CN104452684B - 水力自控空心翻板闸门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力自控空心翻板闸门，包括闸墩、闸底板、上挡块、上挡块止水、空心闸门、排水(气)孔、“○”型止水圈、轴承、下挡块、下挡块止水、闸门底部止水、进水孔、闸门轴等。闸墩对称地布置在闸底板的两侧，上挡块互为下挡块分别布设在空心闸门上游一侧的闸墩上部和下部；空心闸门通过闸门轴固定在两个闸墩之间，空心闸门上部设有排气(水)孔和进水孔；本发明可使空心闸门开度随着上游来水量的大小变化而随时自动调节，空心闸门渐开性好，开启关闭更加省力，同时，空心闸门有最大的泄流能力。本发明无需外动力，完全由上游来水实现空心闸门的自动启闭，方便实践中推广应用。

Description

水力自控空心翻板闸门

技术领域

本发明涉及一种水力自控空心翻板闸门。

背景技术

水力自控翻板门是我国水利工程技术人员历经四十多年的艰苦奋斗，研发出来并拥有完全自主知识产权的一种节能、环保型闸门。自上世纪六十年代初第一代水力自控翻板闸门诞生，先后经历了横轴双支铰型、多支铰型、滚轮连杆式和滑块式水力自控型四个发展阶段。

水力自动翻板闸门其主结构为钢筋混凝土或其它材料的实体闸门，一般可用于替代平板提升闸门、弧形闸门及橡胶坝，适用于拦蓄河水和泄洪。但是，水力自动翻板闸门仍存在着很多的缺陷：横轴式自动翻板闸门在开启时要求有足够大的水位，即要在横轴上部的门板上产生的水压力要克服门板自重及门板在横轴下部的产生的水压力作用，才能开启，使闸门开启受到很大限制，开启不灵活；而关闭时要求门板上游要有足够低的水位才能关闭，会影响正常蓄水；由于横轴式自动翻板闸门支承结构的自身特点，闸门开度受到了限制，有的要么不开，要开就一下开到最大，不能随着上游来水量的大小变化而随时自动调节；再者，目前的水力自动翻板闸门支承结构均在水流之中，影响过水能力。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种水力自控空心翻板闸门，可使空心闸门开度随着上游来水量的大小变化而随时自动调节，空心闸门渐开性好，开启关闭更加省力，同时，空心闸门有最大的泄流能力。本发明无需外动力，完全由上游来水实现空心闸门的自动启闭。

一种水力自控空心翻板闸门，包括闸墩、闸底板、上挡块、上挡块止水、空心闸门、排水（气）孔、“○”型止水圈、轴承、下挡块、下挡块止水、闸门底部止水、进水孔、闸门轴等。

所述的闸墩对称地布置在闸底板的两侧，闸墩墩顶高程大于上游水位一定高度，以满足安全运行为依据确定；上挡块布设在空心闸门上游一侧的闸墩上部；下挡块布设在空心闸门下游一侧的闸墩下部；两侧闸墩上的上挡块和下挡块分别对应设置；即两侧闸墩上的上挡块安装高度一致；两侧闸墩上的下挡块安装高度一致；上挡块与下挡块均与闸墩浇注成一体；上挡块的底面高程与下挡块的顶高程，以不影响空心闸门在设计的开度范围内自由关闭和开启为依据，且当闸门开到最大开度时，能使闸门支撑在上、下挡块上；由于设计有上挡块和下挡块，可以减轻闸门运行中过度振动，还可以防止闸门进一步转动，造成旋转过度，从而可保证其最大的过水能力；上挡块和下挡块应突出闸墩侧面，当闸门关闭时，起到支撑空心闸门的作用，从而实现上游水位一定时可以蓄水的目的；上、下挡块的强度和刚度以能保持空心闸门处在关闭状态及闸门处在最大开度时的稳定为依据；所述空心闸门宽度与两侧闸墩之间的净距离相等，空心闸门高度稍低于闸墩高度或与闸墩等高，视相关设计要求而定；空心闸门通过闸门轴固定在两个闸墩之间，闸门轴水平布置，两端用轴承（或铰）固定在两侧闸墩上，闸门轴将空心闸门分为上下两部分，闸门轴在空心闸门上的安装位置应通过计算确定，以使闸门能在一定的上游水压力作用下，按着设计运动状况工作为依据；空心闸门可以绕着闸门轴在0°~90°范围内做顺时针或逆时针转动；所述空心闸门为具有一定厚度的中空结构，其上、下两端为流线型结构，以减小对水流的流动阻力；为保证空心闸门的刚性和强度，在空心闸门内部设置有互相垂直的纵向隔板和横向隔板；所述纵向隔板和横向隔板均设置有若干个相互通水的孔洞，以便可以使水在空心闸门中流动；所述空心闸门下部迎水面均匀地设有若干个进水孔，以便使上游水源的水能较为流畅地流入到空心闸门中；空心闸门上部迎水一面均匀设有排气/水孔，以便在上游水位升高，致使闸门中水位升高后能及时排出空心闸门中的水及空气；进水孔的个数多于排气（水）孔的个数，具体个数以能使空心闸门正常运行为原则确定；由于上游水源可以通过进水孔进入空心闸门，通过排气（水）孔排出空心闸门，从而可以使空心闸门中的水位随着上游的水位变化而变化，当上游水位低于空心闸门门顶时，空心闸门中水位与上游水源水位等高；当上游水位高于空心闸门门顶时，由于进水孔个数多于排气（水）孔个数，所以，空心闸门的进水能力强于排水能力，此时，能保证空心闸门中一直充满水，作用在闸门轴上的力矩可以保持不变，使空心闸门运行更加稳定；空心闸门关闭时，空心闸门的下端面支撑在闸底板上，上部支承在上挡块上，下部支承在下挡块上；在空心闸门与闸底板之间设置有闸门底部止水；空心闸门和上挡块及下挡块之间分别设置有上挡块止水和下挡块止水；空心闸门全部打开时，空心闸门与上挡块的底部以及下挡块的顶部接触；在闸门轴外围和闸门与闸墩接触的缝隙中均设置有“○”型止水圈，以防止闸门关闭时产生漏水。

本发明中，空心闸门的关闭和开启完全由上游水位的高低及空心闸门内水位变化来自动调控，实现了无人值守工作，方便实践中推广应用。

附图说明

图1 本发明结构图

图2 图1中沿Ⅰ-Ⅰ方向剖面图

图中：1-闸墩；2-上挡块；3-空心闸门；4-排水（气）孔；

5-闸门横隔板；6-闸门纵隔板；7-“○”型止水圈；8-轴承；9-下挡块；10-闸门底部止水；11-进水孔；12-闸门轴；13-闸底板；14-下挡块止水；15-上挡块止水。

具体实施方式

闸墩为混凝土结构，或钢筋混凝土结构，或浆砌石结构等，以能保证闸墩安分工作为依据；闸底板为钢筋混凝土结构，或混凝土结构，或浆砌石结构等，亦以能保证闸墩安分工作为依据；两侧闸墩与闸底板现场浇筑，并浇筑成一个完整的整体结构，以增加其稳定性；闸墩高度应大于或相等闸门高度，以保证安全运行为依据；闸门轴采用不锈钢或合金等材料，并通过轴承固定在闸墩上，闸门轴要求有足够的强度和刚度，保证闸门轴不产生任何变形；空心闸门为铸钢或合金钢等材料，应具有一定刚性和强度，做好防锈处理，空心闸门内设置有纵向和横向隔板，以增加空心闸门的刚性和强度。轴承可视受力大小采用滚动轴承或滑动轴承或采用铰支承，使空心闸门可自由地绕着闸门轴转动，并做好防水处理；上挡块、下挡块应与闸墩浇注成一个整体结构，并保证强度要求；在空心闸门与上、下挡块之间、空心闸门与闸底板之间均设置有条形止水，在闸门轴四周的闸门与闸墩之间设置有“○”型止水圈，以防止空心闸门关闭时产生漏水，保证正常蓄水。

本发明工作时，当上游来水量变化后，使水位发生改变，这样作用在空心闸门上的水压力也会随之变化，空心闸门在上游水压力及空心闸门中水重力的共同作用下，可自动完成空心闸门的开启和关闭过程：

上游水量较低时，此时需要关门蓄水，由于其水位为一定值，上游水源的水可以通过进水孔自由进入空心闸门，其内空气由排水（气）孔排出，空心闸门内的水位与上游水源水位等高；由于空心闸门下部填充着一定的水量，致使空心闸门下部的总重量大于上部的重量，因此，下部闸门及水对闸门轴产生的逆时针方向的力矩大于上部的产生的顺时针方向的力矩，空心闸门呈关闭状态，有利于蓄水。

若上游来水量增加，水位升高，由于进水孔的作用，使空心闸门内的水位也上升到与上游水源水位相同的水位，空心闸门中的部分气体由排气（水）孔排出；当上游水位与空心闸门门顶等高或高于空心闸门闸顶时，同样，由进水孔的作用，可使空心闸门内充满水，气全部排出，进入闸门的多余的水量也会通过排气（水）孔排出，可以一直保持空心闸门中充满着水；这样使空心闸门轴上部的水量增加到最大，利用这部分水重，相应地增大了闸门轴上部空心闸门的重量，更有利于闸门的开启。此时，闸门上部、下部对闸门轴产生的力矩差就成为一个定量，之后，空心闸门的旋转则完全由空心闸门上、下游的水压力控制；随着上游来水量进一步增大，闸前水位升高到一定高度时，在空心闸门、其内水重和上游水压力共同作用下，使得作用在空心闸门上部的力矩（绕闸门轴的力矩）大于下部的力矩（绕闸门轴的力矩），会使空心闸门顺时针旋转，空心闸门自动打开，上游来水会通过空心闸门与闸底板之间及空心闸门顶上面的通道向下游泄水；当上游来水量维持一定量不再变化时，空心闸门下泄流量与上游来水量相等，空心闸门前水位保持稳定，则空心闸门的开度保持稳定；如果上游来水量进一步增加，则空心闸门前水位进一步升高，作用在空心闸门上部的力矩与下部的力矩差进一步增加，空心闸门的开度会进一步增大，使下泄流量进一步增大，若当上游来水量增大到一定量不再变化时，空心闸门前水位保持稳定，空心闸门下泄流量与上游来水量相等，则空心闸门的开度保持稳定；当来水量增大到一定程度、空心闸门前水位上升到一定高度后，空心闸门会全部打开，此时，空心闸门与上挡块的底部以及下挡块的顶部接触，空心闸门开度达到最大，使泄流能力达到最大，以很好地完成泄洪的需要。

当上游来水量减小时，空心闸门前水位会随之下降，闸门轴上部重量、闸门内水重及上游水压力作用在闸门轴的力矩与下部的力矩差也逐渐减小，使空心闸门的开度减少，下泄流量减少；当上游水位进一步减小时，作用在空心闸门上部的力矩与下部的力矩差进一步减小，使得闸门自动向着水流上游的方向转动，则空心闸门的开度会自动减小，从而减小下泄流量；若当上游来水量减小到一定量不再变化时，则空心闸门前水位保持稳定，空心闸门下泄流量与上游来水量相等，并保持不变，则空心闸门的开度保持稳定；如果上游水位的进一步降低，当低于空心闸门门顶时，空心闸门内的水位也随之下降，空心闸门上部的水重减小，致使作用在空心闸门上部的力矩与下部的力矩差快速减小，闸门开度进一步减小；当上游来水量减小到一定程度时，空心闸门前水位下降到一定程度时，则由闸门轴下部重量、闸门内水重及上游水压力作用在闸门轴的力矩会大于上部的力矩，使空心闸门的开度减少，直至完全关闭，完成了自动关闸蓄的任务。

当空心闸门关闭后，由于在空心闸门与两侧闸墩、闸底板以及上、下挡块之间均设置有止水，可保持空心闸门不漏水。能较好地保留住空心闸门上游的蓄水，以便于兴利使用。

水力自控空心翻板闸门，依靠上游水位及闸门内水位高低变化，自动控制其开度大小，具有以下优点：

（1）结构简单，无需机电设备等外动力启闭，不需要专人操作控制。它完全由上游来水情况自动调控，具有节省人力、物力，使用方便，的特点，实现了无人值守运行。

（2）能准确、及时地自动调节闸门开度。随着上游水位的升降，闸门能逐渐、自动、准确、及时开启和关闭，完成泄水和蓄水过程，使下泄流量与闸前来流量维持动态平衡，蓄水、泄水、防洪安全可靠。

（3）水力自控空心翻板闸门，可以旋转近90°，减掉了目前自动翻板闸门的门后支承结构，大大减小了水流阻力，过流能力更强，能使漂浮物顺利过闸，便于冲沙冲淤，确保泄洪安全。

（4）水力自控空心翻板闸门门板为钢闸门，结构简单，方便制作和运输，使用寿命长。

（5）与一般水力自动翻板相比，开启更加灵活方便，解决了水力自动翻板经常无法开启，影响泄水的矛盾。

本发明的创新点是：

①将实体闸门设计成为空心闸门；

②利用空心闸门中水位变化而产生的水重量变化，作为闸门启闭动力的一部分，改变了以往只是利用上游水压力作为闸门启闭动力的现状，使得闸门的启闭更加灵活，工作更加可靠。

该闸门设计原理独特，无论在技术上，还是使用性能等方面，均产生了质的飞跃。

Claims (1)

1.一种水力自控空心翻板闸门，其特征在于包括闸墩、闸底板、上挡块、上挡块止水、空心闸门、排水/气孔、“○”型止水圈、轴承、闸门底部止水、下挡块、下挡块止水、进水孔和闸门轴；

所述的闸墩对称地布置在闸底板的两侧，闸墩墩顶高程大于上游水位高度；上挡块布设在空心闸门上游一侧的闸墩上部；下挡块布设在空心闸门下游一侧的闸墩下部；两侧闸墩上的上挡块和下挡块分别对应设置；即两侧闸墩上的上挡块安装高度一致；两侧闸墩上的下挡块安装高度一致；上挡块与下挡块均与闸墩浇注成一体；上挡块和下挡块突出闸墩侧面；所述空心闸门宽度与两侧闸墩之间的净距离相等，空心闸门高度稍低于闸墩高度或与闸墩等高；空心闸门通过闸门轴固定在两个闸墩之间，闸门轴水平布置，两端用轴承或铰固定在两侧闸墩上；空心闸门绕闸门轴在0°~90°范围内做顺时针或逆时针转动；所述空心闸门为中空结构，空心闸门上、下两端呈流线型；空心闸门内部设置有互相垂直的纵向隔板和横向隔板；所述纵向隔板和横向隔板均设置有若干个相互连通的孔洞；所述空心闸门下部迎水面均匀地设有进水孔；空心闸门上部迎水一面均匀设有排气/水孔；进水孔的个数多于排气/水孔的个数；空心闸门与闸底板之间设置有闸门底部止水；空心闸门和上挡块及下挡块之间分别设置有上挡块止水和下挡块止水；空心闸门全部打开时，空心闸门与上挡块的底部以及下挡块的顶部接触；在闸门轴四周的闸门与闸墩之间设置有“○”型止水圈，以防止空心闸门关闭时产生漏水，保证正常蓄水。