一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构及控制方法与流程

1.本发明涉及一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构及控制方法，属于水电站泄洪道临时封堵技术领域。


背景技术：

2.水电站工程建设周期较长，工程耗时多在两个防汛期之内。在防洪准备期间，泄洪道未完成建成，不具备疏通上防洪泄洪的能力，此时水电站泄洪道临时封堵结构起到重要作用。泄洪道封堵装置是水电站泄洪道临时封堵实施方案中关键技术，布置在洞口处，当汛期来临时提前关闭已达到防洪目的；在未到防洪水位时完全开启，方便施工人员在泄洪道内完成作业任务。
3.泄洪道封堵装置只是水电站工程施工中的临时装置，其突出时效性与经济性得到广泛应用。然而，平板闸门作为封堵闸门使用时，受到泄洪道本身的空间所限，还需要同时制作安装门槽、设置启闭机安装平台等。因此大大增加施工成本、延长了工程工期，带来诸多不利。通过设计仿生蜂巢壁桶状封堵结构既能节省空间利用率和保证经济实用性，又能达到理想的封堵效果。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供了一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构及控制方法，本发明是通过以下技术方案来实现的。
5.一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，包括泄洪道，还包括封堵气囊、上端连接盖和下端连接盖；所述封堵气囊位于泄洪道中，封堵气囊的两端敞口设置，所述上端连接盖和下端连接盖分别固定在封堵气囊的左右两端，上端连接盖上固接有排气管和进气管，所述排气管和进气管的头部与外界的气泵连接，所述气泵安装在泄洪道的道口处。
6.进一步地，所述封堵气囊的内壁为仿生蜂巢网状结构。
7.进一步地，所述上端连接盖和下端连接盖的直径与封堵气囊的外径相同，封堵气囊的两端圆周均匀开设有连接卡槽，上端连接盖和下端连接盖上设有与连接卡槽对应的连接孔，上端连接盖以及下端连接盖通过穿插在连接孔和连接卡槽中的螺钉固定。
8.进一步地，所述泄洪道的内壁顶部固接有应变片，应变片位于封堵气囊充气时与泄洪道的内壁接触位置。
9.进一步地，所述泄洪道的内壁底部固接有流量计，所述流量计位于下端连接盖的右侧，流量计用于检测泄洪道内部是否存在流场。
10.进一步地，还包括控制系统，所述流量计检测到泄洪道内部存在流场时，流量计发送电信号给控制系统，控制系统打开气泵向封堵气囊充气，封堵气囊膨胀接触应变片时，应变片向控制系统发电信号并控制气泵关闭，当流量计检测到泄洪道内部不存在流场时，释放电信号给控制系统，控制系统控制气泵打开排气口，释放封堵气囊内部的气体。
11.进一步地，所述控制系统包括流量计控制电路、气泵控制电路和应变片控制电路。
12.一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
13.s1：安装，将上连接端盖和下连接端盖固定在封堵气囊的左右两端，并将封堵气囊设置在泄洪道内，然后将气泵与排气管和进气管连接，最后进行应变片和流量计的安装；
14.s2：封堵，当流量计检测到泄洪道内部存在流场时，流量计发送电信号给控制系统，控制系统打开气泵向封堵气囊充气，封堵由圆柱状变为圆桶状，当封堵气囊接触到应变片时，应变片向控制系统发电信号并控制气泵关闭，起到封堵泄洪道的目的；
15.s3：放气，当流量计检测到泄洪道内部不存在流场时，释放电信号给控制系统，控制系统控制气泵打开排气口，释放封堵气囊内部的气体，封堵气囊恢复到初始状态。
16.本发明的有益效果是，本发明该结构的壁层采用仿生蜂窝结构，可提高气囊的抗压强度，并且结构简单，适用于圆形通道。通过控制系统，实现气囊的充气/排气的自动化，从而达到泄洪道临时封堵效果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
18.图1：本发明所述封堵气囊的内壁的结构示意图；
19.图2：本发明所述封堵气囊初始状态下的结构示意图；
20.图3：本发明所述封堵气囊封堵状态下的结构示意图；
21.图4：本发明所述流量计控制电路示意图；
22.图5：本发明所述气泵控制电路的示意图；
23.图6：本发明所述应变片控制电路的示意图。
24.附图标记如下：
25.1-封堵气囊的仿生蜂巢网状结构，2-应变片，3-泄洪道，4-上端连接盖，5-封堵气囊，6-下端连接盖，7-排气管，8-进气管，9-连接孔，10-流场，11-流量计。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.如图1-6所示，一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，包括泄洪道3，还包括封堵气囊5、上端连接盖4和下端连接盖6；封堵气囊5位于泄洪道3中，封堵气囊5的两端敞口设置，上端连接盖4和下端连接盖6分别固定在封堵气囊5的左右两端，上端连接盖4上固接有排气管7和进气管8，排气管7和进气管8的头部与外界的气泵连接，气泵安装在泄洪道3的道口处。
28.优选的，封堵气囊5的内壁为仿生蜂巢网状结构。
29.如图1所示，封堵气囊5的内壁由数个六边形的仿生蜂巢网状结构交织而成，在封堵状态下，封堵气囊5的内部充满气体，具有弹性的仿生蜂巢网状结构内壁相互挤压并触碰
到泄洪道3的内壁，从而起到封堵的功能。
30.优选的，上端连接盖4和下端连接盖6的直径与封堵气囊5的外径相同，封堵气囊5的两端圆周均匀开设有连接卡槽，上端连接盖4和下端连接盖6上设有与连接卡槽对应的连接孔9，上端连接盖以及下端连接盖通过穿插在连接孔9和连接卡槽中的螺钉固定。
31.优选的，泄洪道3的内壁顶部固接有应变片2，应变片2位于封堵气囊5充气时与泄洪道3的内壁接触位置。
32.优选的，泄洪道3的内壁底部固接有流量计11，流量计11位于下端连接盖6的右侧，流量计11用于检测泄洪道3内部是否存在流场10。
33.优选的，还包括控制系统，流量计11检测到泄洪道3内部存在流场10时，流量计11发送电信号给控制系统，控制系统打开气泵向封堵气囊5充气，封堵气囊5膨胀接触应变片2时，应变片2向控制系统发电信号并控制气泵关闭，当流量计11检测到泄洪道3内部不存在流场10时，释放电信号给控制系统，控制系统控制气泵打开排气口，释放封堵气囊5内部的气体。
34.优选的，控制系统包括流量计控制电路、气泵控制电路和应变片控制电路。
35.一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
36.s1：安装，将上连接端盖和下连接端盖固定在封堵气囊5的左右两端，并将封堵气囊5设置在泄洪道3内，然后将气泵与排气管7和进气管8连接，最后进行应变片2和流量计11的安装；
37.s2：封堵，当流量计11检测到泄洪道3内部存在流场10时，流量计11发送电信号给控制系统，控制系统打开气泵向封堵气囊5充气，封堵由圆柱状变为圆桶状，当封堵气囊5接触到应变片2时，应变片2向控制系统发电信号并控制气泵关闭，起到封堵泄洪道3的目的；
38.如图4所示的流量计控制电路，由放大器u1和电压比较器u2组成。当流量计11检测到流场1010发生变化，流量计11输出电压v1，经过放大器u1处理后输出中间电压。中间电压经过电压比较器u2，与电压比较器u2设置的阈值电压v2进行比较。当中间电压与阈值电压v2的差值为正值时，得到的水泵开启信号；当中间电压与阈值电压v2的差值为负值时；得到的水泵关闭信号。在流量计控制电路中，存在保护电路gnd和电阻r1，均起到保护电路作用。
39.如图5所示的气泵控制电路，由三极管q1和开关s1组成。当流量计控制电路输出气泵开启信号后，产生开启电压v4。开启电压v4经过三极管q1后，开关s1控制气泵开关开启。在气泵控制电路中，存在保护电路gnd和电阻r3和电阻r4，均起到保护电路作用。
40.s3：放气，当流量计检测到泄洪道3内部不存在流场10时，释放电信号给控制系统，控制系统控制气泵打开排气口，释放封堵气囊5内部的气体，封堵气囊5恢复到初始状态。
41.如图6所示的应变片控制电路，由应变片2，电桥电路和放大器u3组成。当气泵控制电路控制气泵开启后，气囊内部开始充气，形状由圆柱形变为圆桶形。蜂巢壁桶状封堵结构的上表面触碰到应变片2，产生的电阻信号通过电桥电路后，将优选的产生的电阻信号转变为电压差v5。经过放大器u3处理放大后变为电压信号v6并反馈给气泵控制电路，关闭气泵得到封装蜂巢状封堵结构临时封堵效果。
42.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原
理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，包括泄洪道，其特征在于，还包括封堵气囊、上端连接盖和下端连接盖；所述封堵气囊位于泄洪道中，封堵气囊的两端敞口设置，所述上端连接盖和下端连接盖分别固定在封堵气囊的左右两端，上端连接盖上固接有排气管和进气管，所述排气管和进气管的头部与外界的气泵连接，所述气泵安装在泄洪道的道口处。2.根据权利要求1所述的一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，其特征在于，所述封堵气囊的内壁为仿生蜂巢网状结构。3.根据权利要求1所述的一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，其特征在于，所述上端连接盖和下端连接盖的直径与封堵气囊的外径相同，封堵气囊的两端圆周均匀开设有连接卡槽，上端连接盖和下端连接盖上设有与连接卡槽对应的连接孔，上端连接盖以及下端连接盖通过穿插在连接孔和连接卡槽中的螺钉固定。4.根据权利要求1所述的一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，其特征在于，所述泄洪道的内壁顶部固接有应变片，应变片位于封堵气囊充气时与泄洪道的内壁接触位置。5.根据权利要求4所述的一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，其特征在于，所述泄洪道的内壁底部固接有流量计，所述流量计位于下端连接盖的右侧，流量计用于检测泄洪道内部是否存在流场。6.根据权利要求5所述的一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，其特征在于，还包括控制系统，所述流量计检测到泄洪道内部存在流场时，流量计发送电信号给控制系统，控制系统打开气泵向封堵气囊充气，封堵气囊膨胀接触应变片时，应变片向控制系统发电信号并控制气泵关闭，当流量计检测到泄洪道内部不存在流场时，释放电信号给控制系统，控制系统控制气泵打开排气口，释放封堵气囊内部的气体。7.根据权利要求5所述的一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构，其特征在于，所述控制系统包括流量计控制电路、气泵控制电路和应变片控制电路。8.一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构的控制方法，其特征在于，该控制方法基于权利要求7公开的一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构实现，该控制方法包括以下步骤：s1：安装，将上连接端盖和下连接端盖固定在封堵气囊的左右两端，并将封堵气囊设置在泄洪道内，然后将气泵与排气管和进气管连接，最后进行应变片和流量计的安装；s2：封堵，当流量计检测到泄洪道内部存在流场时，流量计发送电信号给控制系统，控制系统打开气泵向封堵气囊充气，封堵由圆柱状变为圆桶状，当封堵气囊接触到应变片时，应变片向控制系统发电信号并控制气泵关闭，起到封堵泄洪道的目的；s3：放气，当流量计检测到泄洪道内部不存在流场时，释放电信号给控制系统，控制系统控制气泵打开排气口，释放封堵气囊内部的气体，封堵气囊恢复到初始状态。

技术总结
本发明公布了一种仿生蜂巢壁桶状气囊封堵结构及控制方法，该封堵结构包括泄洪道、封堵气囊、上端连接盖和下端连接盖，封堵气囊的左右两端分别固定上端连接盖和下端连接盖，封堵气囊设置在泄洪道中，下端连接盖上固接有进气管和排气管，进气管和排气管的头部与外界的气泵连接，该控制方法包括以下步骤：S1安装、S2封堵和S3放气，本发明的有益效果是，本发明该结构的壁层采用仿生蜂窝结构，可提高气囊的抗压强度，并且结构简单，适用于圆形通道。通过控制系统，实现气囊的充气/排气的自动化，从而达到泄洪道临时封堵效果。到泄洪道临时封堵效果。到泄洪道临时封堵效果。


技术研发人员：查荣瑞 魏屹坤 程品 赵培双 余记远 胡勇 李小冬 普中勇 简云忠 谭彬 杨关发 郭金敏 苏武华
受保护的技术使用者：上海交大海洋水下工程科学研究院有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/8/4