一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置及其控制方法。

背景技术

近年来，随着国内多个滨海核电厂投入运行，在运核电机组相继出现了水草、垃圾、海生物等污染物堵塞拦污网的事件，取水堵塞导致机组安全稳定运行的外部事件时有发生，导致核电机组非计划停机、停堆等严重后果，冷源安全逐渐成为了备受关注的问题。另一方面，国家对海洋生态环境保护越来越重视，持续推进海洋生态系统的健康发展，因此对核电取水的环境友好性提出了更高的要求。因此，一些核电厂采用暗取取水方式。

然而目前针对暗涵取水海生物堵塞特性还不明确，工程中还没有有效缓解冷源水堵塞的处理装置及方法。

因此需要一种可以解决上述问题的一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置及其控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置及其控制方法，本发明在取水头内设置有铰刀，可以通过旋转铰刀将可能造成堵塞风险的海生物切割成零散块体，使其不在明渠拦污网前聚集，解决了目前现有技术中涵道海生物堵塞的问题，保证冷源水安全。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置，包括：取水头、暗涵取水隧洞、取水明渠与取水前池，所述暗涵取水隧洞的一端与取水头之间相互连接，所述暗涵取水隧洞的另一端与取水明渠之间相互连通，所述取水前池与取水明渠之间相互连通，在取水前池内安装有多条冷源取水管道；

所述取水头与暗涵取水隧洞均设置在外海隧洞内，在取水头的底部安装有取水头底座，在所述取水头的内部设置有前端拦污机构；

所述前端拦污机构包括铰刀与传动机构，所述传动机构包括传动轴A、传动轴B、传动轴C与驱动电机，所述传动轴A、传动轴B与传动轴C之间为同轴连接，所述驱动电机的输出端与传动轴C之间相互驱动连接；

所述铰刀包括一级叶片、二级叶片与三级叶片，所述一级叶片固定连接在传动轴A上，所述二级叶片固定连接在传动轴B上，所述三级叶片固定连接在传动轴C上；

所述取水明渠与取水前池均设置在明渠水道的内部，所述取水明渠与所述取水前池之间为一体连接结构，在所述取水明渠与所述取水前池之间安装有后端拦污机构；

所述后端拦污机构包括升降墩台和拦污网，所述拦污网设置有两条，两条拦污网之间相互平行设置，所述升降墩台设置在两条拦污网之间，升降墩台与拦污网之间相互挂接；

所述升降墩台包括一级升降螺纹、二级升降螺纹、连接管、固定墩台、一级升降挂环与二级升降挂环，所述固定墩台设置在升降墩台的底部，固定墩台与升降墩台之间为螺纹连接，在所述连接管的外侧连接有多个拦污网挂点，连接管通过多个拦污网挂点与所述拦污网之间相互挂接；

所述一级升降螺纹、二级升降螺纹均转动连接在升降墩台上，一级升降螺纹与一级升降挂环之间为螺纹连接，所述二级升降螺纹与二级升降挂环之间为螺纹连接；

所述取水头底座上固定连接有声呐干扰器、声呐探测器与多普勒流速传感器；

所述取水前池的内部安装有取水前池水位计，在所述外海隧洞内安装有外海水位计。

进一步的，所述一级叶片、二级叶片与三级叶片均为网状结构，用于切割堵塞物、增大取水流速以及阻拦污染物，在所述一级叶片上开设有多个孔径为5cm的通孔，在二级叶片上开设有多个孔径为1cm的通孔，在三级铰刀上开设有多个孔径为5mm的通孔。

一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:通过取水头吸取外海隧洞中的海水，海水通过暗涵隧洞引入至取水明渠中；

步骤S2:在取水头的取水过程中，当海水中的海生物堵塞取水头时，外海隧洞内的海水与取水前池内的海水之间存在水位差，当水位差大于0.3m时，通过驱动电机启动铰刀，通过铰刀将海水中的海生物进行切割。

进一步的，所述步骤S2中当外海隧洞内的海水与取水前池内的海水之间的水位差小于0.1m时，通过取水头正常取水，当外海隧洞内的海水与取水前池内的海水之间的水位差在大于0.1m且小于0.3m时，判断取水头存在轻微堵塞，通过驱动电机带动传动轴C进行转动，使三级叶片在1000rpm的转速下进行转动。

进一步的，在取水头的取水过程中，通过声呐探测器对靠近的海生物进行识别，当靠近的海生物体积大于5cm时，通过驱动电机带动传动轴A、传动轴B与传动轴C进行转动，使一级叶片、二级叶片与三级叶片在1000rpm的转速下同时进行转动，同时通过声呐干扰器发出低频声呐干扰驱离海生物，当海生物体积小于5cm时，通过驱动电机带动B与传动轴C进行转动，使二级叶片与三级叶片在1000rpm的转速下进行转动。

进一步的，当声呐探测器探测海生物的体积大于5mm且小于1cm时，通过驱动电机带动传动轴C进行转动，使三级叶片在1000rpm的转速下进行转动。

进一步的，所述步骤S2中当外海隧洞内的海水与取水前池内的海水之间的水位差大于0.3m且小于0.5m时，通过驱动电机带动B与传动轴C进行转动，使二级叶片与三级叶片在1000rpm的转速下进行转动。

进一步的，所述步骤S2中当外海隧洞内的海水与取水前池内的海水之间的水位差大于0.5m时，通过驱动电机带动传动轴A、传动轴B与传动轴C进行转动，使一级叶片、二级叶片与三级叶片在1000rpm的转速下同时进行转动。

进一步的，当需要增加取水量，或外海隧洞内的海水与取水前池内的海水之间的水位差大于0.5m时,将一级叶片、二级叶片与三级叶片的转速调整为2000rpm，用于主动增加取水能力。

本发明的优点在于：本发明提供了一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置及其控制方法，具有以下技术效果：

1.拦污装置通过铰刀的转动，可以切割海水中的海生物并清理明渠，不仅防止了堵塞产生，还保证了水的正常供应，本发明铰刀中的一级叶片、二级叶片和三级叶片采用网状结构，实现切割海生物和堵塞物的同时还可以起到了阻拦污染物的作用，有效提高了清理效率，本发明在一级叶片上开设有多个孔径为5cm的通孔，在二级叶片上开设有多个孔径为1cm的通孔，在三级铰刀上开设有多个孔径为5mm的通孔，可以通过不同规格的叶片切割不同体积的海生物，同时起到增大取水流速的作用。

2.本发明可以实现智能控制，可以根据外海隧洞内的海水与取水前池内的海水之间的水位差，自动调整铰刀的转速，以实现不同程度的清理和取水能力，并在需要时增加取水量。

综上所述，这种可自动清理明渠的拦污装置和控制方法可实现自动清理、高效清理、污染物阻拦和智能控制，提高了明渠清理的效率，保证了水的正常供应，可以有效缓解冷源水堵塞的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中铰刀的放大结构示意图；

图3为本发明中取水头底座的放大结构示意图；

图4为本发明中后端拦污机构的结构示意图；

图5为本发明中拦污墩台的放大结构示意图；

其中：

1、取水头； 101、铰刀； 1011、传动轴A；

1012、一级叶片； 1013、通孔A； 1014、二级叶片；

1015、通孔B； 1016、三级叶片； 1017、通孔C；

1018、传动轴B； 1019、传动轴C； 102、驱动电机；

103、取水头底座； 1031、声呐干扰器； 1032、声呐探测器；

1033、多普勒流速传感器； 2、暗涵取水隧洞； 3、取水明渠；

4、后端拦污机构； 401、拦污墩台； 402、拦污网；

4011、一级升降螺纹 4012、二级升降螺纹 4013、柔性连接模块；4014、拦污网挂点4015、固定墩台 4016、一级升降挂环4017、二级升降挂环 5、取水前池； 6、冷源取水管道；7、取水前池水位计； 8、外海水位计。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语

“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中铰刀的放大结构示意图，图3为本发明中取水头底座的放大结构示意图，图4为本发明中后端拦污机构的结构示意图，图5为本发明中拦污墩台的放大结构示意图，如图1，图2、图3、图4与图5所示的一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置及其控制方法，包括：取水头1、暗涵取水隧洞2、取水明渠3与取水前池5，所述暗涵取水隧洞2的一端与取水头1之间相互连接，所述暗涵取水隧洞2的另一端与取水明渠3之间相互连通，所述取水前池5与取水明渠3之间相互连通，在取水前池5内安装有多条冷源取水管道6；本发明中的取水头1与暗涵取水隧洞2均设置在外海隧洞内，在取水头1的底部安装有取水头1底座，在取水头1底座上固定连接有声呐干扰器1031、声呐探测器1032与多普勒流速传感器1033，在所述取水头1的内部设置有前端拦污机构，前端拦污机构包括铰刀101与传动机构，所述传动机构包括传动轴A1011、传动轴B1018、传动轴C1019与驱动电机102，所述传动轴A1011、传动轴B1018与传动轴C1019之间为同轴连接，所述驱动电机102的输出端与传动轴C1019之间相互驱动连接；

本发明中的铰刀101包括一级叶片1012、二级叶片1014与三级叶片1016，所述一级叶片1012固定连接在传动轴A1011上，所述二级叶片1014固定连接在传动轴B1018上，所述三级叶片1016固定连接在传动轴C1019上，一级叶片1012、二级叶片1014与三级叶片1016均为网状结构，用于切割堵塞物、增大取水流速以及阻拦污染物，在所述一级叶片1012上开设有多个孔径为5cm的通孔，可以切割大型水母、海鱼等海生物，在二级叶片1014上开设有多个孔径为1cm的通孔，可以切割中型鱼虾，在三级铰刀101上开设有多个孔径为5mm的通孔，可以切割小型鱼虾，本发明中的一级叶片1012、二级叶片1014与三级叶片1016之间的螺距为0.3m，额定取水流速为5m/s。

本发明中的取水明渠3与取水前池5均设置在明渠水道的内部，所述取水明渠3与所述取水前池5之间为一体连接结构，在所述取水明渠3与所述取水前池5之间安装有后端拦污机构，本发明中的后端拦污机构4包括升降墩台401和拦污网402，所述拦污网402设置有两条，两条拦污网402之间相互平行设置，所述升降墩台401设置在两条拦污网402之间，升降墩台401与拦污网402之间相互挂接；升降墩台401包括一级升降螺纹4011、二级升降螺纹4012、连接管4013、固定墩台4015、一级升降挂环4016与二级升降挂环4017，所述固定墩台4015设置在升降墩台401的底部，固定墩台4015与升降墩台401之间为螺纹连接，在所述连接管4013的外侧连接有多个拦污网挂点4014，连接管4013采用橡胶管，连接管4013通过多个拦污网挂点4014与所述拦污网402之间相互挂接；所述一级升降螺纹4011、二级升降螺纹4012均转动连接在升降墩台401上，一级升降螺纹4011与一级升降挂环4016之间为螺纹连接，一级升降螺纹4011与一级升降挂环4016之间的螺距为5cm,所述二级升降螺纹4012与二级升降挂环4017之间为螺纹连接，述二级升降螺纹4012与二级升降挂环4017之间的螺距为3cm；本发明在固定墩台4015的内部设置有可带动拦污墩台401升降的驱动电机(图中未示出)，可以实现拦污墩台401的自动升降，以实现拦污网402在不同水位下具有更好地拦污效果和较小的结构受力，当取水明渠3水位升高时，距离最高拦污网挂点4014小于1m时，将一级升降螺纹4011顺时针旋转，从而抬高一级升降挂环4016、二级升降挂环4017，用于更好地拦截表层海生物，当取水明渠水位降低，距离最高拦污网挂点4014大于2m时，在驱动电机的带动下使一级升降螺纹4011逆时针旋转，从而降低一级升降挂环4016、二级升降挂环4017，可以有效减少拦污网挂点4014所受拉力，保证结构强度。

本发明在取水前池5的内部安装有取水前池水位计7，在所述外海隧洞内安装有外海水位计8，可以对取水前池5以及外海隧洞内的水位进行实时监测。

本发明还提供了一种铰刀式暗涵结合墩台明渠的拦污装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:通过取水头1吸取外海隧洞中的海水，海水通过暗涵隧洞引入至取水明渠3中；

步骤S2:在取水头1的取水过程中，当海水中的海生物堵塞取水头1时，外海隧洞内的海水与取水前池5内的海水之间存在水位差，当水位差大于0.3m时，通过驱动电机102启动铰刀101，通过铰刀101将海水中的海生物进行切割，当外海隧洞内的海水与取水前池5内的海水之间的水位差小于0.1m时，通过取水头1正常取水，当外海隧洞内的海水与取水前池5内的海水之间的水位差在大于0.1m且小于0.3m时，判断取水头1存在轻微堵塞，通过驱动电机102带动传动轴C1019进行转动，使三级叶片1016在1000rpm的转速下进行转动。

在取水头1的取水过程中，通过声呐探测器1032对靠近的海生物进行识别，当靠近的海生物体积大于5cm时，通过驱动电机102带动传动轴A1011、传动轴B1018与传动轴C1019进行转动，使一级叶片1012、二级叶片1014与三级叶片1016在1000rpm的转速下同时进行转动，同时通过声呐干扰器1031发出低频声呐干扰驱离海生物，当海生物体积小于5cm时，通过驱动电机102带动B与传动轴C1019进行转动，使二级叶片1014与三级叶片1016在1000rpm的转速下进行转动；当声呐探测器1032探测海生物的体积大于5mm且小于1cm时，通过驱动电机102带动传动轴C1019进行转动，使三级叶片1016在1000rpm的转速下进行转动。

步骤S2中当外海隧洞内的海水与取水前池5内的海水之间的水位差大于0.3m且小于0.5m时，通过驱动电机102带动B与传动轴C1019进行转动，使二级叶片1014与三级叶片1016在1000rpm的转速下进行转动；当外海隧洞内的海水与取水前池5内的海水之间的水位差大于0.5m时，通过驱动电机102带动传动轴A1011、传动轴B1018与传动轴C1019进行转动，使一级叶片1012、二级叶片1014与三级叶片1016在1000rpm的转速下同时进行转动；当需要增加取水量，或外海隧洞内的海水与取水前池5内的海水之间的水位差大于0.5m时,将一级叶片1012、二级叶片1014与三级叶片1016的转速调整为2000rpm，用于主动增加取水能力。

工作原理：本发明在进行工作时，通过取水头1吸水，通过暗涵隧洞将海水引入内陆取水明渠3，海水通过拦污网402进入取水前池5，进而通过冷源取水管道6被吸走利用，在正常工况下铰刀101不转动，当有海生物堵塞取水头1时，会造成内外水位差异，当水位差大于0.3m时，启动铰刀101。当水位差大于0.5m，加速铰刀101转速，主动增加取水能力，或者通过声呐探测器1032识别到有海生物靠近，当海生物大于5cm时，启动铰刀101，同时通过声呐干扰器1031发出低频声呐干扰驱离海生物。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。