一种河道闸门拦沙清沙装置的制作方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种河道清沙装置，具体涉及一种河道闸门拦沙清沙装置。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，人们对自然的开发力度越来越大，这导致自然植被被大量破坏，森林面积也急剧减少，水土流失越来越严重。流失的泥土在地表径流和地下水流的携带作用下流入江河中，加大了天然河流的含沙量，从而影响流域内居民的生产和生活用水。此外，泥沙长年沉积于江河水渠的底部，会抬高河床，容易引发水灾；兴建的水渠也会因为泥沙沉积造成阻塞，从而影响其正常的输水、泄洪和灌溉等功用。如何处理，江河水渠中的泥沙淤积问题已经成为亟待解决的科学难题。

目前，江河水渠的泥沙处理装置主要分为两类：第一类装置是利用絮凝剂等化学物质的吸附沉降作用实现水沙分离，但该类装置的处理效率低下，并且由于在水体中加入了化学物质，如果处理不当极易造成水体的二次污染，在工程实践中难以推广使用。第二类装置是利用水力旋流和沙石过滤等实现水和泥沙的分离，但目前市场上该类装置的设计思路一般是清除水流中携卷的泥沙，并未对泥沙资源进行再利用，此类装置不仅处理泥沙成本过高、还浪费了大量的泥沙资源。水渠一般在农村、山区等偏远地区采用，传统的泥沙处理装置采用电路供电方式提供能量，存在供电难度大、断停电风险高等问题；同时，传统的泥沙处理装置需要专人监管，不仅需要消耗人力成本，而且在夜间、冰凌期的监管难度较大、容易造成泥沙淤积。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种河道闸门拦沙清沙装置。该装置利用水力闸门阻碍水流降低流速，使泥沙自沉降的原理，将装置的清沙储沙系统布置在河床底部，并通过太阳能、风能和生物质能等清洁能源供电，能够根据水道中的含沙量实时自动清沙，并将泥沙集中储存以便后期再利用。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现。

一种河道闸门拦沙清沙装置，其特征在于：包括储沙清沙系统、中央控制系统和发电系统，所述储沙清沙系统包括闸门工作系统、河床储沙系统、以及河床清沙系统，所述闸门工作系统包括依次设于河道内上下游的工作闸门和拦沙闸门，所述工作闸门和拦沙闸门通过中央控制系统控制启闭；

所述河床储沙系统包括沉沙底坡和储沙斗，所述沉沙底坡设于工作闸门和拦沙闸门之间的河床上，呈倒漏斗型向中部汇聚状；所述储沙斗为一上部开口斗型储沙器口，储沙斗设置于沉沙底坡的最凹处基坑内，其顶部不高于沉沙底坡低点处，基坑内还设有用于检测储沙斗内储沙量的容量传感器，所述储沙斗顶部设有与之活接的挂斗环，储沙斗顶部四周通过多根固定勾绳可解开地固定在河床内的深桩上；

所述河床清沙系统包括门机装置，所述门机装置下方设有可升降的且用于勾住储沙斗顶部挂斗环的门机抓钩；

所述发电系统利用风能、太阳能或生物能中的一种或几种发电，并为中央控制系统和储沙清沙系统提供电能；

所述中央控制系统为单片机，用于接收容量传感器信号，并控制闸门工作系统和河床清沙系统的动作。

作为改进，所述挂斗环有两个，所述两个挂斗环交叉设置，挂斗环两端与储沙斗可相对滑动的活接，每个挂斗环中部均设有电磁铁A，所述门机抓钩上设有可与电磁铁A相吸的电磁铁B。

作为改进，所述储沙斗有多个且上下叠加放置，储沙斗下部设有多个滤水孔。

作为改进，所述固定勾绳通过勾绳控制器与河床内的深桩相连，所述勾绳控制器通过单片机控制是否释放固定勾绳。

作为改进，所述工作闸门和拦沙闸门之间设有可供水下生物通过的鱼道，工作闸门上游设有用于检测是否有水下生物活动的运动传感器，所述运动传感器信号接入单片机，所述鱼道为圆形管道结构，通过单片机控制开启和关闭。

作为改进，所述发电系统包括蓄电池、交直流电源转换器和发电装置，所述交直流电源转换器和发电装置通过过充电保护电路相连，所述发电装置为风能发电装置、太阳能发电装置以及生物质能发电装置的一种或几种组合，所述蓄电池用于储能，所述发电装置所发电通过交直流电源转换器转换后储存在蓄电池内。

作为改进，所述风能发电装置主要由风轮、发电机、回转体、调速机构、调向机构、刹车机构和塔架组成，并由单片机进行控制。

作为改进，所述太阳能发电装置主要由铜铟镓硒太阳能膜、太阳能控制器、微型逆变器、二维自动旋转台和支座组成，并由单片机进行控制。

作为改进，所述生物质能发电装置利用沼气发电技术，主要由沼气池、沼气发电机组、发电机、热回收装置、脱硫器和贮气罐组成，并由单片机进行控制。

作为改进，所述拦沙闸门设置在河道内地势平缓地段，所述储沙斗的直径为河道宽度的1/2-3\4。

本发明的有益效果：利用风能太阳能等清洁能源，在保证装置电力供应的同时不对环境造成影响及不对电力系统造成额外负担；装置整体通过中央控制系统集中控制，能够做到实时自动清沙储沙，从而降低对人员操作和监管的依赖性，减少运行管理成本；同时将收集的泥沙储存起来，可以将这些泥沙用到简单建筑工程等领域，变废为宝，避免资源浪费；装置利用河道常见水工建筑闸门作为拦沙实现方式，并充分运用河道地形特点，工程投入少工作效率可观。

附图说明

图1为本发明的发电系统的结构示意图。

图2为本发明装置整体电路示意图。

图3为本发明装置的俯视图的结构示意图。

图4为图3中A-A剖面的结构示意图。

图5为本发明的储沙斗和挂斗环结构示意图。

图中：1-工作闸门，2-拦沙闸门，3-储沙斗，4-沉沙底坡，5-固定勾绳，6-挂斗环，7-电磁铁A，8-门机抓钩，9-电磁铁B，10-门机装置，11-鱼道，12-运动传感器，13-存沙室，14-蓄电池，15-交直流电源转换器，16-充电保护电路，17-太阳能发电装置，18-风能发电装置，19-生物质能发电装置，20-容量传感器，21-勾绳控制器，22-单片机。

具体实施方式

如图1所示，一种河道闸门拦沙清沙装置，其发电系统包括蓄电池14、交直流电源转换器15和通过充电保护电路16与交直流电源转换器15连接的风能发电装置18、太阳能发电装置17以及生物质能发电装置19。

所述风能发电装置18，利用现有技术，主要包括风轮、发电机、回转体、调速机构、调向机构、刹车机构和塔架等部分，由单片机22进行控制；所述太阳能发电装置17，利用现有技术，主要包括铜铟镓硒太阳能膜、太阳能控制器、微型逆变器、二维自动旋转台和支座等部分，由单片机22进行控制；所述生物质能发电装置19，利用现有技术，主要利用沼气发电技术，主要包括沼气池、沼气发电机组、发电机、热回收装置、脱硫器、贮气罐等部分，由单片机22进行控制。所述风能发电装置18、太阳能发电装置17和生物质能发电装置19均与蓄电池14通过充电保护电路16和交直流电源转换器15相连，所发电量储存于蓄电池14中。

如图1和图2所示，风能发电装置18、太阳能发电装置17以及生物质能发电装置19通过单片机22控制，充分考虑风能、太阳能和生物质能的能量采集时间、强度和电能转化特性，实现电量优化调度，最大效率地提高能量供应效率，以保证整个清沙装置有充足的电力供应。发电系统布置在河渠两岸。

所述单片机22采用STC 单片机或ATMEL单片机。

如图2所示，所述中央控制系统主要通过单片机22对太阳能发电装置17、风能发电装置18、生物质能发电装置19、工作闸门1、拦沙闸门22、容量传感器20、勾绳控制器21、门机装置10、运动传感器12进行信号传输与控制，实现装置的科学运行。

如图3所示，所述闸门工作系统包括工作闸门1、拦沙闸门2。工作闸门1设置在河床储沙系统上游，拦沙闸门2设置在河床储沙系统下游。拦沙闸门2设置在河道地势平缓地段，由中央控制系统控制开启，拦沙闸门2为升降式矩形闸门，通过启闭机实现开启和关闭，从而控制水流从渠道上游流向下游。拦沙闸门2关闭时有效降低渠道断面流量，闸门前渠道流速明显降低，所携带泥沙由于重力作用可自然沉降至拦沙闸门2前河床。所述工作闸门1，设置在拦沙闸门2上游一定距离，当河床储沙系统达到容量饱和时，由中央控制系统控制工作闸门1关闭，故工作闸门1到拦沙闸门2河段被自然隔断，为进行清沙工作创造条件。

所述河床储沙系统包括沉沙底坡4、储沙斗3、固定勾绳5、电磁铁A 7、挂斗环6、容量传感器20。所述沉沙底坡4位于两闸门中间河段，呈倒漏斗型向中部汇聚状，所述储沙斗3设置于沉沙底坡4最凹处，储沙斗3为一上部开口斗型储沙器，直径约为河道宽度的1/2-3\4，最佳为2/3左右，置于河床预挖基坑中，考虑到单个储沙斗3容量相对于河道总搬沙量的不足，所述储沙斗3可上下叠放多层；所述固定勾绳5设置在储沙斗3四角，固定每个储沙斗3的储沙形态，固定勾绳5一端固定在河底所打深桩上，一端连接在单个储沙斗3的一角，保证每个储沙斗3都由四个固定勾绳5连接固定。每一个储沙斗3上的固定勾绳5数量可根据实际情况增减，每个储沙斗3下部均设有多个滤水孔，所述挂斗环6设置在储沙斗3的斗口，呈半圆弧型，圆弧两端连接于储沙斗3的斗口圈并可旋转，共设置两挂斗环6并交叉放置。固定勾绳5与河底所打深桩之间设置勾绳控制器21由中央控制系统单片机22控制，当容量传感器20发送容量已满信号后，首先门机抓钩8下降由电磁铁B 9作用吸起挂斗环6，并勾紧固定，再由单片机22操纵勾绳控制器21控制对应的储沙斗3固定勾绳5释放，门机装置10开始提升门机抓钩8，并将储沙斗3提吊至存沙室13。

所述电磁铁A 7设置于挂斗环6圆弧顶部，作为控制挂斗环6升起与落下的功能结构。容量传感器20设置于沉沙底坡4凹处基坑，可直接感应到储沙斗3中的沉沙堆高，容量传感器20与中央控制系统通过通信电路相连。

所述鱼道11系统置于闸门门叶一侧，所述运动传感器12位于上游渠道中，运动传感器12驱动鱼道11的开启和关闭。所述鱼道11为带可开启闸门的圆形管道结构，便于水下生物通过。所述运动传感器12安装在工作闸门1上游的渠道中，用于监测渠道中是否有水下生物需要，通过反馈机制，以驱动鱼道11的开启和关闭。

如图4所示，所述河床清沙系统包括门机装置10、可起降的门机抓钩8、电磁铁B 9和存沙室13，所述存沙室13设置于河岸边，门机装置10下设置门机抓钩8，在门机抓钩8顶部安装有电磁铁B 9。门机抓钩8工作时，电磁铁B 9靠近电磁铁A 7，从而两个交叉设置的挂斗环6升起构成储沙斗3把手，由门机抓钩8捕捉提起。并由门机装置10沿轨道提吊至存沙室13，供工程或研究用。

使用本发明时，由中央控制系统单片机22自动操控，当所述容量传感器20发送容量已满信号后，首先门机抓钩8下降由电磁铁B 9作用吸起挂斗环6，并勾紧固定，再由单片机22操纵勾绳控制器21控制对应的储沙斗3固定勾绳5释放，门机装置10开始提升门机抓钩8，并将储沙斗3提吊至存沙室13。

本发明，将装置的发电系统布置在河渠两岸适当位置，利用风能、太阳能以及生物质能这三类清洁能源进行发电，三种发电装置组合使用，可以保证整个清沙装置有充足的电力供应。

本发明还设置有鱼道系统，可以降低装置运行时对鱼群等水生生物的影响，保护生态环境。