高水头零耗水船闸及操作方法 |
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| 申请号 | CN202311669643.0 | 申请日 | 2023-12-07 | 公开(公告)号 | CN117822536A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 中交第二航务工程局有限公司; 中交水运规划设计院有限公司; | 发明人 | 冯先导; 潘海涛; 翟世鸿; 沈立龙; 林红星; 姜兴良; 茅兵海; 袁和平; 姚平; 张帆; 邓志强; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 水 运工程中船闸结构技术领域，具体地指一种高 水头 零耗水船闸及操作方法。包括闸室、多个省水池、水气交换仓、储气仓和高压气 泵 ，省水池通过可控制通断的第一连通管路结构与闸室连通，多个省水池沿竖向依次排列；水气交换仓通过可控制通断的第二连通管路与闸室连通；储气仓通过可控制通断的压 力 管路结构与水气交换仓连通，储气仓存储高压气体，用于将水气交换仓内的水排入到闸室内；高压气泵上设置有第一管路和第二管路；所述第一管路连通高压气泵和储气仓；所述第二管路连通高压气泵和水气交换仓。本 申请 的船闸结构简单，对设备的要求极低，能够实现零耗水。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高水头零耗水船闸，包括闸室(1)，其特征在于：还包括， |
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| 说明书全文 | 高水头零耗水船闸及操作方法技术领域[0001] 本发明涉及水运工程中船闸结构技术领域，具体地指一种高水头零耗水船闸及操作方法。 背景技术[0003] 虽然目前世界上已出现双线互通船闸，带省水池船闸，带中间闸门、带中间渠道或带泵站船闸等，船闸运行时可最高节省用水量60％以上，但船舶通航过程中依然会损失一 定水量，对枯水期严重缺水的人工运河等航道建设非常不利。 [0004] 为了解决这一问题，有专利号为“CN111254901A”的名为“一种用于提高船闸省水率的贮水池及控制系统”的中国发明专利提出了一种可以提高船闸省水率的贮水池结构， 该结构包括贮水池和控制系统，贮水池上设有输水阀门，输水阀门与输水廊道一端相连接， 输水廊道另一端连接至闸室底部的输水口，贮水池底部固定有若干个气囊，贮水池上设置 有用于给气囊充泄气的充气泵，控制系统包括监测模块和控制模块，监测模块包括流速监 测模块、水位监测模块和压力监测模块，流速监测模块设置在输水口处，水位监测模块设置 在闸室侧壁上，压力监测模块设置在气囊内部，控制模块与监测模块相连，控制模块包括充 泄气控制模块和阀门控制模块。上述方案实际上就是利用气囊进行水位控制，当需要对闸 室进行水位提升时，通过向气囊鼓气，气囊膨胀将贮水池内的水排入闸室，提升闸室水位， 当需要降低闸室水位时，气囊收缩，闸室水流入到贮水池内，完成降低水位的调节。上述方 案的这种闸室操作方式确实能够大幅度提高省水率，减少了船闸运行时的耗水量。但也存 在一些问题，就是需要配置大型的气囊结构，气囊的充气排气也需要大型的充气排气设备 才能够实现，对于高水头的船闸来说，需要排入和排出的水量比较大，如果采用上述的方案 布置船闸，那配置的成本太过于高昂，同时气囊结构本身属于易损配件，加重了船闸的使用 成本。 发明内容[0005] 本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种高水头零耗水船闸及操作方法。 [0006] 本发明的技术方案为：一种高水头零耗水船闸，包括闸室，还包括， [0007] 多个省水池，所述省水池通过可控制通断的第一连通管路结构与闸室连通，多个省水池沿竖向依次排列，位于最上层的省水池的水位低于闸室最高水位，位于最下层的省 水池的水位高于闸室最低水位； [0008] 水气交换仓，所述水气交换仓通过可控制通断的第二连通管路与闸室连通； [0009] 储气仓，所述储气仓通过可控制通断的压力管路结构与水气交换仓连通，储气仓存储高压气体，用于将水气交换仓内的水排入到闸室内； [0010] 高压气泵，所述高压气泵上设置有第一管路和第二管路；所述第一管路连通高压气泵和储气仓；所述第二管路连通高压气泵和水气交换仓。 [0011] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸，还包括， [0012] 侧墙，所述侧墙依托闸室侧壁与闸室侧壁围绕形成中空的池体结构； [0013] 多个隔墙，所述多个隔墙沿竖向间隔分布，将侧墙与闸室侧壁围绕形成的空间分割为多个沿竖向依次排列的仓室。 [0014] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸，所述多个仓室中处于从下往上数的第一个仓室为水气交换仓，从下往上数的第二个仓室为储气仓，其余仓室为省水池。 [0015] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸，所述压力管路结构包括连通管；所述连通管分别与第一管路和第二管路连通，连通管上设置有压力阀门。 [0016] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸，所述第一连通管路结构包括支管；所述支管处于对应省水池的底部，支管上设置有流通阀门。 [0018] 本申请还提供一种高水头零耗水船闸的操作方法，所述操作方法用于对上述的一种高水头零耗水船闸进行操作，包括以下方式操作步骤： [0019] 闸室充水时，逐级将省水池内水排入到闸室，利用储气仓将水气交换仓内水排入到闸室，直至闸室水位与上航道水位齐平； [0020] 闸室泄水时，闸室逐级将水排入到省水池内，利用高压气泵和储气仓调节水气交换仓内压力，将闸室内的水排入到水气交换仓，直至闸室内水位与下游航道水位齐平。 [0021] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸的操作方法，所述闸室充水时，逐级将省水池内水排入到闸室的方法包括：将最下层的省水池内的水排入到闸室，待最下层的省 水池内的水排完后，将从下往上数第二个省水池内的水排入到闸室，依次进行，直至最上层 的省水池内的水完全排入闸室。 [0022] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸的操作方法，所述利用储气仓将水气交换仓内水排入到闸室的方法包括：利用高压气泵向储气仓注入高压气体，储气仓达到设计 压强后，连通水气交换仓和闸室，连通储气仓和水气交换仓，储气仓内高压气体作用水气交 换仓使水气交换仓内的水排入到闸室。 [0023] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸的操作方法，所述闸室逐级将水排入到省水池内的方法包括：连通最上层省水池与闸室，闸室向最上层省水池排水，待最上层省水 池灌满后，关闭最上层省水池与闸室之间的连通，连通从上往下数第二个省水池与闸室，闸 室向从上往下数第二个省水池排水，直至从上往下数第二个省水池被灌满，依次进行，直至 最下层的省水池被灌满。 [0024] 根据本申请提供的一种高水头零耗水船闸的操作方法，所述利用高压气泵和储气仓调节水气交换仓内压力的方法包括：高压气泵将水气交换仓内的气体抽入储气仓，直至 最下层省水池处于真空状态，待最下层的省水池被灌满后，连通水气交换仓与闸室，使闸室 内的水被吸入到水气交换仓。 [0025] 本申请的优点有：1、本申请通过设计多级省水池、水气交换仓和储气仓，利用省水池进行水的存储，并且在闸室泄水和充水时进行逐级的操作，可以实现船舶过闸时零耗水， 省水率可以达到100％，且整个闸室操作极为简单，对设备的要求不高，建造成本低廉，具有 极大的推广价值； [0026] 2、本申请的省水池、水气交换仓、储气仓和闸室紧密排列布置，占用的空间极小，结构设计非常的科学，压力传导变化操作高效，极大程度提高了船舶过闸的效率； [0027] 3、本申请将最下层的仓室设计为水气交换仓，将从下往上数的第二个仓室设计为储气仓，这样的布置方式方便储气仓对水气交换仓的操作，同时不影响闸室与水气交换仓 之间的水的流动，闸室的水位调节更加方便，不会造成水的损失； [0028] 4、本申请将连通管设计在第一管路和第二管路之间，方便储气仓和水气交换仓之间的连通，管路结构布置简单，对于储气仓和水气交换仓之间的压力变化调节更加方便； [0029] 5、本申请的支管处于对应省水池的底部，方便水流的流动，省水池内的水可以完全进入到闸室，闸室的水也能够方便的充填到省水池内，整体结构简单，充水和泄水迅速； [0030] 6、本申请的船闸操作方式极为简单，通过多级省水池、水气交换仓、储气仓与闸室之间进行逐级泄水和充水，闸室的水位调节极为简单，大幅度提高了船舶过闸的效率，同时 结构稳定、操作安全性得到了极大的提升，具有良好的省水效果，节省了水资源； [0031] 7、本申请的闸室充水操作非常的简单，对于储气仓上方的省水池采用由下至上的方式进行泄水，泄水的省水池与当前闸室的水位之间高差较大，方便省水池内水流排入到 闸室内，提高了闸室充水的速度，船舶过闸效率大幅度提升； [0032] 8、本申请水气交换仓排水方式简单，利用储气仓对水气交换仓进行加压操作，使水气交换仓内水流能够快速进入到闸室内，整体操作简单，排水迅速； [0033] 9、本申请的闸室泄水时是逐级泄水的，处于储气仓上方的省水池与闸室之间逐级泄水，闸室的从高往低依次排水，泄水速度快，操作简单，水位下降迅速，且无须动力设备进 行操作； [0034] 10、本申请对于水气交换仓的调节方式非常简单，通过高压气泵将水气交换仓抽成真空，水气交换仓会自动将闸室内的水吸入，闸室泄水速度极快，提高了船舶过闸的效 率。 [0035] 本申请的船闸结构简单，操作方便，通过多级省水池、水气交换仓和储气仓的配合结构，能够提高船舶过闸的效率，同时整体造价成本低廉，使用成本极小，省水率高，节省了 大量水资源，具有极大的推广价值。 附图说明 [0036] 图1：本申请的船闸结构示意图； [0037] 图2：本申请的船闸在充水时处于最下方的省水池向闸室排水示意图； [0038] 图3：本申请的船闸在充水时由下往上数第二层的省水池向闸室排水示意图； [0039] 图4：本申请的船闸在充水时处于最上方的省水池向闸室排水示意图； [0040] 图5：本申请的船闸在充水时水气交换仓内的水通过储气仓内高压气体强制排入到闸室的示意图； [0041] 图6：本申请的船闸充水完毕示意图； [0042] 图7：本申请的船闸在泄水时闸室向处于最上方的省水池排水的示意图； [0043] 图8：本申请的船闸在泄水时闸室向从上往下数第二层的省水池排水的示意图； [0044] 图9：本申请的船闸在泄水时闸室向处于最下方的省水池排水的示意图； [0045] 图10：本申请的船闸在泄水时闸室向水气交换仓排水的示意图； [0046] 图11：本申请的船闸泄水完毕示意图； [0047] 其中：1—闸室；2—省水池；3—储气仓；4—高压气泵；5—侧墙；6—隔墙；7—连通管；8—第一管路；9—第二管路；10—压力阀门；11—支管；12—流通阀门；13—水气交换仓； 14—排水管；15—控制阀门。 具体实施方式[0048] 下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在 用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0049] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。 [0050] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两 个，三个等，除非另有明确具体的限定。 [0051] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0052] 本申请涉及到一种高水头零耗水船闸，本申请的船闸主要应用在高水头的河流，是通过逐级注水和逐级泄水的方式对船闸的水位进行调节，船闸调节水位的水不会流出， 始终在循环运转，不会造成水的损失，省水率可以达到100％，且本申请的逐级注水和逐级 泄水操作对设备的要求不高，整个船闸的造价成本极为低廉，运行的安全性和稳定性得到 了极大的提升。 [0053] 具体的，如图1～11所示，本申请的船闸包括闸室1、多个省水池2、水气交换仓13、储气仓3和高压气泵4，闸室1是船舶通行的通道。省水池2是中空的池体结构，能够存储用于 调节闸室1的水体，省水池2通过可控制通断的第一连通管路结构与闸室1连通，多个省水池 2沿竖向依次排列，位于最上层的省水池2的水位低于闸室1最高水位，位于最下层的省水池 2的水位高于闸室1最低水位。当闸室1需要进行充水时，将省水池2内的水逐级排入到闸室1 内，闸室1的水位提升；当闸室1需要进行泄水时，将闸室1内的水逐级排入到省水池2内，闸 室1内水位下降。 [0054] 水气交换仓13通过可控制通断的第二连通管路与闸室1连通，水气交换仓13实际上是与省水池2结构相同的池体结构，水气交换仓13内也存储有调节闸室1水位的水体。水 气交换仓13内的水不能通过自流的方式进入到闸室1内，闸室1内的水在不处于最低水位时 可以通过自流的方式进入到水气交换仓13内。 [0055] 储气仓3通过可控制通断的压力管路结构与水气交换仓13连通，储气仓3存储高压气体，用于将水气交换仓13内的水排入到闸室1内。储气仓3内存储高压气体，当储气仓3与 水气交换仓13连通后，储气仓3内高压气体作用到水气交换仓13，此时只需要将水气交换仓 13与闸室1连通，水气交换仓13内的水就会被强制排入到闸室1内，使闸室1内的水位达到最 高水位，与上游水位齐平。 [0056] 高压气泵4上设置有第一管路8和第二管路9，第一管路8连通高压气泵4和储气仓3，第二管路9连通高压气泵4和水气交换仓13。 [0057] 本申请的船闸在实际操作时，当闸室1充水时，逐级将省水池2内水排入到闸室1，利用储气仓3将水气交换仓13内水排入到闸室1，直至闸室1水位与上航道水位齐平；当闸室 1泄水时，闸室1逐级将水排入到省水池2内，利用高压气泵4和储气仓3调节水气交换仓13内 压力，将闸室1内的水排入到水气交换仓13，直至闸室1内水位与下游航道水位齐平。 [0058] 在本申请的一些实施例中，本申请对上述的船闸结构作了进一步的优化，具体的，如图1～11所示，本实施例的船闸还包括侧墙5和多个隔墙6，侧墙5依托闸室1侧壁与闸室1 侧壁围绕形成中空的池体结构，多个隔墙6沿竖向间隔分布，将侧墙5与闸室1侧壁围绕形成 的空间分割为多个沿竖向依次排列的仓室。 [0059] 多个仓室与闸室1并列排布，仓室依次叠加布置，这样侵占的空间小，整个船闸占用面积小，方便布置。 [0060] 其中，多个仓室中处于从下往上数的第一个仓室为水气交换仓13，从下往上数的第二个仓室为储气仓3，其余仓室为省水池2。水气交换仓13处于最下层，方便与闸室1之间 的水的流动交换；储气仓3位于水气交换仓13的上方，方便两者之间的连通，气体流通更加 方便且高效；省水池2位于储气仓3的上方，方便向闸室1充水，也方便闸室1向省水池2泄水。 [0061] 在本申请的另一些实施例中，本实施例对上述的压力管路结构进行了优化，具体的，如图1～11所示，压力管路结构包括连通管7，连通管7分别与第一管路8和第二管路9连 通，连通管7上设置有压力阀门10。 [0062] 实际操作时，只需要打开压力阀门10，储气仓3和水气交换仓13就能够形成通路，控制方式非常的简单。 [0063] 在本申请的进一步的实施例中，本实施例对上述的第一连通管路结构和第二连通管路结构进行了优化，具体的，第一连通管路结构包括支管11(图中未示出)，支管11处于对 应省水池2的底部，支管11上设置有流通阀门12(图中未示出)。 [0064] 第二连通管路结构包括排水管14，排水管14设置于水气交换仓13与闸室1的底部，排水管14上设置有控制阀门15。 [0065] 支管11处于省水池2的底部，排水管14处于水气交换仓13的底部，这样的布置结构，方便省水池2和水气交换仓13的排水进水，当排水时，可以完全将水排干净，这样就能够 最大程度的利用仓室的空间。 [0066] 本申请的船闸在实际运行时，当闸室1充水时，此时闸室1内处于最低水位，打开最下层省水池2对应的支管11上的流通阀门12，将最下层的省水池2内的水排入到闸室1，如图 2所示，待最下层的省水池2内的水排完后，关闭最下层省水池2对应的支管11上的流通阀门 12，打开从下往上数第二个省水池2对应的支管11上的流通阀门12，将从下往上数第二个省 水池2内的水排入到闸室1，如图3所示，依次进行，直至最上层的省水池2内的水完全排入闸 室1，如图4所示；利用高压气泵4向储气仓3注入高压气体(本申请的高压气体为惰性气体)， 储气仓3达到设计压强后，打开控制阀门15，使水气交换仓13和闸室1连通，打开压力阀门 10，使储气仓3和水气交换仓13连通，储气仓3内高压气体作用水气交换仓13使水气交换仓 13内的水强制排入到闸室1内，如图5所示，直至闸室1内的水位达到最高水位，与上游水位 齐平，关闭控制阀门15，完成船闸充水操作，如图6所示； [0067] 当闸室1泄水时，此时闸室1内处于最高水位，打开最上层省水池2对应的支管11上的流通阀门12，使最上层省水池2与闸室1连通，闸室1向最上层省水池2排水，如图7所示，待 最上层省水池2灌满后，关闭最上层省水池2对应的支管11上的流通阀门12，打开从上往下 数第二个省水池2对应的支管11上的流通阀门12，使从上往下数第二个省水池2与闸室1连 通，闸室1向从上往下数第二个省水池2排水，如图8所示，直至从上往下数第二个省水池2被 灌满，依次进行，直至最下层的省水池2被灌满，如图9所示；此时，闸室1内的水位是高于水 气交换仓13内的水位的，启动高压气泵4将水气交换仓13内的气体抽入储气仓3，直至水气 交换仓13处于真空状态，关闭压力阀门10，开启控制阀门15，使水气交换仓13与闸室1连通， 闸室1内的水被吸入到水气交换仓13内，如图10所示，待水气交换仓13被灌满后，关闭控制 阀门15，此时闸室1的水位为最低水位，与下游水位齐平，完成船闸泄水操作，如图11所示。 |
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