CN101952516A - 安全闸门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水利工程的安全闸门，该水利工程例如是水坝或防护性围堤上的河坎或泄洪道，该安全闸门包括安置在水利工程顶部上的并通过重力保持在水利工程顶部上的基座元件(1)，以便限定水密或基本水密的壁，该壁安装在所述水利工程上并可以收起，从而允许水在水库或水道的高度达到预定高度时无阻塞通过，其中，闸室(2)形成在基座元件(1)的底部处且位于基座元件(1)和支撑它的表面之间，加压装置使闸室(2)由水填充，以便在水库或水道中的水达到预定高度时，在基座元件下面产生向上的力。根据本发明，加压装置由供水结构(3)处的进水口组成，该供水结构具有由内部竖壁(4)限定的两个隔间(3a、3b)，两个隔间(3a、3b)通过在供水结构(3)顶部设置的至少一个通道(5)互相连通，一个隔间(3a)在它的底部具有一个或多个开口，所述开口允许来自水库或水道的水进入供水结构(3)，而另一隔间(3b)和基座元件(1)下面的闸室(2)连通。本发明用于诸如水坝或防护性围堤上的河坎或泄洪道的水利工程。

Description

安全闸门

技术领域

本发明涉及用于水利工程的安全闸门(hausse fusible)，该水利工程例如是水坝或防护性围堤上的河坎或泄洪道，该安全闸门包括形成水密或基本水密的壁的结构，其安装在所述水利工程上并通过重力来保持，并且可以收起，以便允许水无阻塞通过，所述结构根据重量和大小定尺寸，以便在水达到预定高度时由水驱走。

背景技术

这类安全闸门广为人知，并通常安装在跨水库安置的底坎(seuil)顶部，目的在于提高所述底坎上游的水库的水的高度。安装在水坝的底坎上的安全闸门允许提高水坝的蓄水水平，或改善所述水坝面对洪水的安全性。安全闸门也可以安装到河流边缘的围堤的泄洪道的底坎上，并且可以保护邻近区域免遭洪水，在这种情况下泄洪道安置在围堤上的所选位置，使得在发生洪水时，水在不危害邻近河流的其它区域的情况下流入临时存储水库或流入所选地面。

安全闸门可以是非溢流型或溢流型，即，在溢流型的情况下，安全闸门可以允许在闸门上游水的高度高于顶部的保留高度h_RN并且水位没有超过预定高度h_MAX时一定量的水通过闸门的顶部。在所有情况下，如果安全闸门上游水的高度在洪水期间达到预定高度h_MAX，安全闸门必须收起，以便释放水库中保留的水容量并因此防止水侵入邻近的上游区域或者毁坏围堤或水坝。

安全闸门特别应用于由填料建造的堤(levée)或围堤或水坝，或者应用于部分由填料建造且部分由混凝土或砖石建造的混合型围堤或水坝。围堤可以是穿过水道的正面围堤，或是沿水道用于保护周围陆地免遭洪水的侧面围堤。至于水坝，它可以是建立水库的任何类型的水坝，或与上述水坝相关的山凹水坝(barrage de col)。

关于上面指出类型的众多水利工程，已知的是在异常现象，例如发生威胁毁坏工程的洪水的情况下，建立有益断裂点，该有益断裂点在工程上的预定位置产生，该预订位置被选择为使工程断裂对工程自身和/或洪水淹没人员或财产造成的损失最小化。这些断裂点可以通过安全闸门形成，该安全闸门设置在所选的围堤、堤防或水坝的顶部上，或者设置在允许以必需流量排放的其它系统的顶部上。

这样的闸门包括至少一个重的坚固闸门元件，该闸门元件安放在溢流底坎顶部上，并且通过重力维持在溢流底坎顶部上，所述闸门元件具有预定保留高度h_RN并根据重量和大小来定义尺寸，因此对于预定高度h_MAX，由水施加于闸门元件的力矩达到趋向于将闸门元件保持在溢流底坎上的重力力矩，并因此在闸门上游的水位达到预定高度h_MAX时所述闸门元件失去平衡并被驱走。

显然，对于中量级的洪水，尽管水位没有达到使闸门失去平衡的预定高度h_max(其中水位实际上可以确定为等于或稍低于水的最大高度)，水可以通过由最平常的流速(débits)定义尺寸的阀门和其它设备排出，由此不会导致闸门的毁坏并且随后不会停止由所述闸门阻塞泄洪道。另一方面，在发生特大洪水的情况下，水位达到使闸门失去平衡的预定高度h_MAX，并且一个或多个闸门元件自动失去平衡，并在水的力量作用下单独被水驱走，因此不需要外部介入，所以再次给予底坎充分排放的能力。

为促使所述闸门元件在必须排出异常洪水时失去平衡和倾斜，提供了在闸门元件下面形成的闸室(chambre)中、当水位达到使闸门失去平衡的预定高度h_MAX时产生压力的装置，该装置根据水利工程师认可的术语被称为负压装置(sous-pression)。

有利地，这样的装置可以被安置为使得在水位保持低于预定高度h_MAX时在闸门元件的闸室中施加的负压保持为零或很低，并且使得在水位达到所述预定高度的瞬间，具有更大数值的负压突然施加到闸门元件上，元件的尺寸使得在这个瞬间，失稳驱动力矩大于稳定力矩。

这样的装置特别地通过管道形成，该管道称为井道，其具有通向所述闸室中的下端和位于与所述预定高度对应的高度处的上端。

现有技术的系统面临外部自然现象(浮体、波浪)的破坏和攻击问题，导致它们的功效或精密度降低。

为了解决这个问题，已知的是，配备与闸室连通的管道上端，该管道具有针对浮体以避免其堵塞的防护设备，或具有针对波浪的防护设备，以避免在水位还没有达到预定高度h_MAX的情况下，一个或多个连续波浪通过在闸室中产生压力，不合时宜地触发闸门倾斜。因此这些设备的目的在于，当水库或水道中水的平均高度没有达到倾斜的预定高度h_MAX时、当一个或多个连续波浪出现时，限制水进入井道，并且因此在进水口附近的水的高度大于井道高度。

这样的设备可由漏斗构成，该漏斗的上边缘处于比预定高度更高的高度处，如专利申请FR 2733260或EP 0493183中所描述的。

在其它用来排出洪水的泄洪道设备中，如EP 0435732中所描述，提出了其它形式的防护设备，其中管道末端弯曲成虹吸管形，或由防护钟形罩构成，该防护钟形罩覆盖管道上端并且该防护钟形罩的顶部处于比预定高度h_MAX稍高的高度处。

然而，可以注意到，这样的防护设备是不够的。因此，尽管漏斗形式提供了对漂浮废弃物的防护，但并没有提供对一定程度的波浪的足够有效的防护。由此，总是遭受与波浪部分相关的倾斜而不是与实际的洪水相关的倾斜的危险。

同样注意到，覆盖管道顶端的钟形罩对于避免漂浮废弃物阻塞和波浪造成的危险不提供有效保证。事实上，对于该实施例，在常规运行中，即在水位低于或等于闸门的保留高度h_RN的情况下，钟形罩的进水口开口处于水位以上，因此漂浮废弃物可以阻塞进水口或井道自身，并且另外该井道仍然可受到破坏。

另外，注意进水口开口的位置，井道对波浪保持敏感，因此总是遭受不期望的倾斜的危险。

因此，上面描述的安全闸门仍然受到下面的性能降低的原因影响：破坏，特别是偷窃金属零件；与大型波浪有关的效应，该效应可以在水位实际上没有达到高度的情况下触发闸门倾斜；以及由在水面上漂浮的废弃物堵塞加压装置。

此外，用于倾斜闸门的预定高度的调整并不精确。事实上，有时，在水库或水道中的水位明显高于闸门的保留高度h_RN的时候(比较图9)，因为与滞留在溢流底坎的水连结的通道中的水流速度增加，所以在接近闸门处的水位趋向于降低高度Δh。因此，精确地确定使闸门失去平衡的水库或水道的预定水位是困难的，特别是因为接近闸门处的水的高度对水道或水库的总高度变化的低灵敏性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种克服了上述现有技术的问题的闸门，该闸门对外部自然现象导致的破坏和侵蚀问题的灵敏性降低，并且该闸门的运行是最优化的，并特别允许对闸门倾斜高度的细微调节。

为此，本发明提供一种用于水利工程的安全闸门，其包括：

-基座元件(élément massif)，包括具有保留高度h_RN的壁；

-闸室，形成在基座元件的底部并且位于所述基座元件和支撑基座元件的表面之间；以及

-用于闸室的加压装置，允许闸室由水填充，以在基座元件的下面产生从小向上的推力，以便允许在闸门上游的水达到预定高度h_MAX时通过倾斜收起基座元件；

值得注意的是，加压装置包含用于闸室的供水结构，该供水结构具有两个由内壁限定的隔间，两个隔间通过在供水结构的顶部设置的至少一个通道互相连通，该通道的高度与闸门倾斜的预定水位h_MAX基本对应，隔间中的一个具有至少一个开口，该开口用于水进入供水结构，该开口安置在低于保留高度h_RN的高度h处，并且另一隔间与闸室连通。

因此，进水口，即用于水进入供水结构开口，处于闸门顶部的下面。

在另一方面，用于水利工程的安全闸门(该水利工程例如是水坝或防护性围堤的河坎、泄洪道)包含基座元件，该基座元件安置在结构顶部上，并通过重力保持在顶部，以便限定水密或基本水密的壁，该壁安装在所述水利工程上并能收起，以便在水库或水道的高度达到预定高度时允许水无阻塞通过，闸室形成在基座元件的底部且位于基座元件和支撑它的表面之间，加压装置允许用水填充闸室，从而在水库或水道中的水达到预定高度时，在基座元件下面产生向上推力，安全闸门的特征在于，这些加压装置由供水结构处的进水口组成，该供水结构具有由内部竖壁限定的两个隔间，两个隔间通过在进水口顶部设置的至少一个通道互相连通，隔间中的一个在它的底部具有一个或多个开口，当另一隔间与基座元件下面的闸室连通时，该开口允许来自水库或水道的水进入。

因此，在水上升时，用于水进入供水结构中的开口被淹没。因此，非常有利地，在水上升的情况下，水以正常方式在供水结构下部从浸没的开口进入加压装置，因此由于漂浮废弃物处于所述表面以下，所以避免了漂浮在水面上的废弃物堵塞加压装置入口导致的所有危险。

此外，由于进入与闸室连通的隔间受到限制，破坏的危险，(例如偷窃这些闸门的零件)也受到限制。因此进入隔间的难度提高，使得对金属(例如不锈钢)制成的附件的偷窃变得相对复杂。因此改善了设备的不可侵犯性。

因此，根据本发明的安全闸门包括用来抵抗对所述闸门进行外部破坏和侵犯的装置。

另外，非常有利地，因为在波浪发生时，由于用于水进入供水结构中的开口浸没在闸门顶部高度的下面，优选浸没在波浪的波谷下面，因此波浪不影响进入如此形成的供水结构的水的量，所以由波浪效应导致的不精确性的后果降低。

因此，与导致闸门倾斜的上游水的高度相关的精度显著改善。

优选地，用于水进入供水结构中的开口安置在低于

的高度h处，其中L是与水利工程有关的波浪的最大理论波长。因此，即使是在波浪理论振幅最大的时候，进水开口也处于波谷的下面，因此完全消除了波浪对闸门倾斜的影响。

有利地，用于水进入供水结构中的开口安置在闸室的供水结构的下部附近。因此，进水开口必须处于波谷下面。

根据优选实施例，进水口和因此基本上空心柱体形式的供水结构安置在基座元件的底部、加压闸室的上面。

根据另一实施例，所述进水口和供水结构设置在基座元件的外面。

供水结构的两个隔间之间的通道设置在供水结构的上部和内部竖壁的上端之间。

根据第一变型实施例，根据本发明的供水结构包括所谓上游隔间，该上游隔间在它的底部包含面对上游的进水口，因此允许回收水流的部分动能。在另一方面，用于水进入供水结构中的开口安置为面对上游。

通过上面描述的供水结构，实现对导致闸门倾斜的水的高度的细微调节是可能的。事实上，预先地，特别由于靠近闸门处的水位降低的现象，所以必须将闸门的井道的高度设置成分级高度，该分级高度的间距很大，以便补偿相邻近闸门的倾斜高度的不精确性，如图9所示。

特别地，需要通过与导致对闸门加压所需的额定填充相对应的高度来将多个闸门的倾斜水平分级，以便以希望的顺序获得闸门的倾斜并防止同时倾斜。

上面描述的供水结构方法允许减少额定填充水高度，并有利地允许减小闸门之间的倾斜高度的差别。在洪水发作期间，获得上游水库中水位的更细微调节。由于供水结构之间的倾斜水平的间距减少，也可以推迟第一闸门的倾斜。

此外，在图9示出的结构中，在邻近的闸门倾斜时，因为流过底坎的水流速度增加，所以泄洪道上的水位下降，并因此难以产生井道，对于水库中高水位允许对底部闸室施压。具有正面进水口的根据本发明的闸门的供水结构的适当构造，允许产生压力(H)，该压力(H)由与泄洪道上的水位(h_e)对应的静压力和与泄洪道上的水流速度对应的动压力(v²/2g)产生。产生的压力(H)与水库或水道中的总水位(H＝h_e+v²/2g)相对应。

根据第二变型实施例，进水口可以设置在供水结构的上游隔间的侧面上，从而入水口独立于水流流速。在另一方面，用于水进入供水结构中的浸没的开口安置在侧面，从而水的进入独立于水流速度。

因此，可见，水通过第一隔间的底部进入，并在供水结构中上升，直到内部竖壁的上端，然后一旦达到预定高度，就流入第二隔间并因此流向基座元件下面的闸室。

优选地，内部竖壁的上端具有曲径(labyrinthe)，以便提高水通过的流速。

根据本发明的安全闸门可以具有或没有直线顶部。

在本发明的一个实施例中，闸门的被称作横梁的部分具有斜边边缘(bord biseauté)，并且，在横梁底面的上游部分上，设置有抵靠在浇注在凹槽中的辅助密封部分上的条带，该凹槽设置在底座上。

根据一个实施例，供水结构的内壁限定了两个隔间，水通过浸没的开口进入隔间，该开口围绕与闸室连通的隔间。

附图说明

下面参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的安全闸门的横截面图；

图2示出了沿着根据图1的闸门的线AA的剖面图；

图3示出了沿着图2中的闸门的线BB的剖面图；

图4示出根据本发明的闸门的井道的内部竖壁的端部的剖面图；

图5a和图5b示出了提供的解决方案，该解决方案目的为在底座表面的线性度不能提供足够精确的公差的情况下，安装闸门的底部；以及

图6示出根据图2的顶部的透视图；

图7a和图7b分别示出了根据本发明的具有直线顶部的安全闸门的前透视图和后透视图；

图8a和图8b分别示出了根据本发明的具有非直线顶部的安全闸门的两个例子的前透视图；

图9示出了闸门和由于沟渠中流速增加导致的靠近闸门处的水位的变化；

图10是根据一个实施例的闸门的透视图，其中上游面具有用于水进入供水结构中的开口；

图11是图2中闸门的剖面的透视图；

图12是根据本发明的另一实施例的闸门的透视图，其中侧面具有用于水进入供水结构中的开口。

具体实施方式

根据本发明的安全闸门用于设置在水利工程的顶部上，该水利工程例如是水坝或防护性围堤上的河坎或泄洪道。该安全闸门由通过重力保持在顶部上并形成水密或基本水密的壁的基座元件1组成。为此，基座元件1包含至少一个具有水的保留高度h_RN的壁13。

在某些情况下，顶部不是直线的，而是曲径形式的，该曲径形式允许增大闸门的通过量。就是说，这样的实施方式使闸门能够为更大的一波水提供更大的溢流通过量。

该基座元件1安装到水利工程上，以便能从第一竖立位置通过，如图1所示，然后在水库或水道的高度达到预定高度时，为允许水实际上无阻塞地通过而收起。

闸室2在基座元件1的底部、在基座元件1和支撑基座元件的表面之间形成。加压装置允许用水填充闸室2，以便在水库或水道中的水达到预定高度h_MAX时，在基座元件1下面产生向上的推力。闸室2也具有排水沟(purge)2a，该排水沟允许在闸门不在额定倾斜配置中的时候，将进入闸室的水排出。

实际上，多个闸门邻近安置，并且每个闸门都具有不同的倾斜预定高度h_MAX，以便根据洪水的量级逐渐增加排放能力。因此必须非常精确地调整闸门倾斜高度的确定，以便获得所期望的闸门倾斜顺序并防止闸门同时倾斜。

加压装置由供水结构3构成，该供水结构具有由内部竖壁4限定的两个隔间3a和3b，这两个隔间3a和3b通过在供水结构3的上部与内部竖壁4的上端之间设置的通道5互相连通。

优选地，供水结构3具有在上部打开的基本上成正方形的截面。另外，供水结构通过平板3c封闭，这允许保留进入供水结构3内部的入口以便于维护操作。

一个隔间3a在它的下部具有一个或多个开口6，该开口6允许来自水库或水道的水进入供水结构3，而另一隔间3b和基座元件1底部处的闸室2连通。

用于水进入供水结构中的开口6安置在低于保留高度h_RN的高度h处。就是说，进水开口6的上边缘处在低于保留高度h_RN处，即处在低于壁13的上边缘处。另外，进水开口6处在低于和闸室2连通的隔间3b的进入通道处。因此以曲折通路(chicane)的形式实现了水进入闸室2。

优选地，发现供水结构中的进水开口必须安置在低于

的高度h处，其中L是与水利工程有关的波浪的最大理论波长。

例如，对于给定的水利工程，尤其可以根据与暴露在风中的持续时间、风力和水库或河道的尺寸相关的数据，来确定所要考虑的波浪的最大高度和它的周期。

尤其，可以以具有2m高度、周期为5秒的波浪为例。该波浪的波长是20m。在这些情况下，发现在深度为L/2处，也就是说在深度为10m处，不会感受到表面波浪。

因此，根据本发明，供水结构的进水口开口6设置在至少低于水的保留高度h_RN的10m处。

优选地，进水口开口6安置在供水结构下端的附近处。

在另一未示出的实施例中，也可以设置供水结构中的进水口开口处在低于闸门底部的高度的位置，即低于闸门支撑表面。该实施例可以特别地通过制作独立于闸门的入水口来实施，该入水口在本文档余下的部分中描述。

另外应该注意，在图1、图2、图3、图6、图7a和图7b所示的实施例中，供水结构3包括安置在上游面上的供水结构中的进水口开口6和安置在侧面的进水口开口。

在图8a、图8b、图10所示的其它实施例中，可替代地，可以仅在上游面上设置一个或多个进水口开口，以便因此允许回收水流的部分动能。

在该实施例中，应当注意，因为部分动能回收，所以供水结构中的水位h_struct高于供水结构附近的水流的高度。

因此，回收一部分动能，使得供水结构中的水位h_struct独立于靠近闸门处的水位下陷现象并且独立于沟渠14中的水流速度。

在图12所示的另一实施例中，设备具有一个或多个仅安置在侧面上的进水口开口，使得水的进入独立于水流的动能。因此，在该实施例中，闸门的倾斜不考虑靠近闸门处的水位下陷，并因此取决于沟渠中的水流速度。

因此，在供水结构中如此形成的进水口开口6允许正常水流进入供水结构，并且波浪现象不再能够在闸室2中产生过压(surpression)的危险。

优选地，曲径7安置在内部竖壁4的端部，因此允许增加供水结构中朝闸室2的水的流速，可见于图4。该曲径7可由几个波形物组成。

为防止破坏和改善性能的目的，将新型密封件安置在闸门的底部处。事实上，当闸门抵靠在它的底座8(即，水利工程的顶部)上时，需要提供一定程度的密封。为此，将密封件装配在底座和闸门之间，更精确地装配在闸门的被称为横梁9的零件的下面。为此，在底座8上，即在闸门支撑物上设置凹槽10，将辅助密封部分安置在该凹槽中，该辅助密封部分例如为自平滑浆料(coulis auto lissant)11，其允许获得出色的闸门定位，并允许闸门1和它的支撑物10之间的间隔减少到接近0的值。在横梁9上实现斜边边缘9a，然后，在横梁9的底面的上游部分，安置柔性条带12，其压缩在辅助密封部分11和横梁9之间，确保了足够的密封性。

因此，根据本发明的闸门在防御破坏的可靠性和安全性方面具有改善的品质。

根据图8a，在具有受防护的单波(simple onde)曲径的安全闸门中，供水结构的内壁40限定了两个隔间30a和30b，水通过围绕隔间30b的进口60进入隔间30a，水通过通道50流到壁40上，然后朝着加压闸室落入隔间30b。

图8b示出具有受防护的双波(double onde)曲径的另一实施例，其中壁4限定了隔间3a和3b。

本发明并不受所述例子限制，而是包括变型。

Claims (12)

1.一种用于水利工程的安全闸门，其包括：

-基座元件(1)，包括具有保留高度h_RN的壁；

-闸室(2)，形成在所述基座元件(1)的底部处并且位于所述基座元件(1)和支撑所述基座元件(1)的表面之间；以及

-用于所述闸室(2)的加压装置，允许所述闸室(2)由水填充，从而在基座元件的下面产生从下向上的推力，以便允许在闸门上游的水达到预定高度h_MAX时通过倾斜收起基座元件，

所述闸门的特征在于，所述加压装置包含用于闸室的供水结构(3)，所述供水结构具有两个由内壁(4)限定的隔间(3a、3b)，所述两个隔间(3a、3b)通过在供水结构(3)的顶部设置的至少一个通道(5)互相连通，所述通道(5)的高度与用于闸门倾斜的预定水位h_MAX基本对应，所述隔间中的一个(3a)具有至少一个开口(6)，所述开口用于水进入所述供水结构(3)，所述开口安置在低于保留高度h_RN的高度h处，并且另一隔间(3b)与所述闸室(2)连通。

2.根据权利要求1所述的闸门，其特征在于，用于水进入所述供水结构(3)的所述开口安置在低于

的高度h处，其中L是与水利工程有关的波浪的最大理论波长。

3.根据权利要求1或2所述的闸门，其特征在于，用于水进入所述供水结构的所述开口安置在用于支撑所述基座元件(1)的表面下面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的闸门，其特征在于，用于水进入所述供水结构(3)的所述开口(6)安置在用于所述闸室的供水结构(3)的下部附近。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的闸门，其特征在于，所述供水结构(3)基本上以柱体形式从所述基座元件(1)的底部在所述闸室(2)的上面延伸。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的闸门，其特征在于，所述供水结构(3)设置在基座元件(1)之外。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的闸门，其特征在于，所述供水结构(3)的两个隔间(3a、3b)之间的通道(5)设置在所述供水结构(3)的上部和所述内壁(4)的上端之间。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的闸门，其特征在于，用于水进入所述供水结构(3)的所述开口(6)安置在上游面，以便由此允许回收水流的一部分动能。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的闸门，其特征在于，用于水进入所述供水结构(3)的所述开口(6)安置在侧面，使得水的进入独立于水流的动能。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的闸门，其特征在于，所述内壁(4)的上端具有曲径(7)从而提高水通过的流速。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的闸门，其特征在于，所述闸门的被称为横梁(9)的部分具有斜边边缘(9a)，并且，在所述横梁(9)底面的上游部分上设置有条带(12)，所述条带抵靠在浇注在凹槽(10)中辅助密封部分(11)上，所述凹槽(10)设置在底座(8)上。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的闸门，其特征在于，所述供水结构的内壁(40)限定两个隔间(30a、30b)，水通过用于水进入所述供水结构的所述开口(60)进入所述隔间(30a)，所述开口(60)围绕与所述闸室(2)连通的所述隔间(30b)。

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