技術領域

本發明屬于水處理技術領域，涉及一種河道清沙裝置，具體涉及一種河道閘門攔沙清沙裝置。

背景技術：

隨著社會經濟的快速發展，人們對自然的開發力度越來越大，這導致自然植被被大量破壞，森林面積也急劇減少，水土流失越來越嚴重。流失的泥土在地表徑流和地下水流的攜帶作用下流入江河中，加大了天然河流的含沙量，從而影響流域內居民的生產和生活用水。此外，泥沙長年沉積于江河水渠的底部，會抬高河床，容易引發水災；興建的水渠也會因為泥沙沉積造成阻塞，從而影響其正常的輸水、泄洪和灌溉等功用。如何處理，江河水渠中的泥沙淤積問題已經成為亟待解決的科學難題。

目前，江河水渠的泥沙處理裝置主要分為兩類：第一類裝置是利用絮凝劑等化學物質的吸附沉降作用實現水沙分離，但該類裝置的處理效率低下，并且由于在水體中加入了化學物質，如果處理不當極易造成水體的二次污染，在工程實踐中難以推廣使用。第二類裝置是利用水力旋流和沙石過濾等實現水和泥沙的分離，但目前市場上該類裝置的設計思路一般是清除水流中攜卷的泥沙，并未對泥沙資源進行再利用，此類裝置不僅處理泥沙成本過高、還浪費了大量的泥沙資源。水渠一般在農村、山區等偏遠地區采用，傳統的泥沙處理裝置采用電路供電方式提供能量，存在供電難度大、斷停電風險高等問題；同時，傳統的泥沙處理裝置需要專人監管，不僅需要消耗人力成本，而且在夜間、冰凌期的監管難度較大、容易造成泥沙淤積。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種河道閘門攔沙清沙裝置。該裝置利用水力閘門阻礙水流降低流速，使泥沙自沉降的原理，將裝置的清沙儲沙系統布置在河床底部，并通過太陽能、風能和生物質能等清潔能源供電，能夠根據水道中的含沙量實時自動清沙，并將泥沙集中儲存以便后期再利用。

為實現本發明之目的，采用以下技術方案予以實現。

一種河道閘門攔沙清沙裝置，其特征在于：包括儲沙清沙系統、中央控制系統和發電系統，所述儲沙清沙系統包括閘門工作系統、河床儲沙系統、以及河床清沙系統，所述閘門工作系統包括依次設于河道內上下游的工作閘門和攔沙閘門，所述工作閘門和攔沙閘門通過中央控制系統控制啟閉；

所述河床儲沙系統包括沉沙底坡和儲沙斗，所述沉沙底坡設于工作閘門和攔沙閘門之間的河床上，呈倒漏斗型向中部匯聚狀；所述儲沙斗為一上部開口斗型儲沙器口，儲沙斗設置于沉沙底坡的最凹處基坑內，其頂部不高于沉沙底坡低點處，基坑內還設有用于檢測儲沙斗內儲沙量的容量傳感器，所述儲沙斗頂部設有與之活接的掛斗環，儲沙斗頂部四周通過多根固定勾繩可解開地固定在河床內的深樁上；

所述河床清沙系統包括門機裝置，所述門機裝置下方設有可升降的且用于勾住儲沙斗頂部掛斗環的門機抓鉤；

所述發電系統利用風能、太陽能或生物能中的一種或幾種發電，并為中央控制系統和儲沙清沙系統提供電能；

所述中央控制系統為單片機，用于接收容量傳感器信號，并控制閘門工作系統和河床清沙系統的動作。

作為改進，所述掛斗環有兩個，所述兩個掛斗環交叉設置，掛斗環兩端與儲沙斗可相對滑動的活接，每個掛斗環中部均設有電磁鐵A，所述門機抓鉤上設有可與電磁鐵A相吸的電磁鐵B。

作為改進，所述儲沙斗有多個且上下疊加放置，儲沙斗下部設有多個濾水孔。

作為改進，所述固定勾繩通過勾繩控制器與河床內的深樁相連，所述勾繩控制器通過單片機控制是否釋放固定勾繩。

作為改進，所述工作閘門和攔沙閘門之間設有可供水下生物通過的魚道，工作閘門上游設有用于檢測是否有水下生物活動的運動傳感器，所述運動傳感器信號接入單片機，所述魚道為圓形管道結構，通過單片機控制開啟和關閉。

作為改進，所述發電系統包括蓄電池、交直流電源轉換器和發電裝置，所述交直流電源轉換器和發電裝置通過過充電保護電路相連，所述發電裝置為風能發電裝置、太陽能發電裝置以及生物質能發電裝置的一種或幾種組合，所述蓄電池用于儲能，所述發電裝置所發電通過交直流電源轉換器轉換后儲存在蓄電池內。

作為改進，所述風能發電裝置主要由風輪、發電機、回轉體、調速機構、調向機構、剎車機構和塔架組成，并由單片機進行控制。

作為改進，所述太陽能發電裝置主要由銅銦鎵硒太陽能膜、太陽能控制器、微型逆變器、二維自動旋轉臺和支座組成，并由單片機進行控制。

作為改進，所述生物質能發電裝置利用沼氣發電技術，主要由沼氣池、沼氣發電機組、發電機、熱回收裝置、脫硫器和貯氣罐組成，并由單片機進行控制。

作為改進，所述攔沙閘門設置在河道內地勢平緩地段，所述儲沙斗的直徑為河道寬度的1/2-3\4。

本發明的有益效果：利用風能太陽能等清潔能源，在保證裝置電力供應的同時不對環境造成影響及不對電力系統造成額外負擔；裝置整體通過中央控制系統集中控制，能夠做到實時自動清沙儲沙，從而降低對人員操作和監管的依賴性，減少運行管理成本；同時將收集的泥沙儲存起來，可以將這些泥沙用到簡單建筑工程等領域，變廢為寶，避免資源浪費；裝置利用河道常見水工建筑閘門作為攔沙實現方式，并充分運用河道地形特點，工程投入少工作效率可觀。

附圖說明

圖1為本發明的發電系統的結構示意圖。

圖2為本發明裝置整體電路示意圖。

圖3為本發明裝置的俯視圖的結構示意圖。

圖4為圖3中A-A剖面的結構示意圖。

圖5為本發明的儲沙斗和掛斗環結構示意圖。

圖中：1-工作閘門，2-攔沙閘門，3-儲沙斗，4-沉沙底坡，5-固定勾繩，6-掛斗環，7-電磁鐵A，8-門機抓鉤，9-電磁鐵B，10-門機裝置，11-魚道，12-運動傳感器，13-存沙室，14-蓄電池，15-交直流電源轉換器，16-充電保護電路，17-太陽能發電裝置，18-風能發電裝置，19-生物質能發電裝置，20-容量傳感器，21-勾繩控制器，22-單片機。

具體實施方式

如圖1所示，一種河道閘門攔沙清沙裝置，其發電系統包括蓄電池14、交直流電源轉換器15和通過充電保護電路16與交直流電源轉換器15連接的風能發電裝置18、太陽能發電裝置17以及生物質能發電裝置19。

所述風能發電裝置18，利用現有技術，主要包括風輪、發電機、回轉體、調速機構、調向機構、剎車機構和塔架等部分，由單片機22進行控制；所述太陽能發電裝置17，利用現有技術，主要包括銅銦鎵硒太陽能膜、太陽能控制器、微型逆變器、二維自動旋轉臺和支座等部分，由單片機22進行控制；所述生物質能發電裝置19，利用現有技術，主要利用沼氣發電技術，主要包括沼氣池、沼氣發電機組、發電機、熱回收裝置、脫硫器、貯氣罐等部分，由單片機22進行控制。所述風能發電裝置18、太陽能發電裝置17和生物質能發電裝置19均與蓄電池14通過充電保護電路16和交直流電源轉換器15相連，所發電量儲存于蓄電池14中。

如圖1和圖2所示，風能發電裝置18、太陽能發電裝置17以及生物質能發電裝置19通過單片機22控制，充分考慮風能、太陽能和生物質能的能量采集時間、強度和電能轉化特性，實現電量優化調度，最大效率地提高能量供應效率，以保證整個清沙裝置有充足的電力供應。發電系統布置在河渠兩岸。

所述單片機22采用STC 單片機或ATMEL單片機。

如圖2所示，所述中央控制系統主要通過單片機22對太陽能發電裝置17、風能發電裝置18、生物質能發電裝置19、工作閘門1、攔沙閘門22、容量傳感器20、勾繩控制器21、門機裝置10、運動傳感器12進行信號傳輸與控制，實現裝置的科學運行。

如圖3所示，所述閘門工作系統包括工作閘門1、攔沙閘門2。工作閘門1設置在河床儲沙系統上游，攔沙閘門2設置在河床儲沙系統下游。攔沙閘門2設置在河道地勢平緩地段，由中央控制系統控制開啟，攔沙閘門2為升降式矩形閘門，通過啟閉機實現開啟和關閉，從而控制水流從渠道上游流向下游。攔沙閘門2關閉時有效降低渠道斷面流量，閘門前渠道流速明顯降低，所攜帶泥沙由于重力作用可自然沉降至攔沙閘門2前河床。所述工作閘門1，設置在攔沙閘門2上游一定距離，當河床儲沙系統達到容量飽和時，由中央控制系統控制工作閘門1關閉，故工作閘門1到攔沙閘門2河段被自然隔斷，為進行清沙工作創造條件。

所述河床儲沙系統包括沉沙底坡4、儲沙斗3、固定勾繩5、電磁鐵A 7、掛斗環6、容量傳感器20。所述沉沙底坡4位于兩閘門中間河段，呈倒漏斗型向中部匯聚狀，所述儲沙斗3設置于沉沙底坡4最凹處，儲沙斗3為一上部開口斗型儲沙器，直徑約為河道寬度的1/2-3\4，最佳為2/3左右，置于河床預挖基坑中，考慮到單個儲沙斗3容量相對于河道總搬沙量的不足，所述儲沙斗3可上下疊放多層；所述固定勾繩5設置在儲沙斗3四角，固定每個儲沙斗3的儲沙形態，固定勾繩5一端固定在河底所打深樁上，一端連接在單個儲沙斗3的一角，保證每個儲沙斗3都由四個固定勾繩5連接固定。每一個儲沙斗3上的固定勾繩5數量可根據實際情況增減，每個儲沙斗3下部均設有多個濾水孔，所述掛斗環6設置在儲沙斗3的斗口，呈半圓弧型，圓弧兩端連接于儲沙斗3的斗口圈并可旋轉，共設置兩掛斗環6并交叉放置。固定勾繩5與河底所打深樁之間設置勾繩控制器21由中央控制系統單片機22控制，當容量傳感器20發送容量已滿信號后，首先門機抓鉤8下降由電磁鐵B 9作用吸起掛斗環6，并勾緊固定，再由單片機22操縱勾繩控制器21控制對應的儲沙斗3固定勾繩5釋放，門機裝置10開始提升門機抓鉤8，并將儲沙斗3提吊至存沙室13。

所述電磁鐵A 7設置于掛斗環6圓弧頂部，作為控制掛斗環6升起與落下的功能結構。容量傳感器20設置于沉沙底坡4凹處基坑，可直接感應到儲沙斗3中的沉沙堆高，容量傳感器20與中央控制系統通過通信電路相連。

所述魚道11系統置于閘門門葉一側，所述運動傳感器12位于上游渠道中，運動傳感器12驅動魚道11的開啟和關閉。所述魚道11為帶可開啟閘門的圓形管道結構，便于水下生物通過。所述運動傳感器12安裝在工作閘門1上游的渠道中，用于監測渠道中是否有水下生物需要，通過反饋機制，以驅動魚道11的開啟和關閉。

如圖4所示，所述河床清沙系統包括門機裝置10、可起降的門機抓鉤8、電磁鐵B 9和存沙室13，所述存沙室13設置于河岸邊，門機裝置10下設置門機抓鉤8，在門機抓鉤8頂部安裝有電磁鐵B 9。門機抓鉤8工作時，電磁鐵B 9靠近電磁鐵A 7，從而兩個交叉設置的掛斗環6升起構成儲沙斗3把手，由門機抓鉤8捕捉提起。并由門機裝置10沿軌道提吊至存沙室13，供工程或研究用。

使用本發明時，由中央控制系統單片機22自動操控，當所述容量傳感器20發送容量已滿信號后，首先門機抓鉤8下降由電磁鐵B 9作用吸起掛斗環6，并勾緊固定，再由單片機22操縱勾繩控制器21控制對應的儲沙斗3固定勾繩5釋放，門機裝置10開始提升門機抓鉤8，并將儲沙斗3提吊至存沙室13。

本發明，將裝置的發電系統布置在河渠兩岸適當位置，利用風能、太陽能以及生物質能這三類清潔能源進行發電，三種發電裝置組合使用，可以保證整個清沙裝置有充足的電力供應。

本發明還設置有魚道系統，可以降低裝置運行時對魚群等水生生物的影響，保護生態環境。