本發(fā)明屬于平面閘門，具體為一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、分層取水技術(shù)主要是為了解決水庫水質(zhì)問題，尤其是在存在不同溫度、濁度或污染物層次的水體中。分層取水的主要目的是通過對不同層次的水流進(jìn)行分離和控制，可以有效地去除水中的雜質(zhì)、懸浮物、污染物等，從而提高原水的水質(zhì)，分層取水對于供水安全、保障居民飲用水質(zhì)量等方面具有重要意義。通過分層取水技術(shù)，還可以優(yōu)化水資源的利用，減少水資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

2、對于水庫，其水體在鉛直方向會存在溫度和密度梯度，不同深度的水體，其水質(zhì)的水溫、溶解氧、浮游生物、渾濁度、二氧化碳等是不同的，從不同的深度取水，對生態(tài)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、人類生活及下游環(huán)境帶來的影響不同，故水庫通常需要設(shè)置分層取水設(shè)施。

3、對于水庫取水，目前較常采用的是在進(jìn)水口或取水口設(shè)置疊梁閘門或多層取水流道等分層取水技術(shù)，其中以疊梁閘門的應(yīng)用較多。目前疊梁門分層取水存在門葉過多，單次取水操作次數(shù)頻繁，經(jīng)常在庫水位消落時，需要一扇扇提起單葉疊梁門達(dá)到分層取水高程為止，庫水位上升時又一扇扇關(guān)閉單葉疊梁門達(dá)到分層取水高程為止，運(yùn)行繁瑣且耗時過長，且達(dá)不到任意深度取用水體要求，尤其在多進(jìn)水口的水電工程中更加突出。而近些年新出的分層取水技術(shù)，仍然存在取水流量受限，水下操作難度大，動力設(shè)備在水下的還存在萬一漏電危險性極高，金屬結(jié)構(gòu)長時間置于水下金屬結(jié)構(gòu)銹蝕等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對目前分層取水時疊梁門的操作頻繁且復(fù)雜，時效性差，操作環(huán)境復(fù)雜等問題，提出了一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計方法，提升操作智能化，通過閘門錯位布置，并采用橫向止水連接，實(shí)現(xiàn)同步或者單個閘門操作，操作技術(shù)成熟、操作方式簡單、智能，提高了分層取水效率和取水質(zhì)量，達(dá)到生態(tài)環(huán)保要求。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計方法。第一方面，一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，從水流方向依次間隔設(shè)置有若干門槽、攔污柵、檢修門、快速門，所述門槽、攔污柵、檢修門、快速門均布置在發(fā)電進(jìn)水口上，在所述門槽內(nèi)設(shè)置有錯位疊門，所述錯位疊門之間設(shè)置有止水連接結(jié)構(gòu)；所述攔污柵用于調(diào)整水流，攔擋阻礙進(jìn)水口水流的雜物；快速門作為進(jìn)水口發(fā)引水管道的控制閘門，用于控制發(fā)電引用流量；檢修門用于檢修時段擋水，對快速門進(jìn)行檢修。

3、作為優(yōu)選，所述錯位疊門從水流方向沿門槽高程依次設(shè)置，且相鄰的錯位疊門與止水連接結(jié)構(gòu)首尾依次連接。

4、作為優(yōu)選，所述前后排錯位疊門通過止水連接結(jié)構(gòu)相連，止水連接結(jié)構(gòu)從上游到下游依次布置有變阻尼限位彈簧、鉸鏈、橫梁、水封，前排錯位疊門的下端通過變阻尼限位彈簧和鉸鏈連接相鄰的錯位疊門的上端，所述后排錯位疊門與水封接觸，水封固定設(shè)置在橫梁上。

5、作為優(yōu)選，所述錯位疊門每2扇并排布置在攔污柵之前且能同時或者單個上下滑動，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計。

6、作為優(yōu)選，當(dāng)庫水位變動需要進(jìn)行分層取水時，則啟動卷揚(yáng)設(shè)備將第1排的錯位疊門下降到需要高度或者將其余錯位疊門同時下降到需要高度進(jìn)行取水。

7、具體的，當(dāng)需要進(jìn)行分層取水時，啟動卷揚(yáng)設(shè)備將第1排的錯位疊門下降到需要高度或者將其余錯位疊門及后排的攔污柵、檢修門和快速門同步下降到需要高度，進(jìn)行取水。

8、作為優(yōu)選，所述錯位疊門采用卷揚(yáng)機(jī)提升。

9、作為優(yōu)選，錯位疊門垂直水流方向的扇數(shù)需綜合考慮閘門運(yùn)行靈活性，進(jìn)水口整體受力協(xié)調(diào)性、基礎(chǔ)不均勻沉降等因素進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)有庫水消落深度，垂直水流方向閘門寬度根據(jù)攔污柵寬度確定，門槽底部低于進(jìn)水口底板高程。

10、作為優(yōu)選，所述門槽底部低于進(jìn)水口底板高程，其中，門槽底板高程按如下公式計算：

11、h4=h2-h-h；

12、其中，表示前后兩扇閘門（錯位疊門）的搭接高度；h表示錯位疊門落到門槽底板時對應(yīng)的錯位疊門頂高程與死水位之間的高差；q?表示單個進(jìn)水口發(fā)電引用流量；b?表示進(jìn)水口寬度；v表示過柵流速，按照≤1m/s控制；h2表示死水位；h3表示進(jìn)水口底板高程；h4表示門槽底板高程；h表示閘門高度；n表示錯位疊門的個數(shù)。

13、一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置的作用原理是：將進(jìn)水口分層取水需求通過錯位疊門實(shí)現(xiàn)，錯位疊門采用常規(guī)卷揚(yáng)機(jī)控制，當(dāng)需要升降錯位疊門進(jìn)行分層取水時，方法一：啟動前排錯位疊門卷揚(yáng)機(jī)，設(shè)定行程，其余錯位疊門保持不動，將錯位疊門下降到分層取水高程停止；方法二：同步啟動卷揚(yáng)機(jī)，設(shè)定同步行程，錯位疊門開啟同步啟動，錯位疊門同步升降到分層取水高程。變阻尼限位彈簧和前排錯位疊門相連，與鉸鏈接觸，鉸鏈、橫梁、水封固前排錯位疊門底部，后排錯位疊門門楣靠在水封上，止水結(jié)構(gòu)的存在保證錯位疊門橫向之間不會大量漏水，錯位疊門非同步升降時仍能很好地保證封水效果。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

15、1、本方案通過從水流方向依次間隔設(shè)置門槽、攔污柵、檢修門、快速門，在上述閘門的下端設(shè)置發(fā)電進(jìn)水口，在門槽內(nèi)設(shè)置錯位疊門，在錯位疊門之間設(shè)置止水連接結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)任意深度分層取水的目的，同時，隨著庫水位的消落和漲浮，不需要將單葉疊梁門一扇扇地提起或關(guān)閉，達(dá)到分層取水高程為止，運(yùn)行方便且耗時較短，且可以達(dá)到任意深度取用水體的要求。

16、2、本方案通過規(guī)定閘門取水運(yùn)行次序，明確了各閘門之間的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了閘門的聯(lián)動。又由于錯位疊門從水流方向沿門槽高程依次設(shè)置，且相鄰的錯位疊門與止水連接結(jié)構(gòu)首尾依次連接能同時或者單個上下滑動，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計，同時保證止水連接結(jié)構(gòu)與閘門之間實(shí)現(xiàn)柔性連接，避免剛性連接帶來的結(jié)構(gòu)損壞，采用的水封能保證各閘門間封閉，避免取水不均勻。

17、3、本方案通過設(shè)置止水連接結(jié)構(gòu)，使錯位閘門布置在攔污柵之前，增大了攔污柵的過流面積，使得過流水流更順暢，同時采用常規(guī)卷揚(yáng)機(jī)操作，簡單方便，技術(shù)成熟。

18、4、本方案通過使用卷揚(yáng)機(jī)提升錯位疊門，明確了閘門槽的設(shè)計深度，實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)測、感應(yīng)、操作和反饋，提高優(yōu)質(zhì)水源的保證率。

19、5、門槽底高程的設(shè)計是本裝置的重點(diǎn)，考慮工程經(jīng)驗(yàn)，底高程與進(jìn)水口底板高程相差不宜過大，以免引起整體進(jìn)水口結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，地基不均勻沉降等有損工程的不利情況，依據(jù)此公式可以很清晰地計算出門槽底高程，清楚明了地獲知裝置的具體布置形式，使整個裝置符合工程設(shè)計規(guī)范要求，降低了工程風(fēng)險和成本，解決了目前分層取水時疊梁門的操作頻繁且復(fù)雜，時效性差，操作環(huán)境復(fù)雜等問題，且與現(xiàn)有技術(shù)相比，之前未出現(xiàn)本裝置的布置形式。

技術(shù)特征：

1.一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，從水流方向依次間隔設(shè)置有若干門槽（6）、攔污柵（3）、檢修門（4）、快速門（5），所述門槽（6）、攔污柵（3）、檢修門（4）、快速門（5）均布置在發(fā)電進(jìn)水口（1）上，在所述門槽（6）內(nèi)設(shè)置有錯位疊門（2），所述錯位疊門（2）之間設(shè)置有止水連接結(jié)構(gòu)（7）；所述攔污柵（3）用于調(diào)整水流，攔擋阻礙進(jìn)水口水流的雜物；快速門（5）作為進(jìn)水口發(fā)引水管道的控制閘門，用于控制發(fā)電引用流量；檢修門（4）用于檢修時段擋水，對快速門（5）進(jìn)行檢修。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述錯位疊門（2）從水流方向沿門槽（6）高程依次設(shè)置，且相鄰的錯位疊門（2）與止水連接結(jié)構(gòu)（7）首尾依次連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述前排錯位疊門（2）的下端通過變阻尼限位彈簧（71）和鉸鏈（73）連接相鄰的錯位疊門（2）的上端，所述后排錯位疊門（2）與水封（74）接觸，所述鉸鏈（73）與水封（74）之間通過橫梁（72）進(jìn)行連接，所述水封（74）固定設(shè)置在橫梁（72）上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述錯位疊門（2）每2扇并排布置在攔污柵（3）之前且能同時或者單個上下滑動，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，當(dāng)庫水位變動需要進(jìn)行分層取水時，則啟動卷揚(yáng)設(shè)備將第1排的錯位疊門（2）下降到需要高度或者將其余錯位疊門（2）同步下降到需要高度進(jìn)行取水。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，所述錯位疊門（2）采用卷揚(yáng)機(jī)提升。

7.一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置的設(shè)計方法，適用于如權(quán)利要求1所述的一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置，其特征在于，錯位疊門（2）的扇數(shù)需綜合考慮閘門運(yùn)行靈活性，進(jìn)水口整體受力協(xié)調(diào)性、基礎(chǔ)不均勻沉降、攔污柵的尺寸、現(xiàn)有閘門常規(guī)尺寸及制造水平因素進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)有庫水消落深度，進(jìn)水口平面垂直水流方向閘門寬度根據(jù)攔污柵（3）寬度確定，每扇閘門寬度尺寸為2扇攔污柵寬度，按照現(xiàn)有最大水庫消落深度設(shè)計，門槽（6）底部低于進(jìn)水口底板高程。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置的設(shè)計方法，其特征在于，所述門槽（6）底板高程按如下公式計算：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種錯位疊門式任意深度分層取水裝置及其設(shè)計方法，屬于平面閘門技術(shù)領(lǐng)域，包括發(fā)電進(jìn)水口、錯位疊門、攔污柵、檢修門、快速門、門槽、止水連接結(jié)構(gòu)等；通過規(guī)定上層、中層和下層的閘門取水運(yùn)行次序，明確了各閘門之間的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了閘門的聯(lián)動。又由于錯位疊門從水流方向沿門槽高程依次設(shè)置，且相鄰的錯位疊門與止水連接結(jié)構(gòu)首尾依次連接能同時或者單個上下滑動，閘門之間能搭接，搭接高度根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)要求設(shè)計，同時保證止水連接結(jié)構(gòu)與閘門之間實(shí)現(xiàn)柔性連接，避免剛性連接帶來的結(jié)構(gòu)損壞，采用的水封能保證各閘門間封閉，避免取水不均勻。

技術(shù)研發(fā)人員：楊家修,鄭雪玉,鮑偉,王興恩,申顯柱,李宗樾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19