专利名称:利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道
专利类型:发明专利
专利申请号:CN202311597791.6
专利申请(专利权)人:甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司
权利人地址:甘肃省兰州市城关区鱼儿沟18号
专利发明(设计)人:冉统军,汪精云,陈建国,张翠玲,李志刚,姚震,邢爱芳,眭红艳,薛星,施润,姚春萍
专利摘要:本发明的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,包括相互交叉的引水渠道和排洪沟,引水渠道通过倒虹吸管道从排洪沟底部过水,倒虹吸管道的上游和下游分别为上引水渠道和下引水渠道,所述倒虹吸管道的入水口设置控水闸,上引水渠道尾端与排洪沟通过退水闸连接;控水闸水平设在上引水渠道底部用于开闭倒虹吸管道的入水口;控水闸上游的上引水渠道底部设置沉沙池。本发明的倒虹吸管道与控水闸配合使用,不仅能够实现过排洪沟灌溉,而且能够在灌溉结束后阻断引水渠道,并通过退水闸将上引水渠道内的残留水引入排洪沟,实现退水。
主权利要求:
1.一种利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,引水渠道与排洪沟相互交叉,引水渠道通过倒虹吸管道从排洪沟底部过水,其特征在于,倒虹吸管道的上游和下游分别为上引水渠道和下引水渠道,所述倒虹吸管道的入水口设置控水闸,上引水渠道尾端与排洪沟通过退水闸连接;倒虹吸管道的下降段为竖井,竖井内壁设置有内螺纹,内螺纹的旋向根据工程的地理位置设置为北半球和南半球分别采用逆时针和顺时针;
控水闸水平设在上引水渠道底部用于开闭倒虹吸管道的入水口;
控水闸由驱动组件控制;
控水闸上游的上引水渠道底部设置沉沙池,沉沙池段的上引水渠道截面形状为矩形。
2.根据权利要求1所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,所述控水闸包括外壳、内环和外环,所述外壳套在外环外部,内环和外环之间设置翻转叶片,外环和外壳之间有翻转组件。
3.根据权利要求2所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,所述翻转叶片有十二个,翻转叶片的内端中间位置设有内固定块,内固定块与内环之间通过销钉转动连接,翻转叶片的外端中间设置外固定块,外固定块与翻转组件连接。
4.根据权利要求3所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,所述翻转组件包括转动杆和连接杆,转动杆的内侧上端固定连接轴,连接轴穿过外环与外固定块连接,转动杆外侧的中间设置有中间球头销,下端设有下端球头销,连接杆的两端均设有球头销套,连接杆两端的球头销套套接在相邻两个转动杆的中间球头销或下端球头销上。
5.根据权利要求4所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,每个所述转动杆的中间球头销和下端球头销上均连接有连接杆,其中一个转动杆的连接轴外端与驱动组件连接。
6.根据权利要求5所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,所述内环的上方固定有支撑柱,支撑柱的顶端固定连接支撑块,支撑块与外环的顶部之间均匀设置多个支撑架。
7.根据权利要求5所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,所述驱动组件包括驱动壳体、控制面板、液压杆、齿条、齿轮以及控制杆,控制杆一端与连接轴外端连接,控制杆的另一端连接齿轮,齿轮与齿条相啮合,齿条与液压杆连接,液压杆与控制面板连接,控制面板设在地面上,控制杆、齿轮、齿条和液压杆均设在驱动壳体内部,驱动壳体设在地下。
8.根据权利要求7所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,所述齿轮为1/4扇形齿轮。
9.根据权利要求8所述的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,其特征在于,所述翻转叶片的旋转角度与齿条移动长度之间的关系为式中,θ‑‑翻转叶片的旋转角度,L‑‑齿条移动长度,z‑‑齿轮齿数,m‑‑模数。 说明书 : 利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道技术领域[0001] 本发明属于水利渠道技术领域,具体涉及一种用于农田灌溉的倒虹吸管道。背景技术[0002] 灌溉引水渠道是将水源地的水引到农田的重要水利工程。如遇到排洪沟则无法直接引水至农田。[0003] 另外,灌溉结束后需要对引水渠道进行退水处理,用于保护引水渠道,否则遇到暴雨天气,引水渠道两侧的挡墙存在水流漫顶的风险,另外在寒冷天气冰冻问题也会对引水渠道产生破坏。发明内容[0004] 为了解决上述问题,本发明的实施例提出一种利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道。[0005] 发明的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,包括相互交叉的引水渠道和排洪沟,引水渠道通过倒虹吸管道从排洪沟底部过水,倒虹吸管道的上游和下游分别为上引水渠道和下引水渠道,所述倒虹吸管道的入水口设置控水闸,上引水渠道尾端与排洪沟通过退水闸连接;倒虹吸管道的下降段为竖井,竖井内壁设置有内螺纹,内螺纹的旋向根据工程的地理位置设置为北半球和南半球分别采用逆时针和顺时针;控水闸水平设在上引水渠道底部用于开闭倒虹吸管道的入水口;控水闸由驱动组件控制;控水闸上游的上引水渠道底部设置沉沙池,沉沙池段的上引水渠道截面形状为矩形。[0006] 可选地,所述控水闸包括外壳、内环和外环,所述外壳套在外环外部,内环和外环之间设置翻转叶片,外环和外壳之间设置翻转组件。[0007] 可选地,所述翻转叶片有十二个,翻转叶片的内端中间设置内固定块,内固定块与内环之间通过销钉转动连接,翻转叶片的外端中间设置外固定块,外固定块与翻转组件连接。[0008] 可选地,所述翻转组件包括转动杆和连接杆,转动杆的上端内侧设置连接轴,连接轴穿过外环与外固定块连接,转动杆外侧的中间设置有中间球头销,下端设有下端球头销,连接杆的两端均设有球头销套,连接杆两端的球头销套套接在相邻两个转动杆的中间球头销或下端球头销上。[0009] 可选地,每个所述转动杆的中间球头销和下端球头销上均连接有连接杆,其中一个转动杆的连接轴外端与驱动组件连接。[0010] 可选地,所述内环的上方固定设置有支撑柱,支撑柱的顶端固定设置支撑块,支撑块与外环的顶部之间均匀设置多个支撑架。[0011] 可选地,所述驱动组件驱动壳体、控制面板、液压杆、齿条、齿轮以及控制杆,控制杆一端与连接轴外端连接,控制杆的另一端连接齿轮,齿轮与齿条相啮合,齿条与液压杆连接,液压杆与控制面板连接,控制面板设在地面上,控制杆、齿轮、齿条和液压杆均设在驱动壳体内部,驱动壳体设在地下。[0012] 可选地,所述齿轮为1/4扇形齿轮。[0013] 可选地,所述翻转叶片的旋转角度与齿条移动长度之间的关系为[0014][0015] 式中,θ‑‑翻转叶片的旋转角度,L‑‑齿条移动长度,z‑‑齿轮齿数,m‑‑模数。[0016] 本发明的有益效果是,本发明能够从排洪沟下方过水,将水流顺利引入农田,灌溉结束后多余的水直接通过排洪沟排掉,实现灌溉后退水,合理利用地势和水源进行灌溉农田;通过在控水闸的上游设置沉砂池,可以拦截大部分的泥沙,从而减少泥沙对倒虹吸管道的影响;控水闸水平安装在上引水渠道底部,保证进水口满足淹没深度以避免水跃及漩涡对管道安全的影响;通过控制液压杆的移动距离来限位齿条的移动距离,进而通过齿轮控制翻转叶片的旋转角度,从而可以调整进入倒虹吸管道中水流的大小,达到控制水速的目的。附图说明[0017] 图1是本发明的用于农田灌溉的倒虹吸管道的结构示意图。[0018] 图2是本发明的沉沙池的结构示意图。[0019] 图3是本发明的驱动组件的结构示意图。[0020] 图4是本发明的齿轮和齿条的连接关系图。[0021] 图5是本发明的控水闸的示意图。[0022] 图6是本发明的控水闸的内部结构示意图一。[0023] 图7是本发明的控水闸的内部结构示意图二。[0024] 图8是本发明的翻转叶片的结构示意图。[0025] 图9是本发明的连接杆的结构示意图。[0026] 图10是本发明的齿轮的齿距、弧长、分度圆半径示意图。[0027] 附图标记:[0028] 控水闸1;外壳11;内环12;外环13;翻转叶片14;外固定块141;密封条142;转动杆15;连接轴151;中间球头销152;下端球头销153;连接杆16;球头销套161;支撑柱17;支撑块18;支撑架19;倒虹吸管道2;沉沙池3;上引水渠道4;驱动组件5;控制杆501;齿轮502;齿条503;液压杆504;控制面板505;下引水渠道6;排洪沟7;退水闸8。具体实施方式[0029] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。[0030] 如图1‑图10所示,本发明的利用排洪沟地形退水的灌溉引水渠道,包括相互交叉的引水渠道和排洪沟7,引水渠道通过倒虹吸管道2从排洪沟7底部过水,倒虹吸管道2的上游和下游分别为上引水渠道4和下引水渠道6,所述倒虹吸管道2的入水口设置控水闸1,上引水渠道4尾端与排洪沟7通过退水闸8连接;控水闸1水平设在上引水渠道4底部用于开闭倒虹吸管道2的入水口;控水闸1由驱动组件控制;控水闸1上游的上引水渠道4底部设置沉沙池3,沉沙池3段的上引水渠道4截面形状为矩形。水坝中的水先进入上引水渠道4然后通过倒虹吸管道2进入下引水渠道6再到农田进行灌溉,农田灌溉结束后,关闭控水闸1,上引水渠道4中剩余的水连通排洪沟7直接排掉。[0031] 控水闸1设在倒虹吸管道2的入口处,且控水闸1设在上引水渠道4底部,控水闸1用于打开或关闭流向倒虹吸管道2的水流,并可以控制水流的速度;倒虹吸管道2设在泄洪道下方;驱动组件5与控水闸1连接,驱动组件5用于控制控水闸1的打开或关闭;沉沙池3设在控水闸1的上游,沉沙池3的截面为矩形,沉沙池3的深度大于上引水渠道4的深度,沉沙池3可以将河水里面的沙子沉积下来,减少沙子对倒虹吸管道2和控水闸1的污染。[0032] 如图5‑图7所示,控水闸1包括外壳11、内环12和外环13,外壳11套在外环13外部,内环12和外环13之间设置翻转叶片14,翻转叶片14可以在内环12和外环13之间转动,外环13和外壳11之间设置翻转组件,翻转组件在外环13和外壳11之间转动,翻转组件用于带动翻转叶片14转动,且翻转组件密封在外环13和外壳11之间。[0033] 内环12的上方固定设置有支撑柱17,支撑柱17的顶端固定设置支撑块18,支撑块18与外环13的顶部之间均匀设置多个支撑架19,支撑架19可以是钢筋。支撑架19起到支撑整个控水闸1的作用,可以减缓水流对翻转叶片14的冲击,还可以拦截水流中的垃圾,减少垃圾对翻转叶片14的损坏。[0034] 翻转叶片14有十二个,翻转叶片14沿周向排布在内环12和外环13之间,翻转叶片14的内端中间固定设置内固定块,内固定块与内环12之间通过销钉转动连接,翻转叶片14的外端中间固定设置外固定块141,外固定块141与翻转组件连接,翻转组件的转动可以通过外固定块141带动翻转叶片14转动,翻转叶片14的转动可以打开或关闭控水闸1。[0035] 如图8所示,在翻转叶片14正反面均设置有密封条142,每个翻转叶片14上的两个密封条142分别设在翻转叶片14的两边,且两个密封条14不在同一面,在控水闸1闭合时,密封条142覆盖两个翻转叶片14的交接处,起到防止水从交接处流出的作用。[0036] 如图6、图7、图9所示,翻转组件包括转动杆15和连接杆16,转动杆15的上端内侧设置连接轴151,连接轴151穿过外环13与外固定块141固定连接。具体地,外环13的上部圆周与翻转叶片14的外固定块141对应的外置设置多个通孔,连接轴151穿过通孔与外固定块141固定连接,连接轴151与外环13的通孔之间设有密封圈。转动杆15外侧的中间设置有中间球头销152,转动杆15外侧的下端设有下端球头销153,连接杆16的两端均设有球头销套161,连接杆16两端的球头销套161套接在相邻两个转动杆15的中间球头销152或下端球头销153上,也就是说连接杆16两端的球头销套161同时设置在两个相邻的中间球头销152上或同时设置在两个相邻的下端球头销153上,从而在转动杆15转动时,能够带动连接杆16转动,并且只需要一个转动杆15的转动就可以通过连接杆16带动所有的转动杆15都转动,所有转动杆15的转动就可以带动所有的翻转叶片14进行翻转。[0037] 每个转动杆15的中间球头销152和下端球头销153上均连接有连接杆16,其中一个转动杆15的连接轴151外端与驱动组件5连接,通过驱动组件5带动转动杆15转动。[0038] 驱动组件5包括驱动壳体、控制面板505、液压杆504、齿条503、齿轮502以及控制杆501,控制杆501一端与连接轴151外端连接,具体地,控制杆501固定连接在转动杆15外侧与连接轴151对应的位置,控制杆501的另一端连接齿轮502,齿轮502与齿条503相啮合,齿条503与液压杆504连接,液压杆504通过电缆与控制面板505连接,控制面板505设在地面上,控制杆501、齿轮502、齿条503和液压杆504均设在驱动壳体内部,驱动壳体设在地下。[0039] 液压杆504的伸缩带动齿条503往复移动,齿条503的往复运动带动齿轮502正向或反向转动,齿轮502的旋转通过控制杆501带动翻转叶片14闭合或打开。[0040] 驱动组件5工作时,通过控制面板505启动液压杆504,液压杆504伸出,齿条503带动齿轮502逆时针旋转,从而带动转动杆15逆时针旋转,转动杆15带动翻转叶片14打开,液压杆504伸出后齿条503为固定状态,此时齿轮502与齿条503啮合为卡止状态,翻转叶片14保持一直打开的状态,使用完毕后,关闭开关,液压杆504收缩,带动齿轮502顺时针旋转,从而通过转动杆15带动翻转叶片14闭合。[0041] 如图4所示,齿轮为1/4扇形齿轮。[0042] 如图10所示,设定一个完整齿轮的轮齿总数为z,齿轮模数为m。[0043] 设齿距为p,齿距是一段圆弧,即齿轮任意圆周上相邻两齿同侧齿阔之间的弧线长度,且[0044] p=πm(1)[0045] 设该齿轮的分度圆半径为r,[0046][0047] 根据弧长公式,则[0048] p=β×r(3)[0049] 式中,β为一个齿距对应的弧度。[0050] 由(1)、(2)、(3),可得[0051][0052] 式中,β为一个齿距对应的弧度,将弧度制转化为角度制,则一个齿距对应的角度为[0053][0054] 设齿条的移动长度为L,则[0055][0056] 式中,θ为翻转叶片的旋转角度,等于齿轮转动的角度;α为一个齿距对应的角度,p为齿距。[0057] 由(5)和(6)可得[0058][0059] 式中,θ为翻转叶片的旋转角度。[0060] 由(1)和(7)可得,翻转叶片的旋转角度为[0061][0062] 式中,θ为翻转叶片的旋转角度,范围为0°‑90°,L为齿条移动长度,z为齿轮齿数,m为齿轮模数。[0063] 由公式(8)可知,齿条503移动的长度决定翻转叶片14的旋转角度,齿条503移动的长度越长,翻转叶片14的打开角度越大,而翻转叶片14的最大翻转角度为90°,当翻转叶片翻转90°时,通过的水流速度最大,可以通过改变翻转叶片14的翻转角度来改变水流速度;翻转叶片14的翻转角度与齿轮502的转动角度相同,所以齿轮502的最大转动角度也是90°,因此齿轮502用1/4扇形齿轮即可满足要求。[0064] 本发明利用灌溉引水渠道与排洪沟7交叉时,引水渠道需穿越高程相同的排洪沟7,并在引水渠道下游不需水时将渠水退入排洪沟7。在地形受限的情况下,采用倒虹吸方式穿越排洪沟7,在下游不需水的情况下利用控水闸1和退水闸8联动将引水渠道水退至排洪沟7。[0065] 所述倒虹吸管道2进口为竖井式圆管,管口下游的渠道与排洪沟7连通。在竖井式圆管入口设置控水闸1,在竖井式圆管管口下游渠道与排洪沟7连通段设置退水闸8。本发明的控水闸1与退水闸8配合使用,当引水渠道下游需水时,开启控水闸1,同时关闭退水闸8,使渠水通过倒虹吸管道2流向下游;当下游不需用水时,关闭控水闸1,同时开启退水闸8,使渠水退入排洪沟7。[0066] 本发明的控水闸1和退水闸8联动使用,不仅能够实现在受地形限制的情况下,引水渠道穿越排洪沟,而且能够在下游不需水时,通过控水闸1和退水闸8联动实现退水。[0067] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。[0068] 在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。[0069] 尽管已经示出和描述了上述实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
专利地区:甘肃
专利申请日期:2023-11-28
专利公开日期:2024-09-03
专利公告号:CN117802950B