高于水面1m，则浮箱21收到的浮力F；浮力F应大于或等于浮动系统20的重力和阻力之和G＝G1+G2+G3+G4+G5。

优选地，在最高运行水位为H_0max时，浮箱21上表面高出水面1m，此时，进水口28的下底面至浮箱21下底面的距离h′最小为0.5m，也就是浮箱21的底部和底板23所在面均低于进水口28的下端面0.5m，如附图2所示。

优选地，当运行水位小于H_0max时，浮箱21上表面高出水面1m，浮箱21的下底面至进水口28的下底面的距离h′大于0.5m。因浮动系统10可自动随水库中的水位上升或下降，其与水库中水位的相对位置差不变，当水库中的水位下降时，则相应地浮箱21也下降，进而浮箱21的下端面与进水口28下端面的高度距离h′也加大，不会影响空腔与进水口28的互通。

基于上述内容，取水装置100的操作步骤如下：

S1、在坝体10上游一侧的水库中，先将两侧隔沙槽32通过锚筋37固定在坝体10壁面上，在隔沙槽32中设置两条轨道31，并使齿轮33与轴承34连接后再与轨道31啮合；再通过连接件35将浮动系统20中的浮箱21与轴承34连接。

S2、在坝体10壁面分别与两侧浮箱21的下端面和底板23的交界面上设置L型结构的止水件一27，以使浮动系统20与坝体10的交界面处密封止水。

S3、在连接件35与隔沙槽32的连接外壁面处从上到下设置L型结构的止水件二36，使接件35与隔沙槽32的连接面密封止水。

S4、初始状态，浮动系统20在浮箱21的浮力作用下漂浮于水库水面上，前置板22上部距离水面高度小于设计高度h。

S5、运行状态，安装于前置板22顶部的液位传感器26将监测到的水深结果传输至智控系统40中，智控系统40启动两侧浮箱21中的泵体25，泵体25开启抽水模式，水流由浮箱21的外部经泵体25抽入至浮箱21内，浮动系统20由于自重加大开始下沉，前置板22的上部距离水库水面高度逐渐加大。

S6、液位传感器26实时监控前置板22顶部的水深并传输至智控系统40，当前置板22的顶部水深达到设计水深值h后，智控系统40通知泵体25停止工作，浮动系统20受到的浮力F与其重力和阻力之和G达到平衡，取水装置100开始运行工作。

S7、当水库内的水位上升或下降时，在浮力F作用下，浮箱21联动齿轮33自动上升或下降，直至前置板22顶部的水深再次达到设计水深h。

S8、在洪水期，泄水流量较大，为避免洪水对取水装置100产生威胁，人工操作智控系统40，启动泵体25的抽水运行模式，浮动系统20的重力和阻力之和G逐渐大于浮力F，在自重作用下下沉，直至沉入水库底部。

S9、洪水期过后，人工操作智控系统40，启动泵体25的排水运行模式，浮动系统20的重力和阻力之和G逐渐小于浮力F，在浮力作用下上浮，当前置板22顶部的水深达到设计水深值h后，智控系统40通知泵体25停止工作，浮力F与浮动系统20的自身重力和阻力之和G达到平衡，即F＝G，智控系统40调整至自动运行模式，取水装置100开始运行工作。

S10、重复运行步骤S7-S9。

1、采用本实用新型设计的一种自浮动式分层取水装置，通过调控浮动系统自重与其浮力的大小关系，可实现浮动系统随水位变化自动沉浮，进而精确调控前置板中的取水深度，有效使水库表层的高温水从浮动系统中的前置板顶部经拦污栅溢流进浮动系统中的内部空腔里，再经与空腔互通的进水口流出被用于灌溉，有利于农作物的生长。

2、这种通过滑移系统将浮动系统直接外挂于坝体表面的自浮动式分层的取水装置，适宜所有工程分层取水的新建与补建，具有小巧、易施工安装、无需人工操控、造价低、稳定性高、适用性广等特点。

3、本实用新型结合浮动系统与滑移系统配合运行，与坝体直接相接，可在大多不利情况下完成自浮取水装置的高程精确调控，例如取水水深发生改变、长期水下运行导致闸门摩阻增大等，尤其能应对风浪的影响，较现有浮式取水装置具有明显进步。

4、本实用新型通过调控浮动系统的自重，可在洪水期将浮动系统沉入库底，有效地保护取水装置及建筑物的运行安全。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种自浮动式分层取水装置，设于坝体的上游，其特征在于，包括：

浮动系统，其配置在所述坝体壁面上，至少配有两个浮箱，在所述浮箱之间设有与其连接的前置板和底板，且所述浮箱与所述前置板的高度具有位置差；所述前置板、所述底板、两侧的所述浮箱与所述坝体壁面围成一个侧面具有缺口的空腔；且在所述浮箱中配设有泵体，所述泵体与水库连通；滑移系统，包括构置在所述坝体上的轨道，所述轨道与所述浮箱连接并带动所述浮动系统沿所述坝体高度移动。

2.根据权利要求1所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，两个所述浮箱沿所述浮动系统的宽度方向同高设置；

每个所述浮箱中均设有一个所述泵体，所述泵体为双向控制的水泵，具有抽水模式和排水模式。

3.根据权利要求1或2所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，所述前置板被配置在所述浮箱远离所述滑移系统的一侧面；

所述底板分别与两侧所述浮箱下端面连接；

所述前置板的高度低于所述浮箱高度，且在所述前置板的上方还设有拦污栅；

所述拦污栅的顶部与所述浮箱顶部齐平。

4.根据权利要求3所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，在所述底板和两侧所述浮箱的下端面上均设有与所述坝体壁面连接的止水件。

5.根据权利要求1-2、4任一项所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，所述浮动系统还包括用于监控所述空腔水位高度的液位传感器；所述液位传感器设置在所述前置板顶部。

6.根据权利要求5所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，还包括设置在远离所述坝体的移动终端上的智控系统，所述智控系统分别与所述泵体、所述液位传感器通信连接。

7.根据权利要求1所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，在所述坝体的下段部还设有连接所述坝体上游和下游的进水口；

所述进水口的宽度小于两个所述浮箱的最外侧面的宽度。

8.根据权利要求1-2、4、6-7任一项所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，所述滑移系统沿所述坝体高度设置，包括：

设于所述坝体壁面上且并排设置的隔沙槽；

每个所述隔沙槽配设有两个沿其长度方向设置的所述轨道；

所述轨道被构造为齿状轨道。

9.根据权利要求8所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，在每个所述轨道上还设有与其配合的滑动组件；每个所述浮箱与其相应位置的所述滑动组件连接。

10.根据权利要求9所述的一种自浮动式分层取水装置，其特征在于，所述滑动组件包括齿轮、轴承和连接件；

所述齿轮与所述轨道啮合并分别与所述轴承连接；

所述连接件一端与所述轴承连接，另一端与所述浮箱连接。

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