一种具有导流槽的水力清污翻板闸门及其清污运行方法

1.本发明涉及水利闸门领域，具体涉及一种具有导流槽的水力清污翻板闸门及其清污运行方法。


背景技术：

2.河道治理是城市化进程中重要的环节，调控河道水位与清理漂浮垃圾则是突出问题。翻板闸门具有结构简单、操作便捷的特点，被广泛用于调蓄河道水位，翻板闸门挡水时，闸门上游面往往聚集漂浮垃圾却难以清理，且对于闸门运行存在安全隐患；翻板闸门过水时，上游漂浮垃圾随下泄水流向下游扩散，进一步污染水质且污染范围扩大进一步增加了治理难度，现行清理漂浮垃圾的方法主要是人工打捞，或者单独安装河道漂浮物清理装置，前者效率低、周期长，后者建设成本还有维护费用高昂。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种具有导流槽的水力清污翻板闸门及其清污运行方法，实现翻板闸门水位调控和水力自动清污两种功能。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种具有导流槽的水力清污翻板闸门，包括闸门和闸墩，所述闸墩布置于闸门两侧，所述闸门垂直卡接于闸墩内；所述闸门包括底轴和导流槽，所述底轴是位于闸门底端两侧的悬臂轴结构，所述导流槽是位于闸门上游面的凹槽，其由方形凹槽和圆形凹槽组成，所述方形凹槽位于导流槽两端，为矩形截面，且靠近闸门中间一端的方形凹槽设有斜面，由闸门上游面平滑过渡至该方形凹槽底部，远离闸门中间一端的方形凹槽贯通闸门侧面，所述圆形凹槽位于导流槽的中端，为圆形截面，圆心处设有螺孔，圆形凹槽上端与方形凹槽上端平齐，下端低于方形凹槽下端，圆形凹槽和方形凹槽底部一侧位于同一平面上；闸门上游面左右侧各设有一个导流槽且对称分布，导流槽内还包括主轴和主动轮，所述主轴为圆柱形钢杆，两端均设有螺纹，主轴下游端螺纹与圆形凹槽的圆心处的螺孔旋接固定；所述主动轮包括转轴、转叶、套筒和拦污板，所述转轴为空心管状结构，套在主轴外侧，转轴内壁紧贴主轴，所述转叶固定于转轴外壁，是以转轴的轴心为极轴，均匀分布的弧形叶片，所述套筒布置于转叶外侧，套筒内壁连接复数个转叶顶端，套筒外壁贴近圆形凹槽内壁且无碰撞，所述拦污板为薄壁圆环，圆心处设有与主轴上游端螺纹相匹配的螺孔，与主轴前端螺纹旋接固定，布置于套筒上游面并与转轴的上游端贴合，拦污板截面外径大小与套筒外壁一致；所述闸墩还包括底板和溢流槽，所述底板布置于复数个闸墩底部之间，底板上设有液压启闭机，其前端与闸门背水面上的铰接座铰接，后端与底板上的底座铰接；所述溢流槽是闸墩上方的凹槽，其位于闸门下游侧， 由槽口、挡污槽和排水口组成，所述槽口是溢流槽迎水面的外壁，由上游至下游向下倾斜，所述挡污槽是溢流槽下游侧的一道竖直凹槽，与槽口连接，所述排水口位于溢流槽下游面底部，贯穿挡污槽，连通流槽
内部与下游河道外界环境。
5.进一步的，所述闸门还包括副轴和从动轮，所述副轴为圆柱形钢杆，布置于闸门上游面中间，副轴轴心与主轴轴心处于同一水平线，副轴两端均设有螺纹，副轴下游端螺纹与闸门上的轴孔旋接固定，从动轮套在副轴外侧，通过螺帽旋接副轴上游端螺纹固定。
6.进一步的，所述套筒由套筒ⅰ和套筒ⅱ组成，其中套筒ⅰ位于圆形凹槽的底部，套筒ⅱ位于圆形凹槽的顶部，套筒ⅱ伸出圆形凹槽外，与闸门上游面保持一定距离，套筒ⅰ和套筒ⅱ之间保持一定距离，该处内部的转叶与外界连通。
7.进一步的，所述闸门还包括履带，所述履带连接主动轮与从动轮，布置于套筒ⅱ和从动轮外侧，履带上还设有横向耙齿。
8.进一步的，所述溢流槽底部由圆弧段平滑过渡至水平直线段。
9.进一步的，所述闸门底部为圆弧形结构，底板上设有与其匹配的弧形槽。
10.进一步的，所述溢流槽内设有清污网，所述清污网为网状结构，布置于溢流槽内部，清污网四个角点设有圆环形状的网环，牵引绳套在引导杆内并与牵引绳连接，所述引导杆有两根，分别与槽口顶端上下游侧的两个销钉铰接，所述牵引绳与闸墩上的螺栓连接。
11.本发明还提供一种具有导流槽的水力清污翻板闸门的清污运行方法：过程1：闸门正常挡水时，液压启闭机的活塞杆伸长，闸门绕底轴向上游逆时针翻板，直到闸门处于竖直挡水状态；过程2：闸门高水位清污时，在过程1的基础上，液压启闭机的活塞杆收缩，闸门绕底轴向下游顺时针翻板，直到闸门翻板角度与槽口倾斜角度处于合适程度，保持上游河道水流可通过导流槽导流至溢流槽内，导流槽内的水流驱动转叶，带动履带将靠近闸门中间的漂浮垃圾运送至两侧闸墩处，另一部分水流携带漂浮垃圾，从闸门与槽口形成的隘口进入溢流槽，上述进入溢流槽的漂浮垃圾被清污网拦截并收集，水流通过排水口排放至下游河道；当清污网内收集的漂浮垃圾数量达到一定程度，液压启闭机的活塞杆伸长，闸门绕底轴向上游逆时针翻板，直到闸门结束清污过程，进行清污网更换。
12.过程3：闸门低水位清污时，在过程1的基础上，液压启闭机的活塞杆收缩，闸门绕底轴继续向下游顺时针翻板，后续过程同上述过程2；过程4：闸门全开平卧时，在过程1的基础上，液压启闭机的活塞杆收缩，闸门绕底轴向下游顺时针翻板，直到闸门平卧于底板上方。
13.进一步地，过程3中，还包括回收清污网的方式为：人工或在机械动力辅助下对牵引绳施加拉力，带动网环顺着引导杆上升，清污网随之提升直至回收至闸墩上方。
14.进一步地，过程3中，还包括放置清污网的方式为：将网环套入引导杆，下放清污网至清污箱，网环顺引导杆下降，在清污网的重力与引导杆的约束下，引导清污网四个角点的网环，分别下降至溢流槽上部的四个角点，将牵引绳系在闸墩上方的螺栓上，该过程中可完全展开清污网以便提高清污效率。
15.有益效果本发明通过创新闸门结构，在翻板闸门控水时实现水力自动拦污、清污，解决河道治理的两大主要问题：控制河道水位、清理漂浮垃圾，通过“以水治水”的方法，实现水力自动清污，无需设置单独清污设备或进行人力清污，进一步降低工程维护和清理垃圾的成本，节能环保，有着广泛的应用前景。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1是本发明挡水状态的立体结构示意图；图2是本发明清污状态的立体结构示意图；图3是本发明的正常挡水状态平面示意图；图4是本发明的高水位清污状态平面示意图；图5是本发明的低水位清污状态平面示意图；图6是本发明的全开平卧状态平面示意图；图7是本发明的上游立面结构示意图；图8是本发明的闸门立体结构示意图；图9是本发明的导流槽立体结构图；图10是本发明的传输装置结构示意图；图11是本发明的清污过程局部立体结构示意图（上游）；图中：闸门1、导流槽12、方形凹槽121、圆形凹槽122、底轴13、铰接座14、主动轮2、转轴21、转叶22、套筒23、主轴24、副轴241、轴孔242、从动轮25、履带26、耙齿27、拦污板28、闸墩3、底板31、底座32、液压启闭机33、弧形槽34、溢流槽4、槽口41、挡污槽42、排水口43、清污网44、网环441、牵引绳442、引导杆443。
具体实施方式
17.下面结合实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
18.如图1和图2所示，一种具有导流槽的水力清污翻板闸门包括闸门1和闸墩3，闸墩3布置于闸门1两侧，闸门1垂直卡接于闸墩3内。
19.图7和8是图1中闸门1的上游立面和立体结构示意图，闸门1为钢结构，还包括底轴13和导流槽12，所述底轴13是位于闸门1底端两侧的悬臂轴结构，其与闸门1均为钢结构，通过焊接与闸门1固定形成一体，闸门1运行时，底轴13固定在两侧闸墩3底部的钢结构套筒内，便于减小旋转产生的摩擦效应；所述导流槽12是位于闸门1上游面的凹槽，闸门1上游面左右侧各设有一个导流槽12且对称分布，配合上游水流从两侧闸墩2的溢流槽4下泄；图9是图8中导流槽12的立体结构示意图，其由方形凹槽121和圆形凹槽122组成，所述方形凹槽121为矩形截面，位于导流槽12两端，且靠近闸门1中间一端的方形凹槽121设有斜面，由闸门1上游面平滑过渡至该方形凹槽121底部，调整上游水流进入方形凹槽121的状态，远离闸门1中间一端的方形凹槽121贯通闸门1侧面作为导流槽12出水口；所述圆形凹槽122位于导流槽12的中端，为圆形截面，圆心处设有凹进闸门1的螺孔，圆形凹槽122上端与方形凹槽121上端平齐，下端低于方形凹槽121下端，圆形凹槽122和方形凹槽121底部一侧位于同一平面上；图10在图9的基础上增加闸门1的传输装置，
导流槽12内还包括主轴24和主动轮2，所述主轴24为圆柱形钢杆，两端均设有螺纹，主轴24下游端螺纹与圆形凹槽122的圆心处的螺孔旋接固定；所述主动轮2包括转轴21、转叶22、套筒23和拦污板28，所述转轴21为空心管状结构，套在主轴24外侧，转轴21内壁紧贴主轴24，可相对于主轴24旋转；所述转叶22是以转轴21的轴心为极轴，均匀分布的弧形叶片，转叶22上下游端处于转轴21上下游端内；所述套筒23布置于转叶22外侧，套筒23外壁贴近圆形凹槽122内壁并预留5mm余量，其中转叶22底部固定于转轴21外壁，转叶22顶部与套筒23内壁连接，转叶22上下游端与套筒23上下游端平齐，三者可通过焊接固定或采用一体铸造形成；所述拦污板28为薄壁圆环结构，布置于套筒23上游面，拦污板28圆心处设有与主轴24上游端螺纹相匹配的螺孔，拦污板28与主轴24上游端螺纹旋接固定后，其下游面与转轴21的上游端贴合，拦污板28截面外径大小与套筒23外壁一致，可以阻挡上游水面的漂浮垃圾进入套筒23影响转叶22运行；通过上述设计，转叶22上下游端处于转轴21上下游端内，即套筒23上下游端也处于转轴21上下游端内，且套筒23外壁与圆形凹槽122预留5mm余量，保证套筒23可在圆形凹槽122内旋转运动；优化的，套筒23上下游端处于转轴21上下游端内，转轴21下游端贴近圆形凹槽122底部，转轴21上游端贴近拦污板28下游面，限制套筒23的位置，由于转轴21上下游端为光滑圆截面，摩擦系数较低，提高了转叶22的转动效率。
20.优化的，套筒23由套筒ⅰ231和套筒ⅱ232组成，其中套筒ⅰ231贴近于圆形凹槽122的底部，套筒ⅱ232位于圆形凹槽122的顶部，由上所述，转叶22上下游端与套筒23上下游端平齐，即套筒ⅰ231下游侧与转叶22下游侧平齐，套筒ⅱ232上游侧与转叶22上游侧平齐，其中套筒ⅱ232伸出圆形凹槽122外，与闸门1上游面保持一定距离，套筒ⅰ231上游侧和套筒ⅱ232下游侧之间形成空腔，该处内部的转叶22与外界连通，作为水流通道。
21.如图8所示，所述闸门1还包括副轴241和从动轮25，所述副轴241为圆柱形钢杆，布置于闸门1上游面中间，副轴241轴心与主轴24轴心处于同一水平线，副轴241两端均设有螺纹，副轴241下游端螺纹与闸门1上的轴孔242旋接固定；所述从动轮25外径与主动轮2一致，中间的圆孔与副轴241匹配，并套在副轴241外侧，两者可相对旋转，通过螺帽与副轴241上游端螺纹旋接，固定从动轮25位置，避免从动轮25从副轴241上掉落，其中从动轮25宽度略小于副轴241长度，通过副轴241上下游端的光滑面接触，避免从动轮25上下游端与螺帽或闸门1上游面碰撞，从而降低从动轮25转动摩擦力。
22.优化的，如图10所示，所述闸门1还包括履带26，履带26宽度与套筒ⅱ232一致，履带26连接主动轮2与从动轮25并与两者贴合，主动轮2旋转即可带动从动轮25旋转，从而驱动履带26运动，履带26上还设有横向耙齿27，以提高传输效率。
23.如图1和图2所示，所述闸墩3布置于闸门1两侧，还包括底板32和溢流槽4，所述底板32为钢筋混凝土结构，布置于复数个闸墩3底部之间，底板31下游河道的凹槽内设有底座32，布置液压启闭机33的液压缸设备，液压启闭机33的活塞杆顶端与闸门1的背水侧的铰接座14通过销钉进行铰接，随液压启闭机33的活塞杆长度变化，闸门1绕底轴13向下游河道做
翻板运动；如图11所示，所述溢流槽4是闸墩3上方的凹槽，其位于闸门1下游侧， 由槽口41、挡污槽42和排水口43组成，所述槽口41是溢流槽4迎水面的外壁，由上游至下游向下倾斜27
°
，所述挡污槽42是溢流槽4下游侧的一道竖直凹槽，与槽口41连接，所述排水口43位于溢流槽4下游面底部，贯穿挡污槽42，便于上游水流下泄至下游河道；所述溢流槽4内设有清污网44，清污网44为网状结构，布置于溢流槽4内部，清污网44四个角点设有圆环形状的网环441，牵引绳442套在引导杆443内并与牵引绳442连接，所述引导杆443有两根，分别与槽口41顶端上下游侧的两个销钉铰接，牵引绳442顶端与闸墩2上的螺栓连接，在闸墩上即可通过牵引绳442操控清污网44。
24.优化的，底板31上设有与闸门1底部贴合的弧形槽34，在闸门1绕底轴13转动的过程中与底板31贴合更为紧密有效降低渗水情况。
25.图3到图6为本发明的闸门的清污运行方式：过程1：闸门正常挡水时，液压启闭机33的活塞杆伸长，闸门1绕底轴13向上游逆时针翻板，直到闸门1处于竖直挡水状态，阻挡上游水流和漂浮垃圾下泄。
26.过程2：闸门高水位清污时，在过程1的基础上，液压启闭机33的活塞杆收缩，闸门1绕底轴13向下游顺时针翻板，随闸门1向下游倾斜，上游水面向下游移动，高于向下游倾斜的槽口41后，水流从两侧闸墩3的溢流槽4下泄，闸墩3处的水流流速大幅增加，产生船吸效应，引导上游水面的漂浮垃圾漂向两侧闸墩3处。
27.根据闸门1上游面漂浮垃圾数量，继续翻板直到闸门1角度与槽口41倾斜角度处于合适程度，便于上游水流携带漂浮垃圾从闸门1与槽口41形成的隘口进入溢流槽4，该过程保持上游河道水流可通过导流槽12导流至溢流槽4内，即上游水面淹没溢流槽4，本设计槽口41向下游倾斜角度采用27
°
，较好符合上述情况。
28.上游水流首先通过方形凹槽121的斜面，平稳进入圆形凹槽122冲击主动轮2内的上部转叶22，而后沿转叶22转动方向运动，从另一侧的方形凹槽121出口下泄至两侧闸墩3处的溢流槽4内，该过程种水流驱动上游面左侧主动轮2逆时针转动、右侧主动轮2顺时针转动，带动履带26将靠近闸门1中间的漂浮垃圾运送至两侧闸墩3处的溢流槽4内，与船吸效应相配合，提高清理漂浮垃圾的效率。
29.进入溢流槽4的漂浮垃圾被清污网44拦截并收集，上游水流则通过排水口43排放至下游河道。
30.当清污网44内收集的漂浮垃圾数量达到一定程度，液压启闭机33的活塞杆伸长，闸门1绕底轴13向上游逆时针翻板，直到闸门1结束清污过程，进行清污网44更换。
31.回收清污网44的方式为：人工或在机械动力辅助下对牵引绳442施加拉力，带动网环441顺着引导杆443上升，清污网44随之提升直至回收至闸墩上方。
32.放置清污网44的方式为：将网环441套入引导杆443，下放清污网44至清污箱443，网环441顺引导杆443下降，在清污网44的重力与引导杆443的约束下，引导清污网44四个角点的网环441，分别下降至溢流槽4上部的四个角点，将牵引绳442系在闸墩上方的螺栓上，该过程中可完全展开清污网44以便提高清污效率。
33.过程3：闸门低水位清污时，在过程1的基础上，液压启闭机33的活塞杆收缩，闸门1绕底轴13继续向下游顺时针翻板，后续过程同上述过程2。
34.根据上游水位调整闸门1转动角度，控制上游水面高出槽口41的距离，提高清污效率，本设计清污水位范围为蓄水高度的1/6，达到了正常蓄水情况下高水位、低水位情况下的清污要求。
35.过程4：闸门全开平卧时，在过程1的基础上，液压启闭机33的活塞杆收缩，闸门1绕底轴13向下游顺时针翻板，直到闸门1平卧于底板31上方。
36.本发明合理运用闸门挡水、过水的特性实现水位调控与河道漂浮物治理，使上游表层水流从两侧闸墩的溢流槽下泄，下层水流经导流槽冲击主动轮内的转叶，进而驱动履带，在船吸效应和履带运输协助下，闸门上游面的漂浮垃圾运送至两侧闸墩的溢流槽内，并被清污网收集，实现了水力自动清理漂浮垃圾的功能，贴合当今发展趋势，具有广阔前景。
37.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。