[发明专利]船闸等惯性气囊及其灌泄水与充泄气联动控制系统和方法

说明书

本发明公开了一种船闸等惯性气囊及其灌泄水与充泄气联动控制系统和方法，属于通航船闸输水系统设计领域，本等惯性气囊充泄装置包括固定在闸室底板上的气囊组及与气囊组连接的管路组，气囊组由呈矩阵式排布的2ⁿ个气囊组成，且n为大于等于2的正整数；管路组由充泄气管、充气管、泄气管组成，充泄气管呈两两阶层级对称并联结构，其层级首端与每个气囊分别连接、末端与充气管和泄气管分别连接，充气管上设有充气阀门，泄气管上设有泄气阀门。本发明具有实现气囊充、泄气均匀性和同步性的优点，且具备易于操作和实施船闸输水与气囊充、泄气自动控制的明显优势。

技术领域

本发明属于通航船闸输水系统设计技术领域，涉及一种船闸等惯性气囊及其灌泄水与充泄气联动控制系统和方法。

背景技术

出于节水和缩短船闸灌泄水时间的目的，已有一些研究提出了利用气囊作为主要部件实现上述目的。然而，尽管气囊作为新型结构可起到节水和加快船闸输水速度的功能，若设计和操作不当，同样也无法成功应用于船闸工程。原因在于气囊在充、泄气过程中，容易引起气囊周围水体的局部雍高和下降，这样反而恶化闸室船舶的停泊条件。为最大限度地避免气囊带来不利的水力现象，解决的首要方法是将控制单个气囊体积。假如整个闸室内仅布置一个大型气囊，则容易使得气囊出现不均匀充、泄气现象而造成上述负面问题。而若在闸室内沿船闸长度和宽度方向布设多个气囊，意味着减小了单个气囊体积，从而便于达到气囊均匀充、泄气的目的。但是，一旦气囊数量增多，若没有实现所有气囊充、泄气的同步性，则会引起闸室水体的紊动、振荡和较大的水面比降等不利的水力现象。因此，试图利用气囊辅助船闸省水和提高船闸通过能力，必须解决气囊充、泄气的均匀性和同步性。公开号为CN103061318A的中国专利公开了一种气囊式船闸灌泄水辅助系统，该专利提出沿闸室纵向底板分段布置多个气囊分别通过导管独立与气泵连接，其目的在于减少船闸运行耗水量和灌泄水时间。然而，根据该专利的设计，要实现气囊的同步性，必须要求多个气泵同步运行，由此便不易于操作。而且，要实现船闸输水和气囊的联合工作，在该专利亦尚未涉及相关的控制方法。

基于此，提出一种既可实现气囊充、泄气均匀性和同步性及易于操作的新型结构，可在同时使用多个气泵，即便是气泵不同步，如何同样能保证所有气囊的同步性，也易于操作；以及相应的船闸输水与气囊联合工作的控制方法，这是设计和科研人员极为关注的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种船闸等惯性气囊及其灌泄水与充泄气联动控制系统和方法，既可实现气囊充、泄气的均匀性和同步性，又易于操作的新型结构，同时还可施行船闸输水与气囊联合工作的自动控制。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供如下技术方案：

本发明拟公开一种船闸灌泄水用等惯性气囊充泄装置，包括固定在闸室的底板上的气囊组及与气囊组连接的管路组，所述气囊组由呈矩阵式排布的2ⁿ个气囊组成，且n为大于等于2的正整数；所述管路组由充泄气管、充气管、泄气管组成，充泄气管呈两两阶层级对称并联结构，其层级首端与每个气囊分别连接、末端与充气管和泄气管分别连接，充气管上设有充气阀门，泄气管上设有泄气阀门。

进一步，所述气囊组的矩阵式排布为以四个前后左右对称的气囊为一组呈长方形布置。

进一步，所述充泄气管在与每个气囊连接的层级首端均设有同步阀门。

本发明还提供一种船闸等惯性气囊的灌泄水与充泄气联动控制系统，利用船闸自身的灌水阀门和泄水阀配合上述的等惯性气囊来实现船闸灌泄水与等惯性气囊充泄气的联合工作，包括设于闸室内的低水位传感器和高水位传感器、连通闸室并具有灌水阀门的输水管和具有泄水阀门的泄水管、设于泄水管上的水流流量计、设于泄气管上的气体流量计以及连通充气管的气泵，低水位传感器用于闸室灌水至低水位时控制灌水阀门关闭及充气阀门开启，高水位传感器用于闸室水位由气囊充气抬升至高水位时控制充气阀门关闭，气体流量计用于气囊泄气至零值时控制泄水阀门开启及泄气阀门关闭，水流流量计用于闸室泄水至零值时控制泄水阀门关闭。