带多级储气罐的中低水头零耗水船闸及操作方法与流程

本发明涉及水运工程中船闸结构，具体地指一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸及操作方法。

背景技术：

1、内河航运与其它运输方式相比，具有运量大、占地少、成本低、能耗小、污染少等优势。船闸作为航道工程中最为重要的通航建筑物，对航道工程建设、构建高等级航道网至关重要。

2、由于我国水资源分布不均衡，一些地区水源匮乏，尤其在枯水季节通航困难，船闸耗水量引起广泛重视。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。

3、为了解决这一问题，有专利号为“cn110172958a”的名为“一种自动化充气式节水船闸及操作方法”的中国发明专利提出了一种节水船闸结构，该船闸包括闸室、挡墙和底板，挡墙上设置有上一级闸门和下一级闸门，船闸挡墙底部设置通水管道，与通水管道连接设置有储水罐，储水罐顶部设置有充气管道，与充气管道连接设置有压力储气罐，与压力储气罐相连设置有空压机。实际操作时，上一级闸门处于关闭状态，开启船闸下一级闸门，位于下一级较低水位航道的船舶进入闸室内；关闭下一级闸门，开启空压机，同时开启压力储气罐，控制阀门向储水罐内均匀充气，通过气压压迫储水罐内的水向闸室内充水直至闸内水面升高至与上一级较高水位航道的水位持平；关闭储水罐阀门，同时关闭空压机和压力储气罐，开启上一级闸门，船舶驶入上一级较高水位航道；此时准备驶入下游的船舶，进入闸室内，关闭上一级闸门，开启充气管道阀门，缓慢释放储水罐内的气，闸室内的水又重新进入储水罐，使得闸室内的水位缓慢下降至下一级较低水位航道的水位，打开下一级闸门，实现船舶从上一级较高水位航道向下一级较低水位航道通过。上述船闸利用空压机向储水罐内注入高压空气迫使储水罐内的水流向船闸使船闸内的水位提升，通过释放储水罐内的高压空气，使船闸内的水回流到储水罐内，船闸的水位下降。这种方式确实能够一定程度上达到节水的效果，但是该方案提出的是一个比较理想的情况，实际运行时单靠一组空压机和一组储气罐很难达到水位改变的效果，需要空压机具有足够大的功率，对设备的要求非常高，因为涉及到的水位变化和水压是非常大的，上述的方案使用范围较小，造价成本极为高昂，不利于进行推广使用。

技术实现思路

1、本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸及操作方法。

2、本发明的技术方案为：一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸，包括闸室，其特征在于：还包括，

3、仓室，所述仓室是与闸室并排的中空腔室，仓室包括储气仓和水气交换仓；所述储气仓通过可控制通断的连通管路与水气交换仓连通；所述水气交换仓与闸室等高，并通过管道与闸室连通；所述管道上安装有控制阀门；

4、多组储气结构，所述多组储气结构并列排布，每组储气结构包括第一支管、储气罐和第二支管；所述储气罐的进口和出口分别与第一支管和第二支管连通；所述第二支管上设置有支路阀门；

5、高压气泵，所述高压气泵与所有第一支管连通，高压气泵上还连接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；

6、第三管路，所述第三管路与所有第二支管以及水气交换仓连通。

7、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸，所述连通管路包括设置于第一管路和第二管路之间的连通管；所述连通管上设置有连通阀门。

8、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸，所述第三管路与第二管路连通。

9、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸，所述仓室内设置有水平隔墙；所述隔墙将仓室分割为处于上方的储气仓和处于下方的水气交换仓。

10、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸，所述管道处于水气交换仓和闸室的底部。

11、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸，所述储气罐内充填惰性气体。

12、本技术还提供一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸的操作方法，所述操作方法对上述的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸进行操作，包括以下方式操作步骤：

13、闸室充水时，高压气泵逐级对储气罐进行加压，直至最后一个储气罐的压强达到设计要求，高压气泵将最后一个储气罐内的气体抽入储气仓直至储气仓内压强达到设计充水水压，连通水气交换仓与闸室，连通储气仓和水气交换仓，在储气仓的高压气体作用下，水气交换仓内的水流向闸室，直至闸室水位达到设定充水要求，关闭储气仓和水气交换仓的连通，关闭水气交换仓与闸室的连通，完成闸室充水操作；

14、闸室泄水时，将水气交换仓内的气体逐级引入储气罐内，连通水气交换仓与闸室，使闸室内的水进入到水气交换仓内，直至闸室水位达到设定泄水要求。

15、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸的操作方法，所述闸室充水时，高压气泵逐级对储气罐进行加压的方法包括：高压气泵向第一个储气罐冲入惰性气体，直至第一个储气罐的压强达到设计压强p1，高压气泵停止向第一个储气罐充气，转而将第一个储气罐内的高压气体抽出并向第二个储气罐充入高压气体，待第一个储气罐内的压强达到设定压强时，高压气泵继续向第二个储气罐充气，直至第二个储气罐的压强达到设计压强p2，依次进行，直至最后一个即第n个储气罐的压强达到设计压强pn，完成对储气罐的逐级加压操作。

16、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸的操作方法，所述闸室泄水时，将水气交换仓内的气体逐级引入储气罐内的方法包括：将水气交换仓与第一个储气罐进行连通，使水气交换仓内的高压气体进入到最后一个即第n个储气罐，直至第n个储气罐内的压力与水气交换仓内压力平衡，切断水气交换仓与第n个储气罐之间的连通，转而连通倒数第二个即第n-1个储气罐，待第n-1个储气罐内压力与水气交换仓内压力平衡后，切断水气交换仓与第n-1个储气罐之间的连通，依次进行，直至第一个储气罐内压力与水气交换仓内压力平衡。

17、根据本技术提供的一种带多级储气罐的中低水头零耗水船闸的操作方法，所述闸室泄水时，待水气交换仓内的气体逐级引入储气罐内后，开启高压气泵将水气交换仓内气体全部抽出，使水气交换仓内为真空状态，连通水气交换仓与闸室，使闸室内的水进入到水气交换仓内，直至闸室水位达到设定泄水要求。

18、本技术的优点有：1、本技术通过设计多级储气结构，利用高压气泵对多级储气结构进行逐级加压，使最后储气仓能够达到足够大的压强，可以很方便的将水气交换仓的水排入到闸室内，进行水位的提升，而在闸室需要进行降低水位时，也可以通过多级储气结构进行逐级降压，整个压力调节的模式设计科学，对高压气泵的要求较低，无需投入大型的压力设备即可达到水位调节的要求，分级做功的方式对设备的要求低，整个船闸的建造成本极为低廉，同时，本技术的船闸过闸零耗水，省水率能够达到100％，具有极大的推广价值；

19、2、本技术的连通管设计在第一管路和第二管路之间，极大程度方便了储气仓和水气交换仓之间的连通，使储气仓和水气交换仓需要进行压力连通时操作极为方便，整个操作控制极为简单；

20、3、本技术的第三管路与第二管路连通，在储气仓进行泄压时，可以直接将内部的高压气体逐级排入到储气罐内，无需经过高压气泵，整体泄压的方式非常的简单，安全性和可靠性得到了极大的提升，同时不会对高压气泵和储气结构造成损伤；

21、4、本技术将储气仓和水气交换仓集成在一起，通过隔墙进行分隔，整体布置设计精巧，结构布置紧凑，船闸整体占用空间小，方便布置施工；

22、5、本技术的管道处于水气交换仓和闸室的底部，方便水流的流动，水气交换仓内的水可以完全进入到闸室，水气交换仓的设计空间更小，方便布置，降低了造价成本；

23、6、本技术储气罐内充填的是惰性气体，实际上本技术的所有管路结构内充填的都是惰性气体，这样能够提高整个船闸运行的安全性，即便是达到较高的压强，安全风险也极低；

24、7、本技术的船闸运行时，充水时和泄水时都是逐级加压或是减压，整体操作的安全性得到了极大的提升，同时避免需要使用大型的设备结构，船闸整体运行的成本得到了极大的降低，整体操作不会造成水的损失，节省了水资源；

25、8、本技术的闸室充水时，是逐级加压，通过高压气泵对储气罐进行逐级加压，加压的方式是叠加上一储气罐的压强，这样的操作方式简单，同时逐级加压避免了需要投入大型的压力设备结构，逐级加压的方式简单、安全性更高；

26、9、本技术的闸室泄水时，是逐级减压的，储气仓内的高压气体是逐级排入到储气罐内，储气仓直接向储气罐排气，无需经过高压气泵，整体操作非常的简单，泄压的安全性极高；

27、10、本技术的闸室泄水时，通过高压气泵将水气交换仓内抽为真空，闸室内的水自动被吸入到水气交换仓内，闸室的排水非常的迅速，闸室水位下降快速，船闸水位调节迅速，方便通行。

28、本技术的船闸结构简单，通过逐级加压和逐级减压的方式对船闸闸室水位进行调节，对设备的要求极低，船闸运行的安全性和稳定性都大幅度提升，能够实现零耗水，节省水资源，具有极大的推广价值。