浮力式瞬时开闭闸门及反冲洗泥沙滤池的制作方法

本发明属于市政排水技术领域，具体涉及一种浮力式瞬时开闭闸门及反冲洗泥沙滤池。

背景技术：

初期雨水会吸附大量空气尘埃，同时初期雨水冲刷地面会携带大量泥沙等固体颗粒，这些雨水直接排放至江河湖泊会对环境造成严重污染，因此需要对这部分雨水进行无害化处理；而随着降雨的进行，地面、管网中存留的污染物逐渐减少，雨水变得相对清洁，这部分雨水可以直接排放到江河湖泊中。因此，初期雨水的分流和收集是现阶段市政排水系统需要重点解决的问题。专利号为201710588988.2的发明专利公开了一种基于光感技术的径流雨水分质截留装置和方法，其主要是利用光在水中的透射率差异来判断水流是污水还是清水，并依此来控制闸门的开闭，实现初期与水的分流。然而，该技术方案在实际操作过程中存在一个重大缺陷，即初期与水中不仅含有可溶性有害物及悬浊物，还携带有大量泥沙等大颗粒固体污染物，这些污染物一部分会附着在检测池内壁上，同时高速流动的固体颗粒会对检测池内壁造成磨损，这都会对检测池本身的透光率造成不良影响，严重干扰检测精度，从而导致整个截留装置出现误判，将大量清洁雨水当成污水截留下来，加大了污水处理系统的工作负担，降低了污水处理效率。为此，本发明的发明人设计了一种能够对初期雨水中的泥沙进行过滤的初期雨水弃流系统，该系统中为了解决泥沙堆积、堵塞的现象，还需要一套简单有效的反冲洗装置，以及能够自动控制各水路通断的闸门系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够根据积水深度自动控制闸门开闭的浮力式瞬时开闭闸门，以及基于该闸门实现沉积泥沙反冲洗功能的反冲洗泥沙滤池。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种浮力式瞬时开闭闸门，包括闸门、浮箱、蓄能装置、第一锁止机构以及第二锁止机构，所述闸门活动设置在水流通道上用于开启和关闭水流通道，所述浮箱设置在闸门上游或下游，浮箱沿竖直方向活动设置并能够随着闸门上游或下游液位的涨落上下起伏，所述蓄能装置的动能输入端与浮箱相连，蓄能装置的动能输出端与闸门相连；所述第一锁止机构被装配为当闸门处于低位且闸门上游或下游水位未到达预设第一触发水位时，第一锁止机构能够将闸门限制在所述低位，而当闸门上游或下游水位到达预设第一触发水位时第一锁止机构能够将闸门释放使其能够沿竖直方向上行；所述第二锁止机构被装配为当闸门处于高位且闸门上游或下游水位未降至预设第二触发水位时，第二锁止机构能够将闸门限制在所述高位，而当闸门上游或下游水位降至预设第二触发水位时第二锁止机构能够将闸门释放使其能够沿竖直方向下行；闸门上游或下游水位上升过程中，所述浮箱上行时的动能转化为蓄能装置的势能，当闸门上游或下游水位上升至预设第一触发水位时，第一锁止机构将闸门释放，蓄能装置的势能转化为驱动闸门上行的动能，闸门上行至所述高位后被第二锁止机构锁止；闸门上游或下游水位下降过程中，闸门在第二锁止机构的作用下保持在所述高位，直至闸门上游或下游水位下降至预设第二触发水位，此时第二锁止机构解锁，闸门在自身重力作用下下行至所述低位。

所述闸门包括一竖直设置的闸板，所述闸板两侧设有滚轮，所述滚轮与水流通道两侧设置的轨道构成滚动配合，所述闸板上设有与闸板相对固接的第一支架；所述浮箱包括箱体以及与箱体固接的第二支架，所述蓄能装置为设置在第一支架和第二支架之间的弹性元件。

所述第一支架上设有沿竖直方向向上凸申设置的导柱，所述第二支架上设有导向孔，所述导柱穿过导向孔并与之构成滑动配合，所述导柱端部设有径向凸缘，所述蓄能装置为套设在导柱上的压簧，所述压簧的一端与导柱的径向凸缘抵接，另一端与第二支架抵接。

所述第一锁止机构包括与闸门固接的限位槽，以及与一固定机架转动连接的摆块，所述限位槽包括沿竖直方向设置的条槽，以及设置在条槽上端并与条槽连通的弧形槽，所述弧形槽的弧心位于条槽的中心线上，且弧形槽的直径大于条槽的宽度，所述摆块的回转中心位于条槽的中心线上，摆块的回转半径与所述弧形槽的半径一致，且摆块的宽度小与条槽的宽度，当摆块的长度方向与条槽长度方向平行时，摆块能够在条槽内自由滑动，当摆块的长度方向与条槽长度方向非平行时，摆块的端部与弧形槽的槽壁抵接，所述摆块的转轴上设有一拨杆，所述拨杆的端部与闸门上游或下游设置的一浮力单元挡接，当闸门上游或下游水位上升时浮力单元能够向上推动所述拨杆进而带动摆块摆动，且当闸门上游或下游水位到达预设第一触发水位时，摆块刚好能够摆动至与条槽平行的状态。

所述浮力单元是与浮箱相对固接的推杆，所述推杆上端与拨杆端部凸申设置的一挡销挡接。

所述第二锁止机构包括卡爪，所述卡爪与一固定机架铰接，所述闸门上游或下游水体内设有一浮子，所述浮子上固接有一竖直限位杆，所述限位杆沿竖直方向与固定机架滑动连接，所述限位杆上端设有斜面，所述卡爪上设有一导轮，所述导轮位于限位杆的运动路径上，当闸门上游或下游水位低于预设第二触发水位时，限位杆处于导轮下方，此时卡爪处于自然下垂状态并与闸门上水平凸申设置的凸肩相互避让，当闸门上游或下游水位高于预设第二触发水位时，限位杆在浮子带动下上行，限位杆上端斜面推动导轮向限位杆一侧偏移，直至导轮与限位杆侧壁挡接，此时卡爪摆动至所述凸肩的运动路径上，并且当凸肩自下而上运动时能够推动卡爪向上摆动从而避开所述卡爪，而当凸肩自上而下运动时卡爪受到限位杆阻挡无法向下摆动从而使卡爪与所述凸肩挡接。

一种反冲洗泥沙滤池，包括过滤池以及所述的浮力式瞬时开闭闸门，所述过滤池设有第一进水口、第二进水口、第一出水口、第二出水口，所述过滤池内水平设置有过滤网板，所述第一进水口和第二出水口与过滤网板的上侧空间连通，第二进水口和第一出水口与过滤网板的下侧空间连通，所述浮力式瞬时开闭闸门设有两个，即第一闸门和第二闸门，所述第一闸门和第二闸门的浮箱均位于池体内，所述第一闸门设置在第一进水口和第二进水口上用于交替控制第一进水口和第二进水口的开闭，第二闸门设置在第二出水口上，用于控制第二出水口的开闭；常态下，第一进水口和第一出水口处于开启状态，第二进水口和第二出水口处于关闭状态，而当过滤池内的水位上升至预设第一触发水位时，第一闸门和第二闸门自动切换使第一进水口关闭，第二进水口和第二出水口开启。

所述第一出水口和第二出水口均与弃流池连通，所述弃流池设有排污口和排水口以及用于控制两者交替通断的第三闸门，所述第三闸门为电控闸门，所述第三闸门的驱动端与控制模块相连，所述过滤池内设有液位计，所述液位计与控制模块相连，当过滤池内的水位到达预设第一触发水位时，控制模块控制第三闸门动作使排污口开启，排水口关闭。

所述过滤网板包括至少两层网面，各层网面的网孔相互交错设置，且各层网面之间沿竖直方向相对活动设置，所述各层网面之间设有分离机构，所述分离机构被装配为当第二进水口开启、第一进水口闭合时，分离机构能够使各层网面相互分离，而当第一进水口开启、第二进水口闭合时，分离机构能够使各层网面相互贴合。

所述各层网面中的最下层网面与过滤池池壁固接；最下层网面上设有向上凸申设置的第一限位销，最上层网面上设有向下凸申设置的第二限位销，所述第一限位销和第二下限位销均为阶梯轴状，且第一限位销自下而上轴径逐渐增大，第二限位销自上而下轴径逐渐增大；最下层网面上方的各层网面上分别设有供第一限位销穿过的第一通孔且各第一通孔的孔径依次增大，并且各第一通孔分别与第一限位销的各级台阶挡接；最上层网面下方的各层网面上分别设有供第二限位销穿过的第二通孔且各第二通孔的孔径依次增大，并且各第二通孔分别与第二限位销的各级台阶挡接；所述第一闸门和/或第二闸门底部设有向过滤网板下方凸伸设置的驱动块，所述驱动块与第二限位销的下端挡接。

本发明取得的技术效果为：本发明的浮力式瞬时开闭闸门能够在闸门上游或下游水位到达预设最高或最低临界水位时被瞬间触发从而切换开闭状态，且闸门状态切换后，能够保持在切换后的状态，直至水位到达另一临界水位并再次触发闸门，本发明中的闸门状态切换时所使用的动力完全由浮力转化而来，无需外接任何驱动元件，节能环保，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的实施例所提供的反冲洗泥沙滤池的立体图；

图2是本发明的实施例所提供的反冲洗泥沙滤池的俯视图；

图3是图2的b-b剖视图，即本发明的实施例所提供的浮力式瞬时开闭闸门其中一个状态的主视图；

图4是本发明的实施例所提供的浮力式瞬时开闭闸门另一状态的主视图；

图5是本发明的实施例所提供的浮力式瞬时开闭闸门又一状态的主视图；

图6是图2的a-a剖视图；

图7是图6的i局部放大视图；

图8是图6所示反冲洗泥沙滤池另一状态的剖视图；

图9是图8的ii局部放大视图；

图10是本发明的实施例所提供的反冲洗泥沙滤池内部闸门系统立体结构图；

图11是本发明的实施例所提供的第二锁止结构的状态切换原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

实施例1

如图3、4、5、11所示，一种浮力式瞬时开闭闸门，包括闸门10、浮箱20、蓄能装置30、第一锁止机构40以及第二锁止机构50，所述闸门10活动设置在水流通道上用于开启和关闭水流通道，所述浮箱20设置在闸门10上游或下游，浮箱20沿竖直方向活动设置并能够随着闸门10上游或下游液位的涨落上下起伏，所述蓄能装置30的动能输入端与浮箱20相连，蓄能装置30的动能输出端与闸门10相连；所述第一锁止机构40被装配为当闸门10处于低位且闸门10上游或下游水位未到达预设第一触发水位时，第一锁止机构40能够将闸门10限制在所述低位，而当闸门10上游或下游水位到达预设第一触发水位时第一锁止机构40能够将闸门10释放使其能够沿竖直方向上行；所述第二锁止机构50被装配为当闸门10处于高位且闸门10上游或下游水位未降至预设第二触发水位时，第二锁止机构50能够将闸门10限制在所述高位，而当闸门10上游或下游水位降至预设第二触发水位时第二锁止机构50能够将闸门10释放使其能够沿竖直方向下行，所述预设第一触发水位的水位高度高于预设第二触发水位的水位高度；闸门10上游或下游水位上升过程中，所述浮箱20上行时的动能转化为蓄能装置30的势能，当闸门10上游或下游水位上升至预设第一触发水位时，第一锁止机构40将闸门10释放，蓄能装置30的势能转化为驱动闸门10上行的动能，闸门10上行至所述高位后被第二锁止机构50锁止；闸门10上游或下游水位下降过程中，闸门10在第二锁止机构50的作用下保持在所述高位，直至闸门10上游或下游水位下降至预设第二触发水位，此时第二锁止机构50解锁，闸门10在自身重力作用下下行至所述低位。本发明的浮力式瞬时开闭闸门10能够在闸门10上游或下游水位到达预设最高或最低临界水位时被瞬间触发从而切换开闭状态，且闸门10状态切换后，能够保持在切换后的状态，直至水位到达另一临界水位并再次触发闸门10，本发明中的闸门10状态切换时所使用的动力完全由浮力转化而来，无需外接任何驱动元件，节能环保，使用寿命长。本发明适用于市政排水、江河湖泊泄洪以及工业供水系统的定量给排水等多个技术领域，具有广泛的应用前景。

具体的，如图3所示，所述闸门10包括一竖直设置的闸板，所述闸板两侧设有滚轮，所述滚轮与水流通道两侧设置的轨道11构成滚动配合，所述闸板上设有与闸板相对固接的第一支架12；所述浮箱20包括箱体以及与箱体固接的第二支架21，所述蓄能装置30为设置在第一支架12和第二支架21之间的弹性元件。本发明与现有技术中的浮力式闸门相比主要区别在于：现有技术中的浮力式闸门大都为枢接式结构，闸门开闭过程中受到的水的阻力较大，且相应速度缓慢，而本发明中的闸门10的运动方向与水流方向垂直，最大限度降低了闸门10的运动阻力，进而使闸门10能够以较快的响应速度进行状态切换，这在一些特殊场合是十分必要的，例如本发明另一实施例所提供的泥沙过滤池，该实施例中闸门10的快速切换能够有效避免泥沙进入清水管道当中。另外，本发明采用弹性元件进行储能，能够将浮箱20的长时间低速运动转换成闸门10的瞬时高速运动，从而在不借助外部驱动的情况下实现了闸门10的快速开闭，巧妙的利用了水位涨落过程中所产生的潮汐能，降低了设备能耗和成本。

优选的，所述第一支架12上设有沿竖直方向向上凸申设置的导柱13，所述第二支架21上设有导向孔，所述导柱13穿过导向孔并与之构成滑动配合，所述导柱13端部设有径向凸缘，所述蓄能装置30为套设在导柱13上的压簧，所述压簧的一端与导柱13的径向凸缘抵接，另一端与第二支架21抵接。

优选的，所述第一锁止机构40包括与闸门10固接的限位槽41，以及与一固定机架转动连接的摆块42，所述限位槽41包括沿竖直方向设置的条槽，以及设置在条槽上端并与条槽连通的弧形槽，所述弧形槽的弧心位于条槽的中心线上，且弧形槽的直径大于条槽的宽度，所述摆块42的回转中心位于条槽的中心线上，摆块42的回转半径与所述弧形槽的半径一致，且摆块42的宽度小与条槽的宽度，当摆块42的长度方向与条槽长度方向平行时，摆块42能够在条槽内自由滑动，当摆块42的长度方向与条槽长度方向非平行时，摆块42的端部与弧形槽的槽壁抵接，所述摆块42的转轴上设有一拨杆43，所述拨杆43的端部与闸门10上游或下游设置的一浮力单元挡接，当闸门10上游或下游水位上升时浮力单元能够向上推动所述拨杆43进而带动摆块42摆动，且当闸门10上游或下游水位到达预设第一触发水位时，摆块42刚好能够摆动至与条槽平行的状态，所述固定机架上还设有用于限制拨杆43摆动范围的销柱45。第一锁止机构40的作用是在水位上升过程中且水位未达到预设第一触发水位时，将闸门10限制在低位，避免闸门10随浮箱20缓慢上行，也为蓄能装置30的储能提供着力点。本实施例中第一锁止机构40的具体工作原理为：如图3所示，当水位上升时，浮箱20缓慢上行，此时摆块42的长度方向尚未与条槽平齐，摆块42被限制在条槽顶部的弧形槽内，且摆块42能够沿弧形槽进行摆动，而随着水位的不断上升，浮力单元带动拨杆43摆动，拨杆43带动摆块42摆动，如图4所示，当摆块42摆动至与条槽平齐时，摆块42与弧形槽分离，此时摆块42失去对闸门10竖直方向的限位，闸门10在蓄能装置30的作用下瞬间抬起，然后到达图5所示工位。

优选的，所述浮力单元是与浮箱20相对固接的推杆46，所述推杆46上端与拨杆43端部凸申设置的一挡销44挡接。除本实施例外，本发明也可以设置单独的浮力单元来驱动拨杆43运动。本实施例采用浮箱20作为浮力单元，简化了设备结构。

优选的，如图3、4、5、11所示，所述第二锁止机构50包括卡爪51，所述卡爪51与一固定机架铰接，所述闸门10上游或下游水体内设有一浮子52，所述浮子52上固接有一竖直限位杆53，所述限位杆53沿竖直方向与固定机架滑动连接，所述限位杆53上端设有斜面，所述卡爪51上设有一导轮54，所述导轮54位于限位杆53的运动路径上，当闸门10上游或下游水位低于预设第二触发水位时，限位杆53处于导轮54下方，此时卡爪51处于自然下垂状态并与闸门10上水平凸申设置的凸肩121相互避让，当闸门10上游或下游水位高于预设第二触发水位时，限位杆53在浮子52带动下上行，限位杆53上端斜面推动导轮54向限位杆53一侧偏移，直至导轮54与限位杆53侧壁挡接，此时卡爪51摆动至所述凸肩121的运动路径上，并且当凸肩121自下而上运动时能够推动卡爪51向上摆动从而避开所述卡爪51，而当凸肩121自上而下运动时卡爪51受到限位杆53阻挡无法向下摆动从而使卡爪51与所述凸肩121挡接。第二锁止机构50的作用是在闸门10切换至高位后使闸门10保持在该高位，直至水位回落至预设第二触发水位时，第二锁止机构50才将闸门10释放，使闸门10在重力作用下回落至低位。本实施例提供的第二锁止机构50的具体工作原理为：当水位到达预设第二触发水位时，浮子52带动限位杆53上行，如图11b所示，限位杆53将卡爪51推至与所述凸肩121干涉的位置，此时卡爪51在限位杆53的限制下只能向上摆动不能向下摆动，随着水位的继续上涨，第一锁止机构40被触发，闸门10上行，该过程中，所述凸肩121推动卡爪51向上摆动从而越过卡爪51到达高位，随后，随着水位的回落，闸门10产生下行趋势，而此时凸肩121受到卡爪51的阻挡而无法下行，从而使闸门10保持在高位，当水位回落至预设第二触发水位以下时，限位杆53与卡爪51分离，卡爪51向下摆动从而避开所述凸肩121，闸门10得以自由回落至低位。

实施例2

如图1、2、6、7-10所示，一种反冲洗泥沙滤池，包括过滤池60以及所述的浮力式瞬时开闭闸门，所述过滤池60设有第一进水口601、第二进水口602、第一出水口603、第二出水口604，所述过滤池60内水平设置有过滤网板61，所述第一进水口601和第二出水口604与过滤网板61的上侧空间连通，第二进水口602和第一出水口603与过滤网板61的下侧空间连通，所述浮力式瞬时开闭闸门设有两个，即第一闸门101和第二闸门102，所述第一闸门101和第二闸门102的浮箱20均位于池体内，所述第一闸门101设置在第一进水口601和第二进水口602上用于交替控制第一进水口601和第二进水口602的开闭，第二闸门102设置在第二出水口604上，用于控制第二出水口604的开闭；常态下，第一进水口601和第一出水口603处于开启状态，第二进水口602和第二出水口604处于关闭状态，而当过滤池60内的水位上升至预设第一触发水位时，第一闸门101和第二闸门102自动切换使第一进水口601关闭，第二进水口602和第二出水口604开启。如图6所示，本实施例的反冲洗泥沙滤池常态下能够对雨水中的泥沙进行过滤，而当过滤网板61上的泥沙阻塞网孔并导致过滤池60水位上涨到一定高度时，能够自动触发浮力式瞬时开闭闸门动作，从而改变过滤池60流道的水流方向，如图8所示，使水流反向冲洗过滤网板61，而当过滤池60水位回落至正常水位时，浮力式瞬时开闭闸门又能够自动切换回原来的状态，恢复正常流道，继续对水流中的泥沙进行过滤，整个过滤和反冲洗状态之间的切换完全依靠过滤池60液位涨落所产生的潮汐能进行驱动，无需外接任何驱动元件，节能环保，结构简单、可靠。

进一步的，所述第一出水口603和第二出水口604均与弃流池70连通，所述弃流池70设有排污口702和排水口701以及用于控制两者交替通断的第三闸门71，所述第三闸门71为电控闸门10，所述第三闸门71的驱动端与控制模块90相连，所述过滤池60内设有液位计，所述液位计与控制模块90相连，当过滤池60内的水位到达预设第一触发水位时，控制模块90控制第三闸门71动作使排污口702开启，排水口701关闭。过滤池60处于反冲洗状态时，排污口702开启，排水口701关闭，能够确保带有泥沙的污水全部流入污水管道，所述过滤池60的第一进水口601和第二进水口602外侧还设有截流井80。

优选的，所述过滤网板61包括至少两层网面611，各层网面611的网孔相互交错设置，且各层网面611之间沿竖直方向相对活动设置，所述各层网面611之间设有分离机构，所述分离机构被装配为当第二进水口602开启、第一进水口601闭合时，分离机构能够使各层网面611相互分离，而当第一进水口601开启、第二进水口602闭合时，分离机构能够使各层网面611相互贴合。如图7所示，各层网面611贴合时能够形成细密的过滤网孔，提高过滤效果，而在反冲洗状态下，如图9所示，各层网面611彼此分离，网孔较大，便于泥沙从网孔上脱离，提高冲洗效果。

具体的，所述各层网面611中的最下层网面611与过滤池60池壁固接；最下层网面611上设有向上凸申设置的第一限位销612，最上层网面611上设有向下凸申设置的第二限位销613，所述第一限位销612和第二下限位销均为阶梯轴状，且第一限位销612自下而上轴径逐渐增大，第二限位销613自上而下轴径逐渐增大；最下层网面611上方的各层网面611上分别设有供第一限位销612穿过的第一通孔且各第一通孔的孔径依次增大，并且各第一通孔分别与第一限位销612的各级台阶挡接；最上层网面611下方的各层网面611上分别设有供第二限位销613穿过的第二通孔且各第二通孔的孔径依次增大，并且各第二通孔分别与第二限位销613的各级台阶挡接；所述第一闸门101和/或第二闸门102底部设有向过滤网板61下方凸伸设置的驱动块14，所述驱动块14与第二限位销613的下端挡接。当闸门10状态切换时能够同时触发各层网面611分离或贴合，实现了过滤网板61与闸门10的联动设计，简化了设备结构，避免使用额外驱动元件，降低设备故障率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。