[发明专利]一种基于柔性隔水原理的多功能分层取水装置及方法

权利要求书

1.一种基于柔性隔水原理的多功能分层取水装置，其特征在于：整体架构沿垂向依次包括操作检修层（29）、蓄水层（30）和引水层（31），其中： 

所述操作检修层（29）用于各种设备的操作和检修，安置于水面高程以上；所述操作检修层（29）中包括设置于顶板上的一号电动葫芦（1）、二号电动葫芦（2）和三号电动葫芦（3），一号电动葫芦（1）、二号电动葫芦（2）和三号电动葫芦（3）的位置分别与设置在底板上的蓄水层检修进口（4）、检修闸门槽（5）、工作闸门槽（6）中心线相对；所述检修闸门槽（5）和工作闸门槽（6）均贯穿蓄水层（30）和引水层（31）；一号电动葫芦（1）通过蓄水层检修进口（4）控制起吊蓄水层（30）内的水泵（7），二号电动葫芦（2）通过检修闸门槽（5）控制起吊检修闸门（25）以及检修时的各种设备；三号电动葫芦（3）通过工作闸门槽（6）控制起吊工作闸门（26）；

所述蓄水层（30）中，在所述检修闸门槽（5）前设置隔水墙（12），所述隔水墙（12）与蓄水层的边墙（35）围成封闭的蓄水箱（34），用于储水维持引水层（31）中的橡胶袋（15）的水压；多根橡胶袋供排水管道（9）位于蓄水层一端的蓄水箱（34）内，通过供排水总管道（40）分别与橡胶袋总供水管道（10）、橡胶袋总排水管道（8）相连；所述橡胶袋总排水管道（8）、蓄水池供水管（14）通过T型管（32）与水泵进水管（33）相连；所述水泵进水管（33）与水泵（7）相连；蓄水池排水管（11）布置在蓄水层底板上且贯穿边墙（35）；所述蓄水池供水管（14）、水泵进水管（33）、橡胶袋总排水管道（8）、橡胶袋供排水管道（9）、橡胶袋总供水管道（10）、蓄水池排水管（11）中分别设置一号电动球阀（Z1）、二号电动球阀（Z2）、三号电动球阀（Z3）、四号电动球阀（Z4）、五号电动球阀（Z5）和六号电动球阀（Z6）；在所述检修闸门槽（5）和工作闸门槽（6）之间还设置有抽气装置（41）、鼓风机曝气装置（42）；

所述引水层（31）的中部为封闭的引水通仓（21）；所述引水层（31）一侧的侧墙上垂向布置有若干个引水口（36），若干个引水口（36）分别通过引水流道（20）与所述引水通仓（21）相连；引水流道底板（39）上设置有橡胶袋（15），采用胶囊充水双锚固装置（16）固定；蓄水层（30）中的多根橡胶袋供排水管道（9）向下设置在边墙（35）内部，沿所述边墙（35）垂直向下分别达到各个引水流道底板（39），再沿水平底板内部平行布置且通过两个水帽（17）与橡胶袋（15）相连；所述引水层（31）的最底层设置有泄水底孔（23）；所述泄水底孔（23）中设置安全门（24），通过所述安全门（24）与所述引水通仓（21）相连，当取水装置内外压力过大时，打开安全门（23）以平衡取水装置内外的水压；所述引水通仓（21）与另一侧底部的输水道（27）相连；所述输水道（27）进水口处设置检修闸门（25），在所述检修闸门（25）后部设置工作闸门（26），且在所述工作闸门（26）后侧设置用于防止负压破坏的通气孔（22），所述通气孔（22）垂直通达蓄水层（30）；所述抽气装置（41）的抽气管道（45）设置在所述引水通仓（21）的顶部；所述鼓风机曝气装置（42）与曝气管道（43）相连；所述曝气管道（43）设置在所述引水通仓（21）靠近输水道一侧的边墙内；所述曝气管道（43）垂向每隔一定距离水平延伸一段支管与引水通仓（21）相连，在支管出口处设置有曝气器（44）；所述引水通仓（21）的底板中心线上设置有含气率探头（46），沿水流方向直线布置，用于实时探测水体中的含气率。

2.根据权利要求1所述的基于柔性隔水原理的多功能分层取水装置，其特征在于：所述引水流道（20）的上盖板（38）下侧中后端设置用于支撑保护橡胶袋的梯形挡墙（18），且所述梯形挡墙（18）前缘及下缘为光滑曲面，用于防止橡胶袋（15）磨损。

3.根据权利要求1所述的基于柔性隔水原理的多功能分层取水装置，其特征在于：所述引水口（36）和所述泄水底孔（23）的孔口（37）处均设置拦污栅（13）。

4.根据权利要求1所述的基于柔性隔水原理的多功能分层取水装置，其特征在于：所述引水流道底板（39）在橡胶袋（15）的后侧设有斜坡（19）。

5.根据权利要求1所述的基于柔性隔水原理的多功能分层取水装置，其特征在于：所述引水流道（20）的两侧边墙均设置有内陷的橡胶袋槽（28）。

6.一种利用权利要求1-5所述取水装置进行多功能分层取水的方法，其特征在于包括如下工作过程：

(1)蓄水箱充水工作状态：三号电动球阀（Z3）、四号电动球阀（Z4）、五号电动球阀（Z5）和六号电动球阀（Z6）为关闭状态，而一号电动球阀（Z1）、二号电动球阀（Z2）为开启状态，开启水泵（7）将水库水体经蓄水池供水管（14）、T型管（32）、水泵进水管（33）引入蓄水箱（34）；当蓄水箱充满后，关闭水泵（7）和一号电动球阀（Z1）；

(2)蓄水箱放水工作状态：蓄水池排水管（11）的六号电动球阀（Z6）为开启状态、一号电动球阀（Z1）、二号电动球阀（Z2）、三号电动球阀（Z3）、四号电动球阀（Z4）、五号电动球阀（Z5）为关闭状态，关闭水泵（7），蓄水箱（34）的水经蓄水池排水管（11）排入水库中；

(3)引水流道柔性隔水工作状态：当蓄水箱（34）蓄满水时，一号电动球阀（Z1）、二号电动球阀（Z2）、三号电动球阀（Z3）和六号电动球阀（Z6）均处于关闭状态，打开各个橡胶袋（15）对应的四号电动球阀（Z4）和橡胶袋总供水管道（10）的五号电动球阀（Z5），蓄水箱中的水经橡胶袋总供水管道（10）、供排水总管道（40）和橡胶袋供排水管道（9）进入相应的橡胶袋（15）中，待橡胶袋（15）充满水并保持一定的水压后，引水流道（20）会被膨胀橡胶袋（15）阻断，从而阻止水库中该水层水体进入取水装置；该工作状态中不同高度的橡胶袋（15）可单独工作；

(4)引水流道柔性放水工作状态：在橡胶袋放水之前，必先确保蓄水箱（34）有足够的容量，如果容量不足，则需要排放蓄水池中的水；蓄水池供水管（14）的一号电动球阀（Z1）、橡胶袋总供水管道（10）的五号电动球阀（Z5）和蓄水池排水管（11）的六号电动球阀（Z6）处于关闭状态；打开橡胶袋总排水管道（8）的三号电动球阀（Z3）、水泵进水管（33）的二号电动球阀（Z2）以及需要放空的橡胶袋（15）对应的四号电动球阀（Z4），打开水泵（7）将橡胶袋中的水经橡胶袋供排水管道（9）、供排水总管道（40）、胶袋总排水管道（8）、T型管（32）和水泵进水管（33）引入蓄水箱（34）中；橡胶袋放空后，相应的引水流道打开，水库中的水经对应引水流道（20）流入引水通仓（21），通过输水道（27）流入下游河道或者电站机组，其余的橡胶袋（15）保持充水状态，即其所对应的引水流道保持柔性关闭状态；

(5)水体含气率调控工作状态：当水源的水体含气率较高时，即含气率探头（46）监测数据超标时，则充满所有的橡胶袋（15）关闭引水流道（20），通过输水道（27）使引水通仓（21）的水位下降到一定高度后关闭工作闸门（26）,此时封堵引水通仓（21）顶部的检修闸门槽（5）并启动抽气装置（41），使水体上方保持负压以加速水体溶解气体上浮释放，当底板的含气率探头（46）检测到含气率符合要求时，先打开取水高层的橡胶袋（15），后打开工作闸门（26）实施水体下泄；相反，若水源的水体含气率较低时，则打开鼓风机曝气装置（42），气体通过曝气管道（43）、曝气器（44）进入引水通仓（21）的水体中，可通过调整曝气量的大小使含气率在规定时间内符合要求，同时曝气时取水高层对应的橡胶袋（15）和工作闸门（26）可根据曝气效果的好坏处于开启或关闭状态。