CN102022968B - 闸门开度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闸门开度检测装置，该装置由测量杆、用于检测闸门开启或关闭过程中测量杆所处的实际位置以获取闸门开度电气信号的长行程位移传感器、防晃动组件和安装支架构成，所述长行程位移传感器布置在闸门的两侧边缘，与长行程位移传感器相配合的测量杆布置在闸门结构的挡水工作面内侧或外侧，所述安装支架固定在闸墙的侧墙上，安装支架通过防晃动组件与长行程位移传感器相连。本发明换算环节较少、受外界影响较小、检测精度高、安全可靠、制造简单、成本较低，采用刚性结构，提高恶劣环境适应能力，采用外置式布置，便于安装维护。

Description

闸门开度检测装置

技术领域

本发明涉及闸门开度检测领域，特别是涉及一种闸门开度检测装置。

背景技术

弧形闸门和垂直平板闸门是水利水电行业防洪发电控制性关键设备。弧形闸门的结构参见图1和图2所示，弧形闸门的门叶结构5为挡水工作面，支臂11位于弧形闸门的挡水工作面5两侧，支臂11为钢结构，支臂11两侧末端设有弧形闸门支铰轴12，液压启闭机油缸体14顶部设有液压启闭机油缸支铰轴15，弧形闸门通过弧形闸门支铰轴12和液压启闭机油缸支铰轴15四个支点支撑，安装在位于两道混凝土闸墙之间的河道中。弧形闸门靠安装在闸墙两侧的两套液压启闭机提升，液压启闭机油缸活塞杆13处于完全伸出状态时，弧形闸门处于全关位，闸门开度为零；液压启闭机油缸活塞杆13处于完全收缩状态时，弧形闸门处于全开位。

垂直平板闸门的结构参见图3所示，垂直平板闸门的门叶结构10为挡水工作面。垂直平板闸门通过油缸安装点安装在位于两道混凝土闸墙之间的河道的门槽中，靠安装在闸墙横梁上的两套液压启闭机提升，与液压启闭机油缸体14相连的液压启闭机油缸活塞杆13处于完全伸出状态时，垂直平板闸门处于全关位，闸门开度为零；液压启闭机油缸活塞杆13处于完全收缩状态时，垂直平板闸门处于全开位。

目前闸门开度检测形式有以下三种：

(1)参见图4、图5、图8、图9和图10，钢丝绳开度仪机体16与钢丝绳17配合，通过发条形盘卷弹簧轴带动旋转编码器，来检测液压启闭机油缸体14的位移，从而间接检测闸门开度，也简称钢丝绳开度仪。具体的，钢丝绳外置式弧形闸门开度仪的结构参见图4所示，钢丝绳内置式弧形闸门开度仪的结构参见图5所示，钢丝绳外置式垂直平板闸门开度仪的结构参见图8所示，钢丝绳内置式垂直平板闸门开度仪的结构参见图9所示，钢丝绳直接设在垂直平板闸门上的开度仪的结构参见图10所示。

(2)带有倾斜仪18的弧形闸门开度仪，具体结构参见图6所示，通过倾斜仪18检测液压启闭机油缸体14运行的倾斜角度，间接换算弧形闸门的开度。

(3)参见图7和图11所示，带有刻度的陶瓷活塞杆19与带有刻度的数据采集器CMS20配合，检测液压启闭机活塞杆的位移，从而直接或间接检测闸门开度，简称陶瓷活塞杆开度仪。具体的，带有陶瓷活塞杆19的弧形闸门开度仪的结构参见图7所示，带有陶瓷活塞杆19的垂直平板闸门开度仪的结构参见图11所示。

与闸门开度检测相关的专利有：公开号为CN101290208的发明专利，在钢丝绳卷扬机驱动轴上安装齿轮计数器，仅适用于卷扬启闭机驱动的闸门开度检测；公开号为CN201104236的实用新型专利，结构与图4、图8和图10相符。公开号为CN200944050的实用新型专利，结构与图6相符；公开号分别为CN201373740、CN2496919的实用新型专利，结构与分别图5、图9相符。

目前的闸门开度检测装置存在如下缺陷：换算环节较多，易受外界影响，检测精度较低，安全可靠性较差，制造工艺复杂，成本较高，维修不便。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种换算环节较少、受外界影响较小、检测精度较高、安全可靠、制造简单、成本较低、便于维修的闸门开度检测装置。

本发明提供的一种闸门开度检测装置，该装置由测量杆、用于检测闸门开启或关闭过程中测量杆所处的实际位置以获取闸门开度电气信号的长行程位移传感器、防晃动组件和安装支架构成，所述长行程位移传感器布置在闸门的两侧边缘，与长行程位移传感器相配合的测量杆布置在闸门的挡水工作面内侧或外侧，所述安装支架固定在闸墙的侧墙上，安装支架通过防晃动组件与长行程位移传感器相连。

在上述技术方案中，所述长行程位移传感器上设置有与测量杆匹配的、用于保持其与测量杆间隙合理的导槽。

在上述技术方案中，所述测量杆靠近闸墙布置，并通过设置在闸门的挡水工作面内侧或外侧的若干安装柱固定。

在上述技术方案中，所述安装支架靠近闸墙的顶部布置。

在上述技术方案中，所述闸门为弧形闸门或垂直平板闸门。

在上述技术方案中，所述长行程位移传感器为刚性弧形长行程位移传感器或刚性直线长行程位移传感器。

在上述技术方案中，所述测量杆为刚性弧形不锈钢测量杆或刚性直线不锈钢测量杆。

在上述技术方案中，所述防晃动组件为弹性防晃动组件。

本发明没有采用传统的钢丝绳、倾斜仪或者陶瓷活塞杆之类的部件，而是将刚性结构的长行程位移传感器直接布置在弧形闸门或垂直平板闸门的两侧边缘，用以直接测量闸门开度，换算环节较少、受外界影响较小、检测精度较高、安全可靠、制造简单、成本较低，采用刚性结构，提高恶劣环境的适应能力，采用外置式布置，便于安装维护。

附图说明

图1为弧形闸门的俯视图；

图2为弧形闸门的侧视图；

图3为垂直平板闸门的结构示意图；

图4为钢丝绳外置式弧形闸门开度仪的结构示意图；

图5为钢丝绳内置式弧形闸门开度仪的结构示意图；

图6为带有倾斜仪的弧形闸门开度仪的结构示意图；

图7为带有陶瓷活塞杆的弧形闸门开度仪的结构示意图；

图8为钢丝绳外置式垂直平板闸门开度仪的结构示意图；

图9为钢丝绳内置式垂直平板闸门开度仪的结构示意图；

图10为钢丝绳设在垂直平板闸门上的开度仪的结构示意图；

图11为带有陶瓷活塞杆的垂直平板闸门开度仪的结构示意图；

图12为本发明应用在弧形闸门上的结构示意图；

图13为本发明应用在垂直平板闸门上的结构示意图；

图14为图12的A-A视图；

图15为图13的A-A视图；

图16为本发明应用在弧形闸门上的开度检测与计算原理图。

图中：1-刚性弧形长行程位移传感器，2-刚性弧形不锈钢测量杆，3-弹性防晃动组件，4-安装支架，5-弧形闸门的挡水工作面，6-刚性直线长行程位移传感器，7-刚性直线不锈钢测量杆，8-闸墙，9-安装柱，10-垂直平板闸门的挡水工作面，11-支臂，12-弧形闸门支铰轴，13-液压启闭机油缸活塞杆，14-液压启闭机油缸体，15-液压启闭机油缸支铰轴，16-钢丝绳开度仪机体，17-钢丝绳，18-倾斜仪，19-陶瓷活塞杆，20-数据采集器CMS。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

参见图12所示，本发明实施例安装在弧形闸门上，由刚性弧形长行程位移传感器1、刚性弧形不锈钢测量杆2、弹性防晃动组件3和安装支架4构成，刚性弧形长行程位移传感器1用于：检测弧形闸门开启或关闭过程中，刚性弧形不锈钢测量杆2所处的实际位置，以获取闸门开度电气信号。刚性弧形长行程位移传感器1布置在弧形闸门的两侧边缘，刚性弧形长行程位移传感器1上设置有导槽，与刚性弧形不锈钢测量杆2匹配，参见图14所示，导槽约束住刚性弧形不锈钢测量杆2，使刚性弧形长行程位移传感器1与刚性弧形不锈钢测量杆2之间始终保持合理间隙。弧形闸门的挡水工作面5的内侧或外侧设置有若干安装柱9，刚性弧形不锈钢测量杆2靠近闸墙8布置，通过若干安装柱9固定在弧形闸门的挡水工作面5的内侧或外侧。安装支架4靠近闸墙8的顶部布置在闸墙8的侧墙上，并通过弹性防晃动组件3与刚性弧形长行程位移传感器1相连。当弧形闸门发生晃动时，弧形闸门带动刚性弧形不锈钢测量杆2和刚性弧形长行程位移传感器1一起晃动，弹性防晃动组件3克服由此可能带来的对安装装置的损伤。

参见图13所示，本发明实施例安装在垂直平板闸门上，由刚性直线长行程位移传感器6、刚性直线不锈钢测量杆7、弹性防晃动组件3和安装支架4构成，刚性直线长行程位移传感器6用于：检测垂直平板闸门开启或关闭过程中，刚性直线不锈钢测量杆7所处的实际位置，以获取闸门开度电气信号。刚性直线长行程位移传感器6布置在垂直平板闸门的两侧边缘，刚性直线长行程位移传感器6上设置有C形导槽，与刚性直线不锈钢测量杆7匹配，参见图15所示，导槽约束住刚性直线不锈钢测量杆7，使刚性直线长行程位移传感器6与刚性直线不锈钢测量杆7之间始终保持合理间隙。垂直平板闸门的挡水工作面10的内侧或外侧设置有若干安装柱9，刚性直线不锈钢测量杆7靠近闸墙8布置，通过若干安装柱9固定在垂直平板闸门的挡水工作面10的内侧或外侧。安装支架4靠近闸墙8的顶部布置在闸墙8的侧墙上，并通过弹性防晃动组件3与刚性直线长行程位移传感器6相连。当垂直平板闸门发生晃动时，垂直平板闸门带动刚性直线不锈钢测量杆7和刚性直线长行程位移传感器6一起晃动，弹性防晃动组件3克服由此可能带来的对安装装置的损伤。

为了达到更好的效果，使检测精度更高，本发明实施例中的刚性弧形长行程位移传感器1和刚性直线长行程位移传感器6，可以采用由本申请人申报公开、公开号为CN2615636的实用新型专利中的长行程位移传感器。

本发明的工作原理如下：

垂直平板闸门的开度检测为直接检测。

弧形闸门的开度检测与计算原理如下：

参见图16所示，在具体的推导计算过程中，假设存在一个以弧形闸门的支铰轴为圆心、以R为半径的圆，R为常数，弧形闸门开度最低位与圆心之间的半径与铅垂线上位于下半圆的半径之间形成夹角α0，α0为常数，圆心角α0对应圆弧L0，则L0＝(2πR*α0)/360°，由于半径R和圆心角α0均为常数，所以弧长L0也为常数。假设铅垂线与圆形成的2个交点中正下方的交点(圆的最低点)与弧形闸门开度最低位之间的高度为初始高度H0，则H0＝R-(R*cosα0)，由于半径R和角α0均为常数，所以初始高度H0也为常数。

弧形闸门在开启或关闭的过程中，假设弧形闸门开度检测位和圆心之间的半径与铅垂线上位于下半圆的半径之间形成夹角α，圆心角(α-α0)对应圆弧L，则通过公式L＝(2πR*α)/360°-L0，可以推导出公式α＝360°(L+L0)/2πR。弧形闸门在开启或关闭过程中，弧形闸门开度检测位与弧形闸门开度最低位之间的高度为弧形闸门开度H，在半径R、角α0、弧长L0和初始高度H0均为常数、弧长L可以检测的前提下，结合公式α＝360°(L+L0)/2πR和H+H0＝R-(R*cosα)，可推导出弧形闸门开度H的计算公式：

H＝R-{R*cos[360°*(L+L0)/2πR]}-H0。

下面通过2个案例进行验证：

已知R＝10000mm，α0＝30°，

则H0＝10000-(10000*cos30°)

＝1340mm，

L0＝(2πR*30°)/360°

＝5236mm。

(1)假设检测出L＝3000mm，

则角度α＝360°(3000+5236)/(2π*10000)

＝47.19°，

最终计算出H＝10000-(10000*cos47.19°)-1340

＝1864mm。

(2)假设检测出L＝12000mm，

则角度α＝360°(12000+5236)/(2π*10000)

＝98.76°，

最终计算出H＝10000-(12000*cos98.76°)-1340

＝10487mm。

当计算过程中三角函数的计算取值保留四位小数时，弧形闸门开度的计算值可精确到mm。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种闸门开度检测装置，其特征在于：该装置由测量杆、用于检测闸门开启或关闭过程中测量杆所处的实际位置以获取闸门开度电气信号的长行程位移传感器、防晃动组件和安装支架(4)构成，所述长行程位移传感器布置在闸门结构的两侧边缘，与长行程位移传感器相配合的测量杆布置在闸门结构的挡水工作面内侧或外侧，所述安装支架(4)固定在闸墙(8)的侧墙上，安装支架(4)通过防晃动组件与长行程位移传感器相连。

2.如权利要求1所述的闸门开度检测装置，其特征在于：所述长行程位移传感器上设置有与测量杆匹配的、用于保持其与测量杆间隙合理的导槽。

3.如权利要求1所述的闸门开度检测装置，其特征在于：所述测量杆靠近闸墙(8)布置，并通过设置在闸门结构的挡水工作面内侧或外侧上的若干安装柱(9)固定。

4.如权利要求1所述的闸门开度检测装置，其特征在于：所述安装支架(4)靠近闸墙(8)的顶部布置。

5.如权利要求1至4任一项权利要求所述的闸门开度检测装置，其特征在于：所述闸门为弧形闸门或垂直平板闸门。

6.如权利要求1至4任一项权利要求所述的闸门开度检测装置，其特征在于：所述长行程位移传感器为刚性弧形长行程位移传感器(1)或刚性直线长行程位移传感器(6)。

7.如权利要求1至4任一项权利要求所述的闸门开度检测装置，其特征在于：所述测量杆为刚性弧形不锈钢测量杆(2)或刚性直线不锈钢测量杆(7)。

8.如权利要求1至4任一项权利要求所述的闸门开度检测装置，其特征在于：所述防晃动组件为弹性防晃动组件(3)。

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