一种自动取送水的水工装置及其使用方法与流程

本发明涉及从边远山区的河流中自动取送水的水工装置领域,尤其是涉及一种应用于赣南山区果园灌溉的自动取送水的水工装置及其使用方法。

背景技术：

享誉世界的赣南脐橙，主要种植在山区丘陵，赣南脐橙性喜温暖湿润气候，不耐低温，较耐萌，根部好气好水，脐橙种植生产条件也较为苛刻，对温度、湿度等环境气候因素要求较高，周年需水量大，年降雨量以1200～2000毫米为宜。在赣南脐橙种植生长季节，雨量多而均匀，可降低灌溉成本，若降雨少或干旱季节，须进行灌溉。尤其是春季，需要湿润的土壤环境以利于脐橙开花结果；夏季是脐橙果实生长的关键期，平均每隔一周不降雨则需浇一次水，如果遇到旱季，则浇水频率更高、水量更大。

在赣南山区的脐橙种植果园，不在村庄附近，特别是远离村庄6公里以外的区域，架设电线不方便，费用高。传统的水渠、水车、人力水车等提水设备在丘陵山区失去了功效，当地老百姓主要通过从小河流挑水浇灌果树，不仅吃力辛苦，且耗费时间精力,极为不便，赣南约70万果农受此困扰。

目前，在北方缺水地区设计有新型无能耗取水机(公告号cn202850100u)，其工作原理是通过吸附管内的硅胶和沙粒的混合物为吸附剂，在夜晚吸附水蒸气，白天气温升高后析出水蒸气，液化收集，达到干旱地区取水的目的。但是这种方法取水量小，成本高，主要用于北方常年干旱地区饮用水的提取，不适用于农业灌溉。人力水车受送水距离的制约，且不适用于山地浇灌。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种自动取送水的水工装置，用于解决水流势能→机械能→机械能→水流势能的连续转换及能量转换效率问题。

本发明的第二个目的在于提供一种自动取送水的水工装置的使用方法，该使用方法可调节取水流量和扬程高度，适应不同的取送水要求，使用该装置可拆卸可维修，实用、经济、无污染，可不间断地供水，也可将供水储存便于集中使用。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种自动取送水的水工装置，特征是：包括水车、双腿坝、坝墩、大转轮、水车主轴、镶入式轴承、取水管、水力泵、送水管；水力泵包括水力泵主轴、小转轮、支架墩、支架墩轴承、水力泵叶轮、水力泵主墩、水力泵支墩、防水填料函、水力泵进水口，水力泵出水口，出水管管径调节器、水力泵后壳，水力泵前壳；通过选取急流河段为双腿坝的坝址，双腿坝的坝轴线中间设水车，水车通过水车主轴架设在两侧坝墩的中间偏下侧；水车主轴依次穿过水车、镶入式轴承、大转轮，大转轮与小转轮间用皮带相连接，水工装置沿水车主轴的中心轴对称布置；小转轮和水力泵主轴镶套固接，小转轮通过水力泵主轴架设在两个支架墩中间，水力泵主轴沿逆水流方向依次穿过第一个支架墩、小转轮、第二个支架墩、水力泵主墩、水力泵后壳，水力泵主轴的端部与水力泵叶轮固接；水力泵的取水管预埋在坝墩内，取水管的出口设在水力泵的支墩基座前，用连接管将取水管与水力泵进水口相连，通过水力泵叶轮的作用下，水流自水力泵底部的水力泵出水口进入送水管；在水力泵进水口处设有进水口拍门，在水力泵出水口设有出水口拍门。

所述水车由水车叶片和水车轴轮组成，水车的材质为聚乙烯塑料；水车叶片与水车轴轮固接为一体，水车叶片与水车轴轮固接端处两者的宽度一致，并沿水车叶片长度方向增大至设计宽度，水车叶片宽度的渐变长度与水车轴轮厚度相同，水车叶片的末端以γ角弯起，γ为150°～170°，水车的外轮廓半径大小为溢流堰的堰面至坝墩顶长度的2/3,使水流势能较好地转换为水车的机械能,且使水车运转顺畅,水车的半径随水力泵的设计扬程进行调整；水车轴轮的外侧轮廓除伸出的水车叶片外均为圆形，水车轴轮的内侧为凹凸齿轮形，与水车主轴中间段对应的外形相契合，水车轴轮的厚度与水车主轴的内径相近。

所述双腿坝坐落于急流河段，双腿坝由双腿坝腿身、双腿坝前腿、双腿坝后腿、双腿坝前脚、双腿坝后脚组成，迎水面为双腿坝前腿、背水面为双腿坝后腿，双腿坝前腿比双腿坝后腿短，双腿坝前腿与水平夹角为α，双腿坝后腿与水平夹角为β，双腿坝前腿与双腿坝后腿的腿厚均为a，双腿坝腿身的高为c，双腿坝腿身的顶部宽为a，双腿坝腿身的底部宽为b，双腿坝2的高为d；d为1.5～3.5m，c＝(0.25～0.35)*d，b＝(0.35～0.40)*c+a，45°＜β＜α＜60°，双腿坝前脚和双腿坝后脚的长度大于或等于a；靠近两岸的双腿坝腿身向岸基延伸，在双腿坝后脚与消力池底板间设有永久性的变形缝；

双腿坝上的溢流堰的前半段堰面是以镶入式轴承的形心为圆心的圆弧，后半段堰面以前半段圆弧的终点和双腿坝后脚的关节为两个弧点、以前段圆弧直径为半径的圆弧；溢流堰的宽度大于水车的宽度0.4～0.6m，前半段堰面起点较堰前底板高0.0～0.1m，后半段堰面终点与消力池底板相持平；

所述坝墩位于河流中间的溢流堰的两侧，坝墩头部靠溢流堰侧为圆弧形，坝墩除头部圆弧段外，其它段为线型，坝墩头部的底端设有取水管的进水口，在取水管的进水口处设一栅栏，取水管埋设在坝墩内；在坝墩靠下游内设有取水室，取水室的宽为0.5～0.8m、长为2.0～2.5m、高为坝墩高的2/3；

在取水室的上游墙壁设爬梯，在靠溢流堰侧的取水室高2/3处设有镶入式轴承，镶入式轴承的厚度与取水室的墙厚相同，水车主轴穿过镶入式轴承进入取水室，在取水室的水车主轴的末端固接有大转轮，大转轮的半径为水车的半径的1/3～1/2；镶入式轴承由深沟球轴承和轴承套组成，轴承套预埋在取水室的墙内，深沟球轴承镶入轴承套并固定，在镶入式轴承的两面设有防水橡胶盖，深沟球轴承的内壁与水车主轴对应处的外壁吻合镶套牢固；

取水室内的小转轮与大转轮位于同一平面上，两者用皮带连接，小转轮的半径为大转轮的半径的1/12～1/10，小转轮通过水力泵主轴架设在左右两边的支架墩上；支架墩用锚固螺栓固定在主墩基座上，支架墩的上部为固定支架墩轴承的圆弧型臂环，下部为中间“被挖空”的支架墩梯形架，中间“被挖空”形状为梯形，支架墩梯形架的壁厚为0.3～0.4m；支架墩轴承为深沟球轴承结构，支架墩轴承镶入支架墩的圆弧型臂环内并固接。

所述支架墩的另一边为水力泵，在水力泵靠近支架墩的一边设有水力泵主墩，水力泵主墩的前壁兼作水力泵后壳的一部分，在水力泵前壳的中部设有水力泵进水口；在水力泵主墩内设有圆形通道，该圆形通道为水力泵主轴穿过主墩而预留，靠近水力泵叶轮的前段圆形通道的直径为水力泵主轴直径与保护层厚度之和，后段圆形通道设有防水填料函，在防水填料函的外侧用密封盖锚固，即用铆钉从密封盖穿孔植入水力泵主墩内；防水填料函由内往外依次为空心圆柱形的防水硬填料、防水软填料、防水硬填料，防水硬填料的厚度为防水软填料厚度的1/3，防水硬填料兼作水力泵主轴与防水填料函之间的填缝剂；水力泵主墩的上部为扇形，下部为长方形。

水力泵主轴穿过主墩内的圆形通道进入水力泵内，在水力泵主轴的端部固接有水力泵叶轮，水力泵叶轮较离心泵的叶轮大，水力泵叶轮横截面面积占据水力泵横截面面积的85～90％，而离心泵的比例为20～40％；水力泵通过水力泵叶轮的快速转动推动水流往水力泵出水口流动，即水力泵叶轮带动水流转动使水流的动能、压力势能及离心力转化为动能和重力势能，水力泵叶轮带动水流转动具有的离心力较小，主要带动水流压力势能和动能，因此叶轮叶片外形呈弯钩勺形，叶轮叶片的弯钩勺凹向水力泵叶轮转动的方向，叶轮叶片呈轴对称布置；

所述水力泵进水口与取水室基座上的取水管的出口密封连接，在取水管的出水口设有进水口拍门，进水口拍门与取水管的顶部为铰接，即在取水管的出水口顶部设有铰接口，铰接口由螺母穿过两个并排的圆形铰孔后用螺帽固定，铰接口的孔径与拍门把柄的孔径一样，螺母将圆形拍门铰接在两个圆形铰孔中间，螺母穿孔顺序为穿过一个圆形铰孔→拍门把柄→另一个圆形孔铰后用螺帽栓固；圆形拍门、铰接口及螺母材质均为轻质橡胶，在取水管的铰接口附近预设有拍门检修口；在取水管的铰接口正下方的底部设有拍门挡坎，拍门挡坎呈月牙形，拍门挡坎的表面平整，当水力泵停止取水时拍门挡坎顶住进水口拍门阻止水回流，此时进水口拍门关闭；

水力泵出水口设在水力泵的下部，水力泵出水口与水力泵外壳的交界面呈鹅蛋形，水力泵出水口沿出水水流方向横截面逐渐减小，且水力泵出水口绕水力泵后壳延伸、最后为圆形出水管，使出水的水流方向由向前弯向垂直向上；在水力泵圆形的出水管边上设有一分叉管，分叉管的长为0.3～0.5m，分叉管的横断面呈半圆形，分叉管的底面为平面、上部为半圆形，在分叉管的端部设有分叉管的翼板，用螺栓将圆形封盖密封住分叉管口，圆形封盖与分叉管的翼板的外径相同，在分叉管的翼板与圆形封盖间设有防水橡胶圈；与在分叉管底面相切的断面上，圆形出水管断面扩大设出水管折边，在出水管折边的上部设一垫层，在分叉管的底部与出水管折边相交的中部设有出水管铰接口，出水管铰接口连接出水口拍门，出水口拍门与进水口拍门的材质一样，在分叉管对面的出水管折边一侧呈鼻形，该段鼻形管能使出水口拍门自由的启闭而不会摩擦管壁，且出水口拍门盖在出水管折边上平整无漏缝；

水力泵主轴设有保护层，保护层范围从靠近水力泵一边的支架墩78到安装有水力泵叶轮的端部；在水力泵出水口与出水口拍门之间设有出水管管径调节器，通过顺时针、逆时针方向旋转出水管管径调节器能改变水力泵出水口过水断面的面积，出水管管径调节之后，送水管也要相应的改变管径，即：管径调小后，送水管要相应选择管径更小的，管径调大后，送水管要相应选择管径更大的；在水力泵前壳的底部设有水力泵支墩，水力泵主墩的下部用锚固螺栓将墩座固定在支墩基座上，水力泵支墩的下部用锚固螺栓将墩座固定在主墩基座上，水力泵在水力泵主墩和水力泵支墩的支撑下可稳固在取水室的基座上。

或，一种自动取送水的水工装置，包括水车、双腿坝、坝墩、水车主轴、镶入式轴承、取水管、主轴支杆、活动连杆、活塞、活塞缸、送水管；其中水车、双腿坝、坝墩、水车主轴、镶入式轴承、取水管与实施例1中的一样，水车主轴的两端布设在坝墩内，在坝墩内设有长方形的取水室，此处的取水室较实施例1中的小，在取水室内预埋有活塞缸，水车主轴与活塞缸的中心主轴正交，水车主轴端部正对活塞缸的中心口，在水车主轴的端部设主轴支杆，主轴支杆的一端与水车主轴固接，主轴支杆的另一端与活动连杆铰接；活动连杆的下端与活塞铰接，活塞在活动连杆的作用力下在活塞缸内上下滑动。

所述活塞缸由活塞缸八字口、活塞缸进水口、活塞缸进水口拍门、直圆筒缸体、活塞缸出水口、出水管管径调节器及活塞缸出水口拍门组成，活塞由上部的十字支架、下部的活塞体及活塞杆组成，活动连杆带动活塞在活塞缸往复升降，主轴支杆固接在水车主轴上随水车的转动作圆周运动。

在活塞缸底部、活塞缸进水口设活塞缸进水口拍门，活塞缸进水口拍门与活塞缸进水口顶部为铰接，在铰接口正下方的活塞缸的取水管底部设有拍门挡坎，拍门挡坎为取水管出水口的一部分；活塞缸水平段的上部从铰接口至直圆筒缸体的交接点为凹弧型，活塞缸水平段的下部呈水平直线型，水平直线与直圆筒缸体的连接段为凹弧型，上部的凹弧角度与半径都大于下部的凹弧；

在直圆筒缸体的壁上设有活塞缸出水口，活塞的直圆筒缸体上下升降运动的最低高程大于活塞缸出水口的顶部高程，其中活塞缸出水口以上至活塞缸八字口以下为活塞在直圆筒缸体上下往复运动的范围，直圆筒缸体的中心主轴与水车主轴垂直相交，活动连杆与主轴支杆、活塞间的铰接是通过以上杆件预设大小相同的孔洞，然后用螺栓串接，使各杆件能相互转动且相互不影响；活塞缸八字口的长度和端部直径大小受水车主轴与活塞缸顶部距离、直圆筒缸体直径、主轴支杆及活动连杆长度决定；活塞上部的十字支架位于连接活动连杆的螺栓下面，且十字支架固定在活塞杆上，活塞杆的下部为活塞体，活塞体和活塞杆是一体的；活塞缸出水口同样设活塞缸出水口拍门，在活塞缸出水口往水流方向转弯后的垂直出水管处设出水管管径调节器。

本发明的第二个目的是这样实现的：

一种自动取送水的水工装置使用方法，特征是：将水车主轴分为三段，分别为左段、中间段、右段，其中左段、右段分别伸入溢流堰两边的取水室内，并在取水室外留有折边接口,待安装好其它部件后，将水车主轴的中间段两端的折边与左右段对接的折边接上并用螺栓锚固，成为完整的水车主轴；在水车主轴伸入取水室内部的两端安装上大转轮，并将大转轮固定在水车主轴上，使水车和大转轮一起绕水车主轴做圆周运动；将两个支架墩的底座按预留位置用锚固螺栓安装在主墩基座上，水力泵主轴依次穿过圆弧形臂环内的支架墩轴承、小转轮，然后用锚固螺栓将水力泵支墩底座孔、水力泵主墩底座孔分别对准支墩基座、主墩基座内预留孔洞，将水力泵安装在取水室底部；调整小转轮的位置，使小转轮与大转轮的轴心在同一条垂线上，并使小转轮架在两个支架墩的中间，然后用卡栓将小转轮固定在水力泵主轴上，之后装上连接小转轮与大转轮的皮带；检查水力泵的进水口拍门、出水口拍门正常后，水力泵进水口与取水管相连接，水力泵出水口与送水管相连接；将水车轴轮内部与水车轴轮基座外部的凹凸齿对准吻合，使用卡栓锚入预留螺纹孔将水车轴轮固定在水车主轴中间段的水车轴轮基座上，最后将中间段的水车主轴与已安装好的左段水车主轴、右段水车主轴连接为一体。

所述水力泵前壳凹向轴心，水力泵后壳凸向轴心，水力泵内部横剖面沿水力泵主轴轴对称分布，两边呈扇形；水力泵叶轮由叶轮圆形转盘和叶轮叶片组成，叶轮叶片与叶轮圆形转盘连接的一侧即叶轮叶片的内侧为平面，叶轮叶片的另一侧即叶轮叶片的外侧与水力泵外壳内部横剖面形状相似，叶轮叶片的外侧距离水力泵外壳的距离为2～5cm，整个叶轮叶片呈扭曲的勺形、头部大、端部齐平；大转轮带动水力泵叶轮快速转动，弯勺形的水力泵叶轮将水流吐压至出水口，水流同时具有水力泵叶轮带动的离心力，水力泵的进水口拍门使水流只进不出，水力泵的出水口拍门使水流只出不进；按小型水轮机将水能转换成机械能的效率是75％-85％，水车叶片的宽为b，溢流堰上下游的水头差为△h，送水管的直径为d，按照雷白克流量系数公式，溢流堰的流量系数大于等于0.403，溢流堰流速v的值为假设送水管的长为l,送水高度为h，送水流量为q，可得到h＝(1.01～1.29)*b*δh^7/2/q，由该公式可知，送水流量和送水高度成反比；假设水车叶片的长为r，大转轮的半径为r0，小转轮的半径为r0，水力泵叶轮的长为r，考虑水压盈余系数1.2，根据力矩平衡，可得h≤0.53*b/r*(r/d)²，由该式可知，送水高度越大，送水管径越小、送水流量越小；送水高度越小，送水管径越大、送水流量越大；使用水力泵时可根据取送水的实际情况，调节出水口管径调节器，将河流中水的势能转换成水车的机械能，水车的机械能转换成水力泵的机械能，最后将水力泵的机械能转换成水的势能，达到自动取送水的功能；该使用方法在设计送水高度处建一个大容积蓄水池，将水蓄足再浇灌，能提高浇灌的效率。

所述水力泵用活塞缸取送水时，通过水车带动水车主轴转动，水车主轴带动主轴支杆转动，主轴支杆与活塞间用活动连杆铰接，在主轴支杆绕水车主轴作循环圆周运动时，带动活塞在活塞缸内上下循环运动；当活塞往下压时，活塞缸进水口拍门关闭，将水流压向活塞缸出水口送水；当活塞往上拉时，活塞缸出水口拍门关闭，将水流引向活塞缸内；假设活动连杆在活塞缸轴心线时，主轴支杆与活动连杆的铰接点距离活塞的长为l，活动连杆的长为l1，活塞缸规则段的直径为d，主轴连杆的长为l2，对活塞缸八字口顶端半径x及活塞缸八字口长度y的要求分别是,活塞缸取送水的高度和流量大小，与活塞缸面积和送水管管径等有关。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、使用自动取送水装置实现了水的势能→机械能→机械能→水的势能的连续转换功能，使大量的水势能转换成少量的水势能，将少量的水蓄积后可集中使用；

2、该装置取水使用可再生能源，经济、方便，即不使用电或柴油等化石能源，建成后只要维护可一直使用，无污染，可不间断地取送水；

3、水车叶片的末端以γ角弯起，γ为150°～170°，水车的半径大小为溢流面至坝墩顶长度的2/3,让水流充分作用于水车叶片上，使水流势能较好地转换为水车的机械能；

4、双腿坝的结构稳定、安全，对地基条件适应性强，特别适合于坝高1.5～3.5m的中小河流，按照设计尺寸的结构要求，其混凝土用量少，即可实现挡水过水的功能，在同等使用条件下，较一般的挡水堰或拦河坝经济；

5、水力泵的叶轮叶片的面积占据水力泵横截面面积的85～90％，转速较离心泵慢，叶轮叶片的外形呈弯钩勺形，叶轮叶片的弯钩勺凹向叶轮转动的方向，叶轮叶片沿水力泵主轴呈轴对称布置，水力泵通过叶轮的快速转动推动水流往水力泵出口流动，即叶轮带动水流转动使水流的动能、压力势能及离心力转化为水流的动能和重力势能，而水力泵中的叶轮带动水流转动具有的离心力较小，主要带动水流的压力势能和动能，离心泵叶片面积占据泵横截面面积的比例为20～40％、转速快，可产生较大的离心力，把水流甩向出水口，离心泵主要用甩，水力泵主要用压，所以离心泵叶片的弯向与水力泵的叶片弯向相反，离心泵叶片弯向与转动方向一致；

6、水力泵进水口设有进口拍门，水力泵出水口设有出口拍门，水力泵进口拍门使水流只进不出，水力泵出口拍门使水流只出不进，提高取送水效率，拍门把柄采用铰接，拍门、铰接口及无纹螺栓材质均为轻质橡胶，拍门容易启闭，在拍门附近预设检修口，方便维修；

7、水在力泵的主墩内设有圆形通道，圆形通道设有填料函，填料函的两端填有硬填料，中间使用软填料，硬填料兼作水力泵主轴与填料函之间的密封件，但还是有渗透缝隙，在硬填料中间注射满层状剪切的软填料，是一种无规格限制的胶状物，软填料会黏在水力泵主轴与填料函表层，中间部分随水力泵主轴转动形成一个不动的剪切层，软填料间吸引力极小，剪切层摩擦系数极小，可达到水力泵防渗的目的；

8、水车主轴分为左段、中间段、右段共三段，左段与右段分别穿过水车主轴的镶入式轴承进入取水室，安装好其它部件后，再将装好水车的中间段的水车主轴对接到左、右段水车主轴并用螺栓锚固，进水口拍门、出水口拍门设有拍门检修口或设在进出水口或管口，容易维修，因此所有的水工装置可拆卸可维修可更换部件；

9、水力泵前壳凹向轴心，水力泵后壳凸向轴心，叶片外侧与水力泵外壳内部横剖面形状相似，叶片外侧距离水力泵外壳距离2～5cm，整个叶轮呈扭曲的勺形、头部大、端部齐平，叶片转动能产生较大水压，使用适当的方法可调节取水流量和送水高度，适应不同的取送水要求；

10、使用活塞缸取送水时，经过三角函数计算，活塞缸八字口半径和八字口的长度受活动连杆长、活塞缸规则段直径等决定，使用活塞缸时取送水的效率较水力泵低，取水流量及送水高度较水力泵低，但活塞缸的结构更简单，更经济，适用于用水量少、灌溉面积小的情况。

本发明适用于赣南山区果园灌溉，尤其适用于边远偏僻的山区林地灌溉，也可用于农田灌溉。

附图说明

图1为自动取送水的水工装置与水力泵的总体布置图；

图2为自动取送水的水工装置与活塞缸的总体布置图；

图3为双腿坝结构的横剖面图；

图4为双腿坝溢流面的横剖面侧视图；

图5为自动取送水的水工装置的俯视图；

图6为坝墩内取水室的横剖面图；

图7为水力泵小转轮支架墩的示意图；

图8为水力泵的结构示意图；

图9为水力泵出水管出水口拍门的示意图；

图10为水力泵前壳的正视图；

图11为水力泵叶轮转动的示意图；

图12为水车的结构示意图；

图13为活塞缸及杆件的连接示意图；

图14为活塞在活塞缸内运动的示意图；

图15为拍门铰接的示意图；

图16为镶入式轴承的结构图；

图中：水车1，水车叶片101，水车轴轮102，双腿坝2，双腿坝前腿21，双腿坝后腿22，双腿坝腿身23，双腿坝前脚24，双腿坝后脚25，消力池底板26，变形缝27,坝墩3，爬梯30，取水室盖板31，排水管32，取水室33，溢流堰34，前半段堰面340,后半段堰面341,堰前底板35，大转轮4，皮带40，水车主轴5，水车轴轮基座50，卡栓51，轴承卡套52，镶入式轴承6，深沟球轴承60，轴承套61，防水橡胶盖62，水力泵主轴7，小转轮70，圆弧型臂环71，支架墩轴承72，支架墩梯形架73，锚固螺栓74，主墩基座75，水力泵支墩76，支墩基座77，支架墩78，取水管8，送水管80，连接管801，栅栏802，进水口拍门81，铰接口811，拍门挡坎812，圆形铰孔813,拍门把柄814,圆形拍门815,螺帽816,螺母817,拍门检修口82，圆形封盖821，螺栓822，防水橡胶圈823，出水口拍门83，出水管铰接口830，水力泵进水口84，水力泵出水口85，圆形出水管86，出水管管径调节器87，分叉管88，出水管折边89，水力泵9，水力泵叶轮90，叶轮圆形转盘901，叶轮叶片902，水力泵主墩91，水力泵后壳911，水力泵前壳912，圆形通道913，保护层914,叶轮箍套92，叶轮栓柱93，防水填料函94，防水软填料95，防水硬填料96，密封盖97，主轴支杆10，活动连杆11，活塞缸八字口12，活塞13，十字支架131，活塞体132，活塞杆133，活塞缸14，活塞缸进水口141，直圆筒缸体142，活塞缸出水口15，活塞缸出水口拍门16，活塞缸进水口拍门17，蓄水池18。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1和图3～图8，一种自动取送水的水工装置，包括水车1、双腿坝2、坝墩3、大转轮4、水车主轴5、镶入式轴承6、取水管8、水力泵9、送水管80；水力泵9包括水力泵主轴7、小转轮70、支架墩78、支架墩轴承72、水力泵叶轮90、水力泵主墩91、水力泵支墩76、防水填料函94、水力泵进水口84，水力泵出水口85，出水管管径调节器86、水力泵后壳911，水力泵前壳912；通过选取急流河段为双腿坝2的坝址，双腿坝2的坝轴线中间设水车1，水车1通过水车主轴5架设在两侧坝墩3的中间偏下侧；水车主轴5依次穿过水车1、镶入式轴承6、大转轮4，大转轮4与小转轮70间用皮带40相连接，水工装置沿水车主轴5的中心轴对称布置；小转轮70和水力泵主轴7镶套固接，小转轮70通过水力泵主轴7架设在两个支架墩78中间，水力泵主轴7沿逆水流方向依次穿过第一个支架墩78、小转轮70、第二个支架墩78、水力泵主墩91、水力泵后壳911，水力泵主轴7的端部与水力泵叶轮90固接；水力泵9的取水管8预埋在坝墩3内，取水管8的出口设在水力泵9的支墩基座77前，用连接管801将取水管8与水力泵进水口84相连，通过水力泵叶轮90的作用下，水流自水力泵9底部的水力泵出水口85进入送水管80；在水力泵进水口84处设有进水口拍门81，在水力泵出水口85设有出水口拍门83。

如图12和图4所示，所述水车1由水车叶片101和水车轴轮102组成，水车1的材质为聚乙烯塑料；水车叶片101与水车轴轮102固接为一体，水车叶片101与水车轴轮102固接端处两者的宽度一致，并沿水车叶片101长度方向增大至设计宽度，水车叶片101宽度的渐变长度与水车轴轮102厚度相同，水车叶片101的末端以γ角弯起，γ为150°～170°，水车1的外轮廓半径大小为溢流堰34的堰面至坝墩3顶长度的2/3,使水流势能较好地转换为水车1的机械能,且使水车1运转顺畅,水车1的半径随水力泵9的设计扬程进行调整；水车轴轮102的外侧轮廓除伸出的水车叶片101外均为圆形，水车轴轮102的内侧为凹凸齿轮形，与水车主轴5中间段对应的外形相契合，水车轴轮102的厚度与水车主轴5的内径相近。

如图3所示，所述双腿坝2坐落于急流河段，双腿坝2由双腿坝腿身23、双腿坝前腿21、双腿坝后腿22、双腿坝前脚24、双腿坝后脚25组成，迎水面为双腿坝前腿21、背水面为双腿坝后腿22，双腿坝前腿21比双腿坝后腿22短，双腿坝前腿21与水平夹角为α，双腿坝后腿与水平夹角为β，双腿坝前腿21与双腿坝后腿22的腿厚均为a，双腿坝腿身23的高为c，双腿坝腿身23的顶部宽为a，双腿坝腿身23的底部宽为b，双腿坝2的高为d；d为1.5～3.5m，c＝(0.25～0.35)*d，b＝(0.35～0.40)*c+a，45°＜β＜α＜60°，双腿坝前脚24和双腿坝后脚25的长度大于或等于a；靠近两岸的双腿坝腿身23向岸基延伸，在双腿坝后脚25与消力池底板26间设有永久性的变形缝27。

如图4所示，双腿坝2上的溢流堰34的前半段堰面340是以镶入式轴承6的形心为圆心的圆弧，后半段堰面341以前半段圆弧的终点和双腿坝后脚25的关节为两个弧点、以前段圆弧直径为半径的圆弧；溢流堰34的宽度大于水车1的宽度0.4～0.6m，前半段堰面340起点较堰前底板35高0.0～0.1m，后半段堰面341终点与消力池底板26相持平。

如图1、图6和图16，所述坝墩3位于河流中间的溢流堰34的两侧，坝墩3头部靠溢流堰34侧为圆弧形，坝墩3除头部圆弧段外，其它段为线型，坝墩3头部的底端设有取水管8的进水口，在取水管8的进水口处设一栅栏802，取水管8埋设在坝墩3内；在坝墩3靠下游内设有取水室33，取水室33的宽为0.5～0.8m、长为2.0～2.5m、高为坝墩3高的2/3；在取水室33的上游墙壁设爬梯30，在靠溢流堰34侧的取水室33高2/3处设有镶入式轴承6，镶入式轴承6的厚度与取水室33的墙厚相同，水车主轴5穿过镶入式轴承6进入取水室33，在取水室33的水车主轴5的末端固接有大转轮4，大转轮4的半径为水车1的半径的1/3～1/2；镶入式轴承6由深沟球轴承60和轴承套61组成，轴承套61预埋在取水室33的墙内，深沟球轴承60镶入轴承套61并固定，在镶入式轴承6的两面设有防水橡胶盖62，深沟球轴承60的内壁与水车主轴5对应处的外壁吻合镶套牢固。

如图6和图7，取水室33内的小转轮70与大转轮4位于同一平面上，两者用皮带40连接，小转轮70的半径为大转轮4的半径的1/12～1/10，小转轮70通过水力泵主轴7架设在左右两边的支架墩78上；支架墩78用锚固螺栓74固定在主墩基座75上，支架墩78的上部为固定支架墩轴承72的圆弧型臂环71，下部为中间“被挖空”的支架墩梯形架73，中间“被挖空”形状为梯形，支架墩梯形架73的壁厚为0.3～0.4m；支架墩轴承72为深沟球轴承结构，支架墩轴承72镶入支架墩78的圆弧型臂环71内并固接。

如图5、图8和图10，支架墩78的另一边为水力泵9，在水力泵9靠近支架墩78的一边设有水力泵主墩91，水力泵主墩91的前壁兼作水力泵后壳911的一部分，在水力泵前壳912的中部设有水力泵进水口84；在水力泵主墩91内设有圆形通道913，该圆形通道913为水力泵主轴7穿过主墩91而预留，靠近水力泵叶轮90的前段圆形通道913的直径为水力泵主轴7直径与保护层914厚度之和，后段圆形通道913设有防水填料函94，在防水填料函94的外侧用密封盖97锚固，即用铆钉98从密封盖97穿孔植入水力泵主墩91内；防水填料函94由内往外依次为空心圆柱形的防水硬填料96、防水软填料95、防水硬填料96，防水硬填料96的厚度为防水软填料95厚度的1/3，防水硬填料96兼作水力泵主轴7与防水填料函94之间的填缝剂；水力泵主墩91的上部为扇形，下部为长方形。

如图8和图11，水力泵主轴7穿过主墩91内的圆形通道913进入水力泵9内，在水力泵主轴7的端部固接有水力泵叶轮90，水力泵叶轮90较离心泵的叶轮大，水力泵叶轮90横截面面积占据水力泵9横截面面积的85～90％，而离心泵的比例为20～40％；水力泵9通过水力泵叶轮90的快速转动推动水流往水力泵出水口85流动，即水力泵叶轮90带动水流转动使水流的动能、压力势能及离心力转化为动能和重力势能，水力泵叶轮90带动水流转动具有的离心力较小，主要带动水流压力势能和动能，因此叶轮叶片902外形呈弯钩勺形，叶轮叶片902的弯钩勺凹向水力泵叶轮90转动的方向，叶轮叶片902呈轴对称布置。

如图10和图15，水力泵进水口84与取水室基座330上的取水管8的出口密封连接，在取水管8的出水口设有进水口拍门81，进水口拍门81与取水管8的顶部为铰接，即在取水管8的出水口顶部设有铰接口811，铰接口811由螺母817穿过两个并排的圆形铰孔813后用螺帽固定，铰接口811的孔径与拍门把柄814的孔径一样，螺母817将圆形拍门815铰接在两个圆形铰孔813中间，螺母817穿孔顺序为穿过一个圆形铰孔813→拍门把柄814→另一个圆形孔铰813后用螺帽816栓固；圆形拍门815、铰接口811及螺母817材质均为轻质橡胶，在取水管8的铰接口811附近预设有拍门检修口82；在取水管8的铰接口811正下方的底部设有拍门挡坎812，拍门挡坎812呈月牙形，拍门挡坎812的表面平整，当水力泵停止取水时拍门挡坎812顶住进水口拍门81阻止水回流，此时进水口拍门81关闭。

如图8、图9和图10，水力泵出水口85设在水力泵9的下部，水力泵出水口85与水力泵9外壳的交界面呈鹅蛋形，水力泵出水口85沿出水水流方向横截面逐渐减小，且水力泵出水口85绕水力泵后壳911延伸、最后为圆形出水管86，使出水的水流方向由向前弯向垂直向上；在水力泵9圆形的出水管86边上设有一分叉管88，分叉管88的长为0.3～0.5m，分叉管88的横断面呈半圆形，分叉管88的底面为平面、上部为半圆形，在分叉管88的端部设有分叉管88的翼板82，用螺栓822将圆形封盖821密封住分叉管88口，圆形封盖821与分叉管88的翼板82的外径相同，在分叉管88的翼板82与圆形封盖821间设有防水橡胶圈823；与在分叉管88底面相切的断面上，圆形出水管86断面扩大设出水管折边89，在出水管折边89的上部设一垫层，在分叉管88的底部与出水管折边89相交的中部设有出水管铰接口830，出水管铰接口830连接出水口拍门83，出水口拍门83与进水口拍门81的材质一样，在分叉管88对面的出水管折边89一侧呈鼻形，该段鼻形管能使出水口拍门83自由的启闭而不会摩擦管壁，且出水口拍门83盖在出水管折边89上平整无漏缝。

如图8和图10，水力泵主轴7设有保护层914，保护层914范围从靠近水力泵9一边的支架墩78到安装有水力泵叶轮90的端部；在水力泵出水口85与出水口拍门83之间设有出水管管径调节器87，通过顺时针、逆时针方向旋转出水管管径调节器87能改变水力泵出水口85过水断面的面积，出水管管径调节之后，送水管80也要相应的改变管径，即：管径调小后，送水管80要相应选择管径更小的，管径调大后，送水管80要相应选择管径更大的；在水力泵前壳912的底部设有水力泵支墩76，水力泵主墩91的下部用锚固螺栓74将墩座固定在支墩基座77上，水力泵支墩76的下部用锚固螺栓74将墩座固定在主墩基座75上，水力泵9在水力泵主墩91和水力泵支墩76的支撑下可稳固在取水室33的基座上。

一种自动取送水的水工装置使用方法，将水车主轴5分为三段，分别为左段、中间段、右段，其中左段、右段分别伸入溢流堰34两边的取水室33内，并在取水室33外留有折边接口,待安装好其它部件后，将水车主轴5的中间段两端的折边与左右段对接的折边接上并用螺栓822锚固，成为完整的水车主轴5；在水车主轴5伸入取水室33内部的两端安装上大转轮4，并将大转轮4固定在水车主轴5上，使水车1和大转轮4一起绕水车主轴5做圆周运动；将两个支架墩78的底座按预留位置用锚固螺栓74安装在主墩基座75上，水力泵主轴7依次穿过圆弧形臂环71内的支架墩轴承72、小转轮70，然后用锚固螺栓74将水力泵支墩76底座孔、水力泵主墩91底座孔分别对准支墩基座77、主墩基座75内预留孔洞，将水力泵9安装在取水室33底部；调整小转轮70的位置，使小转轮70与大转轮4的轴心在同一条垂线上，并使小转轮70架在两个支架墩78的中间，然后用卡栓51将小转轮70固定在水力泵主轴7上，之后装上连接小转轮70与大转轮4的皮带40；检查水力泵9的进水口拍门81、出水口拍门83正常后，水力泵进水口84与取水管8相连接，水力泵出水口85与送水管80相连接；将水车轴轮102内部与水车轴轮基座50外部的凹凸齿对准吻合，使用卡栓51锚入预留螺纹孔将水车轴轮102固定在水车主轴5中间段的水车轴轮基座50上，最后将中间段的水车主轴5与已安装好的左段水车主轴5、右段水车主轴5连接为一体。

如图8，水力泵前壳912凹向轴心，水力泵后壳911凸向轴心，水力泵9内部横剖面沿水力泵主轴7轴对称分布，两边呈扇形；水力泵叶轮90由叶轮圆形转盘901和叶轮叶片902组成，叶轮叶片902与叶轮圆形转盘901连接的一侧即叶轮叶片902的内侧为平面，叶轮叶片902的另一侧即叶轮叶片902的外侧与水力泵9外壳内部横剖面形状相似，叶轮叶片902的外侧距离水力泵9外壳的距离为2～5cm，整个叶轮叶片902呈扭曲的勺形、头部大、端部齐平；大转轮4带动水力泵叶轮90快速转动，弯勺形的水力泵叶轮90将水流吐压至出水口，水流同时具有水力泵叶轮90带动的离心力，水力泵9的进水口拍门81使水流只进不出，水力泵9的出水口拍门83使水流只出不进；按小型水轮机将水能转换成机械能的效率是75％-85％，水车叶片101的宽为b，溢流堰34上下游的水头差为△h，送水管80的直径为d，按照雷白克流量系数公式，溢流堰34的流量系数大于等于0.403，溢流堰34流速v的值为假设送水管80的长为l,送水高度为h，送水流量为q，可得到h＝(1.01～1.29)*b*δh^7/2/q，由该公式可知，送水流量和送水高度成反比；假设水车叶片101的长为r，大转轮4的半径为r0，小转轮70的半径为r0，水力泵叶轮90的长为r，考虑水压盈余系数1.2，根据力矩平衡，可得h≤0.53*b/r*(r/d)²，由该式可知，送水高度越大，送水管径越小、送水流量越小；送水高度越小，送水管径越大、送水流量越大；使用水力泵9时可根据取送水的实际情况，调节出水口管径调节器87，将河流中水的势能转换成水车1的机械能，水车1的机械能转换成水力泵9的机械能，最后将水力泵9的机械能转换成水的势能，达到自动取送水的功能；该使用方法在设计送水高度处建一个大容积蓄水池18，将水蓄足再浇灌，能提高浇灌的效率。

实施例2：

如图2和图13，一种自动取送水的水工装置，该装置由水车1、双腿坝2、坝墩3、水车主轴5、镶入式轴承6、取水管8、主轴支杆10、活动连杆11、活塞13、活塞缸13、送水管80组成；其中水车1、双腿坝2、坝墩3、水车主轴5、镶入式轴承6、取水管8与实施例1中的一样，水车主轴5的两端布设在坝墩3内，在坝墩3内设有长方形的取水室33，此处的取水室33较实施例1中的小，在取水室33内预埋有活塞缸14，水车主轴5与活塞缸14的中心主轴正交，水车主轴5端部正对活塞缸14的中心口，在水车主轴5的端部设主轴支杆10，主轴支杆10的一端与水车主轴5固接，主轴支杆10的另一端与活动连杆11铰接；活动连杆11的下端与活塞13铰接，活塞13在活动连杆11的作用力下在活塞缸14内上下滑动。

如图14，活塞缸14由活塞缸八字口12、活塞缸进水口141、活塞缸进水口拍门17、直圆筒缸体142、活塞缸出水口15、出水管管径调节器87及活塞缸出水口拍门16组成，活塞13由上部的十字支架131、下部的活塞体132及活塞杆133组成，活动连杆11带动活塞13在活塞缸14往复升降，主轴支杆10固接在水车主轴5上随水车1的转动作圆周运动。

如图14，在活塞缸14底部、活塞缸进水口141设活塞缸进水口拍门17，活塞缸进水口拍门17与活塞缸进水口141顶部为铰接，在铰接口811正下方的活塞缸14的取水管8底部设有拍门挡坎812，拍门挡坎812为取水管8出水口的一部分；活塞缸14水平段的上部从铰接口811至直圆筒缸体142的交接点为凹弧型，活塞缸14水平段的下部呈水平直线型，水平直线与直圆筒缸体142的连接段为凹弧型，上部的凹弧角度与半径都大于下部的凹弧。

如图14，在直圆筒缸体142的壁上设有活塞缸出水口15，活塞13的直圆筒缸体142上下升降运动的最低高程大于活塞缸出水口15的顶部高程，其中活塞缸出水口15以上至活塞缸八字口12以下为活塞13在直圆筒缸体142上下往复运动的范围，直圆筒缸体142的中心主轴与水车主轴5垂直相交，活动连杆11与主轴支杆10、活塞13间的铰接是通过以上杆件预设大小相同的孔洞，然后用螺栓822串接，使各杆件能相互转动且相互不影响；活塞缸八字口12的长度和端部直径大小受水车主轴5与活塞缸14顶部距离、直圆筒缸体142直径、主轴支杆10及活动连杆11长度决定；活塞13上部的十字支架131位于连接活动连杆11的螺栓822下面，且十字支架31固定在活塞杆133上，活塞杆133的下部为活塞体132，活塞体132和活塞杆133是一体的；活塞缸出水口15同样设活塞缸出水口拍门16，在活塞缸出水口15往水流方向转弯后的垂直出水管80处设出水管管径调节器87。

一种自动取送水的水工装置的使用方法，使用活塞缸14取送水，通过水车1带动水车主轴5转动，水车主轴5带动主轴支杆10转动，主轴支杆10与活塞13间用活动连杆11铰接，在主轴支杆10绕水车主轴5作循环圆周运动时，带动活塞13在活塞缸14内上下循环运动；当活塞13往下压时，活塞缸进水口拍门17关闭，将水流压向活塞缸出水口15送水；当活塞13往上拉时，活塞缸出水口拍门16关闭，将水流引向活塞缸14内；假设活动连杆11在活塞缸14轴心线时，主轴支杆10与活动连杆11的铰接点距离活塞13的长为l，活动连杆11的长为l1，活塞缸14规则段的直径为d，主轴连杆10的长为l2，对活塞缸八字口12顶端半径x及活塞缸八字口12长度y的要求分别是活塞缸14取送水的高度和流量大小，与活塞缸14面积和送水管80管径等有关。