一、引言

在水景景觀工程中，噴泉景觀不可或缺?；虼蠡蛐?，總是希望有噴泉元素，或作點(diǎn)綴或作主景。噴泉的噴頭幾乎都是露出水面的，大煞風(fēng)景。人們希望噴泉不噴時(shí)，噴頭不露出水面。

目前通常的解決辦法是，用水旱兩用池的辦法來(lái)解決。將噴泉設(shè)備按旱噴形式安裝在里面，噴頭、燈等處留有孔洞。在旱池頂板上面再設(shè)計(jì)一淺水池，水深約200～300毫米。噴泉使用時(shí)，用泵將水排入另一專設(shè)水池中，不妨叫調(diào)節(jié)池。使噴頭露出水面，噴泉即可使用。噴泉表演完后再用泵將蓄水池的水回灌到噴泉池中。噴泉規(guī)模較大的話，蓄水池的容量就要很大。以西安大雁塔北廣場(chǎng)噴泉為例，調(diào)解池的容積要3000立方米之大?？炫?、回灌用泵的功率也要很大，這是美中不足的事。

對(duì)江河湖里的噴泉，想不要看到噴泉，就無(wú)法用快排快灌的辦法解決。只能用噴頭或系統(tǒng)升降的辦法來(lái)解決。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中水旱兩用噴頭同樣可用升降方法來(lái)解決不露頭的問(wèn)題。這樣可以省卻一調(diào)解用蓄水池。

實(shí)現(xiàn)升降的辦法有多種，如卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)、浮體機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)等。

就液壓機(jī)構(gòu)而言，現(xiàn)實(shí)中人們也是首選油壓。油壓技術(shù)已非常成熟，應(yīng)用也非常普通。但油壓系統(tǒng)在水里應(yīng)用有其局限性。供油系統(tǒng)要設(shè)專門的泵室。液壓缸要么與水隔離，要么用不銹鋼材質(zhì)。一個(gè)大型噴泉系統(tǒng)，油缸與水隔離談何容易。油缸置于水中，一旦漏油，就污染了景觀水。如果將液壓系統(tǒng)的油泵換成清水，如自來(lái)水等。不就可以解決了嗎！是的，完全可以解決。我們的方案是連清水都不用，就用景觀水。

二、水壓升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)分配升降單元

（2）剛性化設(shè)計(jì)要求

（3）升力計(jì)算

（4）水泵與液壓缸的選擇

（5）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)注意事項(xiàng)

（6）升降系統(tǒng)的水路設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)分配升降單元

定義：一個(gè)或多個(gè)水形組合成一個(gè)整體進(jìn)行升降，稱為一個(gè)升降單元。

噴泉形式多種多樣，有的很緊湊，有的很分散，有的主管道還可能相互重疊，有的不同水形還可能共用水泵，有的水形還要由機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，有的一個(gè)噴頭由1臺(tái)或多臺(tái)泵實(shí)現(xiàn)，這就要根據(jù)具體情況來(lái)組合升降單元。

如128個(gè)二維數(shù)控噴頭，成一排排列，可以全部組合在一起形成一個(gè)整體系統(tǒng)同時(shí)升降，這就是一個(gè)升降單元。也可以64個(gè)一組，組成一個(gè)整體系統(tǒng)同時(shí)升降，這就是兩個(gè)升降單元。

確定升降單元注意以下4點(diǎn)：

① 優(yōu)先將同種規(guī)格同種水形組合在一起

② 優(yōu)先將升同一高度的水形組合在一起

③ 距離較近的水形優(yōu)先組合在一起

④ 重量分配要均衡，相對(duì)單元的重心要對(duì)稱

2.剛性化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)單元的組合形式，初步設(shè)計(jì)其連接方式。各系統(tǒng)的剛性大小是個(gè)相對(duì)的概念。剛性大小與支撐點(diǎn)的配置位置，間距有關(guān)。同樣的材料，同樣地結(jié)構(gòu)形式，同樣地升降單元，支撐點(diǎn)多，支撐點(diǎn)的間距近，這個(gè)單元就比另一個(gè)單元?jiǎng)傂源?。不同單元結(jié)構(gòu)形式不同，看上去單元的結(jié)構(gòu)對(duì)其自身而言其剛性比另一看上去較結(jié)實(shí)的系統(tǒng)的剛性不一定小。影響剛性大小的因素較復(fù)雜。各單元結(jié)構(gòu)形式不盡相同，剛性校核也不是一個(gè)模式。但必要時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行剛性校核。

影響系統(tǒng)的剛性大小的主要因素有：

① 結(jié)構(gòu)形式。如直排列的多個(gè)數(shù)控噴頭，采用桁架結(jié)構(gòu)為宜。

② 材料的物理性能。如抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等。

③ 管路系統(tǒng)的主管徑大小

④ 管路系統(tǒng)的形狀，如環(huán)形、線形等。

⑤ 系統(tǒng)設(shè)備重量

⑥ 支點(diǎn)的間距。在這里支點(diǎn)就是液壓缸。

根據(jù)具體方案，具體分析。合理的組合升降單元，合理的配置液壓缸，綜合考慮。合理設(shè)計(jì)其連接方式，考慮用什么方式加強(qiáng)系統(tǒng)的剛性，使其最簡(jiǎn)單造價(jià)最低。

比如一個(gè)環(huán)形噴泉，做為一個(gè)升降單元。選擇幾個(gè)液壓缸均布支撐，系統(tǒng)剛性不夠。此時(shí)可以繼續(xù)考慮加多液壓缸。也可以考慮將主管管徑加大。顯然在成本相當(dāng)?shù)那闆r下，加大管徑就比多加液壓缸好。因?yàn)橥瑯訌澮淮喂苈肪徒鉀Q了。

桁架的材料最好采用管材，因?yàn)楣芸诜舛潞螅渥陨淼呐潘慨a(chǎn)生的浮力，可以平衡一部分自重。這樣在計(jì)算所需升力時(shí)就可以酌減。

3.升力計(jì)算

升力系統(tǒng)所需升力大小由以下因素決定：

①系統(tǒng)的總重量，包括所有隨該系統(tǒng)一起升降的設(shè)備，零部件。如潛水泵、噴頭、閥門、管路、燈具、電纜等都要計(jì)入。

②利用升降系統(tǒng)的升力帶動(dòng)某些附屬設(shè)施所需的力。如用升降系統(tǒng)帶動(dòng)活動(dòng)蓋板開(kāi)啟的力。

③系統(tǒng)升起時(shí)所受到的水的阻力

④系統(tǒng)內(nèi)部的阻力。如液壓缸、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、安裝偏差所減弱的力。

⑤水的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)的力。

⑥噴頭噴水時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的反沖力。

①條系統(tǒng)的總重量可以通過(guò)稱重或通過(guò)計(jì)算得到。

③④⑤條不好算。不妨將系統(tǒng)總重加大個(gè)系數(shù)來(lái)計(jì)算。

⑥條根據(jù)動(dòng)量定理得知。物體所受外力的沖量等于它的總動(dòng)量的變化量。即物體的沖量等于物體的總動(dòng)量增量。根據(jù)動(dòng)量、沖量的定義可以推導(dǎo)出計(jì)算反沖力的簡(jiǎn)化式。

動(dòng)量：運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度的乘積叫動(dòng)量

p：動(dòng)量  單位：千克·米/秒  kg·m/s

m:運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量   單位：千克  kg

v=運(yùn)動(dòng)物體的速度   單位：米/秒  m/s

沖量：力和力作用時(shí)間的乘積叫做力的沖量。

I:沖量 單位：?！っ?nbsp;  N·S

F:作用力 單位：牛頓   N

t:力作用的時(shí)間 單位：秒  S

根據(jù)動(dòng)量定理即噴泉方案確定后噴嘴出水口徑D（單位：米 m）、噴嘴出水量Q（單位：米3/秒  m3/s）、就已知，也就可以計(jì)算出噴水的速度v\及\時(shí)間內(nèi)出水的質(zhì)量m\。

初始速度：\=0

水的密度    單位：1000千克/米3  1000kg/m3

帶入公式

其結(jié)論：

噴頭垂直噴水時(shí)對(duì)其系統(tǒng)的作用力為噴頭出水流量的平方乘以水密度的乘積與噴嘴面積之比。

單位：牛頓  kg·m/s2      

這里提供的反沖力的的計(jì)算方法僅供參考，與有的刊物里所提供的計(jì)算方法不同，結(jié)論也不一樣。

4.水泵與液壓缸選擇

根據(jù)帕斯卡定理：“加在密閉液體上的壓強(qiáng)能夠大小不變由液體內(nèi)部向各個(gè)方向傳遞”。

升力的動(dòng)力源就是由泵給液壓缸內(nèi)的水施加壓強(qiáng)。液壓缸內(nèi)的活塞受壓產(chǎn)生的力與受壓的壓強(qiáng)、活塞的受壓面積成正比。因此合理選擇泵的揚(yáng)程與液壓缸的直徑則是問(wèn)題的關(guān)鍵。

系統(tǒng)確定后，支點(diǎn)位置數(shù)量即可初步確定。就可以計(jì)算出每個(gè)缸所承擔(dān)的力。泵的揚(yáng)程與缸徑先任選定一個(gè)，如先選定一定揚(yáng)程的泵，就可以計(jì)算出液壓缸的直徑。

液壓缸的長(zhǎng)度主要是由所需升降的高度決定的。各單元的升降高度也不一定相同。但同一單元的液壓缸升降高度要相同。已知缸體直徑及缸體高度，就可以計(jì)算出缸體的容積。根據(jù)液壓缸的數(shù)量可以計(jì)算出總?cè)莘e。確定一個(gè)升起時(shí)間，則就可以計(jì)算出所選泵的流量。

根據(jù)方案大小，系統(tǒng)的多少，確定升降泵的功率及數(shù)量。

5.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)注意事項(xiàng)

一個(gè)單元一般地要有多個(gè)液壓缸進(jìn)行升降。液壓缸升起的速度與分配到個(gè)液壓缸的水的速度，與其自身加工的精度，安裝精度等都有關(guān)系。很難保證一個(gè)系統(tǒng)垂直的升降，夸張地說(shuō)就是歪歪扭扭的升與降。如果系統(tǒng)升降高度不很大，且噴頭、燈等處有較大孔洞，則歪歪扭扭的升起來(lái)或降下去也不影響使用，因?yàn)樯巾斁痛怪绷恕Ｈ绻麌婎^、燈等處的孔洞較小，則歪扭的升降就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，要么損壞設(shè)備，要么卡到旱噴的頂板上而升不出來(lái)。為避免這類問(wèn)題的發(fā)生，則需要設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)向。只要導(dǎo)向機(jī)構(gòu)安裝精度保證，就可以解決這類問(wèn)題。

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式不盡相同，選擇輪軌機(jī)構(gòu)較好，因?yàn)椴灰卓ㄋ馈?/p>

影響導(dǎo)向因素主要有3個(gè)：一是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)配合副的配合間隙。二是導(dǎo)軌的安裝垂直度與平行度。三是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)自身的剛性。特別是導(dǎo)軌安裝的垂直度、平行度影響較大。

滑套副導(dǎo)向。如果某一導(dǎo)軌傾斜一角度，系統(tǒng)升的高度超出了導(dǎo)套與導(dǎo)軌的配合間隙所允許的范圍，就會(huì)卡死。

導(dǎo)輪與導(dǎo)軌配合。這種情況雖不會(huì)卡死，但系統(tǒng)隨升高而偏斜。所以導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的垂直度是保證系統(tǒng)垂直升降的關(guān)鍵。

6．升降系統(tǒng)水路設(shè)計(jì)

升降系統(tǒng)的水路設(shè)計(jì)是影響液壓缸同步升降的關(guān)鍵因素。

水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵主要在于如何保證向各升降單元液壓缸供水速度一致，從而保證液壓缸同步升起，返程下降時(shí)液壓缸流出水的速度一致。從而使液壓缸同步下降，這樣才能保證系統(tǒng)圣劍不歪斜。

其措施有：1.每個(gè)液壓缸都應(yīng)設(shè)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，用閥門調(diào)解其進(jìn)水速度。2.供給各液壓缸的管路的管內(nèi)流速不宜過(guò)大，建議小于0.1m/s，使各缸進(jìn)水的壓力盡可能保持一致。3.長(zhǎng)排列的系統(tǒng)應(yīng)以兩端給主管道供水，最好采用封閉環(huán)供水。系統(tǒng)下降時(shí)，泵停止運(yùn)行，靠系統(tǒng)重力自降?；厮苈废到y(tǒng)各缸也要設(shè)調(diào)節(jié)閥門，使回流速度盡量保持一致。

所有調(diào)節(jié)閥門都應(yīng)能夠方便人手動(dòng)操作。

給水泵及下降時(shí)開(kāi)啟回流管的電動(dòng)閥門都應(yīng)有備份。

升降管路系統(tǒng)：

液壓缸安裝的垂直度偏差的大小也是影響升降垂直平穩(wěn)的因素之一。偏差過(guò)大既影響升力也易損壞設(shè)備。

系統(tǒng)安裝時(shí)應(yīng)有手動(dòng)調(diào)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)，也便于維修，系統(tǒng)沉下后可由這些支點(diǎn)支撐。

三、水質(zhì)

現(xiàn)在來(lái)回答為什么可以大膽地用景觀水作為液壓缸的動(dòng)力傳遞介質(zhì)。從液壓缸的結(jié)構(gòu)及水流的方向看，進(jìn)到缸里的水也包括絮凝物、懸浮物，當(dāng)液壓缸下降時(shí)就從排水系統(tǒng)排出去了。在液壓缸里另加一過(guò)濾裝置，該過(guò)濾裝置在進(jìn)水升起時(shí)過(guò)濾，下降排水時(shí)則反沖洗，就可以解決水質(zhì)過(guò)臟的問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用中基本上可以不用加過(guò)濾器。

這正是因?yàn)橛盟鲆簤簜鬟f動(dòng)力的優(yōu)越性。因?yàn)榧词褂行┰S懸浮微粒進(jìn)入缸里可能擦傷活塞與缸的配合，會(huì)使活塞密封不好而漏水，絲毫不影響液壓缸的使用，既不用考慮污染環(huán)境，也不要考慮補(bǔ)充漏油那樣補(bǔ)充水，因?yàn)橹車际撬?。液壓缸的材質(zhì)采用不銹鋼為佳。

與其他方式升降的比較

最常用的就是浮體式升降。浮體式升降的優(yōu)點(diǎn)是可以隨水位變化而變化，同樣存在定位導(dǎo)向問(wèn)題。缺點(diǎn)是耗費(fèi)大量鋼材，浮起100kg重的系統(tǒng)至少要耗100kg的鋼材，占的空間位置也大。安裝工程量大，運(yùn)輸難度大。

而液壓升降在所升高度不是很高的條件下還是比浮體式優(yōu)越。