CN105178263A - 磁力对开空间斜轴水力自控闸门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种磁力对开空间斜轴水力自控闸门，包括由浇筑为一个整体的闸墩与闸底板构成的闸室，闸墩对称地布设在闸底板的两侧；还包括对开式闸门、空间斜轴和磁力装置；两侧闸墩上对称地布置有空间斜轴，空间斜轴与闸底板形成α夹角，与平行于上、下游方向的铅直面形成β夹角；闸室内侧安装空间斜轴位置的上游段闸墩面和下游段闸墩面分别设计成扭面；对开闸门，固定在两侧闸墩的空间斜轴上；对开闸门上分别设置有闸墩磁铁与闸门磁铁；闸墩磁铁与闸门磁铁为同性磁极的磁铁；闸门磁铁设置在每扇闸门边缘的中间。本发明无需外动力，即可由上游来水情况实现闸门的自动启闭，闸门渐开性好，更好地实现了自动完成蓄水及泄水目的。

Description

磁力对开空间斜轴水力自控闸门

一、所属领域

本发明涉及一种磁力对开空间斜轴水力自控闸门。

二、背景技术

水力自动翻板闸门是一种节能、环保型闸门，在我国已经有很广泛地应用，但存在着：水力特性较复杂、闸板及其支承结构产生了巨大水流阻力、受到水流的巨大压力作用、运行中会出现“拍打”破坏现象、启闭不灵活等问题。为此，研发了斜轴式水力自控闸门等。

斜轴式水力自控闸门，能很好地自动完成蓄、泄水对闸门工作的要求，可替代水力自动翻板闸门、常规闸门、浆砌石拦河坝、橡胶坝等设施进行蓄泄水工作，能随着上游水位高低自动调整闸门的开度，自动完成蓄水、泄水工作，同时，自身受力小，使闸墩等建筑物受力减小，工作条件更加完善，解决了水力自动翻板闸门、常规闸门、浆砌石拦河坝、橡胶坝等蓄水建筑物受力大，结构稳定性差，漏水淤积，改变了河道自然状态，闸门工作需要外力控制等不足。但斜轴式水力自控闸门，由于斜轴式水力自控闸门只设计有一扇闸门，由于下泄水流不对称，流态较为复杂，所以，研发了对开斜立轴式水力自控闸门(申请号：2015203210641)，解决了水流状态不对称的问题。再者，斜轴式水力自控闸门及对开斜立轴式水力自控闸门由于斜轴只在垂直面内倾斜，即斜轴为平面斜轴，当闸门开度较大时，闸门自重产生的使闸门关闭的力矩减小，不利于闸门的关闭。为了使闸门水流状态理稳定，闸门受力更小，结构更加稳定安全，使用更加灵巧，发明人在上述研究基础上进行了改进，研发了磁力对开空间斜轴水力自控闸门。

三、发明内容

本发明提供了一种磁力对开空间斜轴水力自控闸门，无需外动力，即可由上游来水情况实现闸门的自动启闭，闸门渐开性好，开启与关闭更加省力，同时，闸门蓄水性能好，泄流能力强，水流对称，状态稳定，不会产生“拍打”失稳的现象，同时，当闸门达到较大开度后，能更好地随水位下降而及时减小闸门开度，更好地实现了自动完成蓄水及泄水目的。

一种磁力对开空间斜轴水力自控闸门，包括由浇筑为一个整体的闸墩与闸底板构成的闸室，闸墩对称地布设在闸底板的两侧；还包括对开式闸门、空间斜轴和磁力装置。

两侧闸墩上对称地布置有空间斜轴，空间斜轴不仅在水流方向的铅直面上向上游倾斜，而且还在垂直于水流方向的铅直面上向闸室内部(即两个闸墩之间)倾斜，即空间斜轴上端同时向水流上游方向和闸室中心线方向倾斜；空间斜轴下端固定在闸墩与闸底板连接处；空间斜轴与闸底板形成α夹角，与平行于上、下游方向的铅直面形成β夹角，α、β的大小根据闸门材料、重量、上游水位以及闸门要求的开度等参数综合分析计算确定；空间斜轴通过锚固结构与闸墩刚性连接；闸室内侧安装空间斜轴位置的上游段闸墩面和下游段闸墩面分别设计成扭面；所述的对开闸门，由两扇大小一样的、左右对称布置的闸门组成；每扇闸门分别固定在两侧闸墩的空间斜轴上；左、右两扇闸门的宽度之和略大于两侧闸墩之间净距，使两闸门在关闭时，产生适当的挤压力，以压紧闸门缝隙中的止水，防止漏水现象的产生；当对开闸门完全关闭时，对开闸门在立面上的投影高度与闸墩高度相等或稍低；对开闸门的两扇闸门可分别绕着各自的空间斜轴向下游方向在0°～90°左右的范围内转动(闸门的最大开度可根据当地情况，由设计条件确定)，但不能沿着空间斜轴的轴线方向上下移动；在每扇闸门达到最大开度时相对应的闸墩及闸门上，分别设置有闸墩磁铁与闸门磁铁；闸墩磁铁与闸门磁铁为同性磁极的磁铁；闸门磁铁设置在每扇闸门边缘的中间位置，闸墩磁铁与闸门磁铁位置相对应；闸墩磁铁和闸门磁铁的磁力大小由闸门所受力情况，分析确定，以能保证上游水位上升到一定高度时，闸门能全部打开为准。

本发明空间斜轴的设计保证了闸门在不同开度时，闸门重量产生的关门力矩较大，解决了斜轴式水力自控闸门开度较大时，闸门自重产生的使闸门关闭的力矩减小，不利于闸门的关闭的问题；由于空间斜轴同时向水流上游方向和闸室中心线方向倾斜，所以，为了更方便地将空间斜轴固定闸墩上，同时，为了使闸室内水流状态稳定，这样使闸室内侧的闸墩面设计成扭面，当闸门关闭时，由于对开闸门之间产生的挤压力，可以使闸门更加稳定，更利于闸门纵缝之间的止水效果，可由设计要求确定；对开闸门可采用平面闸门，并有适当的重量，闸门的重量视上游水深大小而定，以保证在上游水压力作用下，能自由开启、关闭，并保证安全运行为原则；闸门关闭时，闸门的下端面支撑在闸底板上；两扇闸门之间、闸门与两侧闸墩之间及闸门与闸底板之间均设置有止水，以防止闸门关闭时产生漏水；当上游水位由较高水位开始下降时，闸门在磁铁的磁力作用下，能更好地及时减小闸门开度，更好地控制下泄流量大小。闸门和闸墩上磁铁所产生的磁力，再加上闸门受到的水压力及闸门自重的共同作用，闸门处在一个受力平衡状态，能很好地起到减轻闸门振动的作用。在磁铁磁力作用下，一是可以有效地控制闸门工作过程中的振动，起到减振作用；二是在两磁铁产生的磁力作用下，能很好地帮助闸门随着水位下降而逐渐关闭，解决当闸门开度较大、使闸门自重产生的绕空间斜轴转动的力矩较小、不能更好地及时随水位下降而自动减小开度的问题。

本发明工作时，当上游来水量变化后，使水位发生改变，这样作用在闸门上的水压力也会随之变化，闸门在水压力、闸门自重及磁铁产生的磁力共同作用下，可自动完成闸门的开启和关闭过程：

首先将两侧的空间斜轴分别对称地装置在两侧闸墩上，并通过锚固结构与闸墩之间刚性连接，再将对开式闸门通过轴承或铰分别对称地固定在两侧的空间斜轴上，当上游来水量增大，闸门前水位升高到一定高度时，上游来水作用在闸门上的力矩(绕空间斜轴的力矩)大于闸门自重及磁力产生的绕空间斜轴的力矩，在克服了转动摩擦力作用后，对开闸门分别绕着各自的空间斜轴向水流下游方向转动，对开闸门自动打开，并通过闸门与闸门之间、闸门与闸底板之间的过水通道向下游泄水；当上游来水量维持一定量不再变化时，对开闸门下泄流量与上游来水量相等，闸门前水位保持稳定，闸门开度保持稳定；如果上游来水量进一步增加，闸门前水位升高到一定高度时，水压力作用在对开闸门上的力矩进一步大于闸门自重及磁力所产生的绕空间斜轴的力矩，对开闸门向水流下游方向的开度会进一步增大，使下泄流量进一步增大，若当上游来水流量增大到一定量不再变化时，闸门前水位保持稳定，闸门下泄流量与上游来水流量相等，对开闸门的开度保持稳定；当上游来水流量增大到一定程度、闸门前水位上升到一定高度后，对开闸门会全部打开，可使对开闸门绕空间斜轴向水流下游方向旋转90°左右，此时，对开闸门与闸墩靠近，对开闸门开度达到最大，以很好地完成泄水的需要。为防止闸门在工作过程中产生振动，在对开闸门与闸墩之间相对应的位置，设置有同性磁极的磁铁，即闸墩磁铁与闸门磁铁，当闸门开度达到最大时，磁铁之间产生的磁力达到最大，并完成了储能的过程；闸门在水压力、闸门自重及磁力共同作用下，可以很好地减轻闸门的振动，使闸门工作更加平稳。

当上游来水量减小时，闸门前水位会随之下降，使得上游水压力作用在对开闸门上的绕空间斜轴的力矩小于闸门自重及磁力所产生的绕空间斜轴的力矩，在克服了转动摩擦之后，对开闸门会自动向着水流上游的方向转动，则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，则闸门前水位保持稳定，闸门下泄流量与上游来水流量相等，并保持不变，对开闸门开度保持稳定；当上游来水量进一步减小时，水位进一步下降，上游水压力作用在闸门上的绕空间斜轴的力矩，进一步小于闸门自重及磁力所产生的绕空间斜轴的力矩，使得闸门进一步自动向着关闭的方向转动，则闸门的开度会进一步自动减小，从而使下泄流量进一步减小；当上游来水量减小到一定程度时，闸门前水位下降到一定高度时，对开闸门会自动关闭，以保持蓄水状态，这样磁铁产生的磁力能很好地帮助闸门产生关门力矩，解决了对开斜立轴式水力自控闸门，当开度较大时，闸门自重产生的关门力矩较小的难题。

当闸门关闭后，由于对开闸门之间、闸门与两侧闸墩之间、闸门与闸底板之间均设置有止水，可保持闸门不漏水，完成蓄水任务，以便于兴利使用。

所以，闸门的工作完全是由上游水位的高低来自动调控的。随着上游来水量的变化，闸门自动开启并保持一定开度，以自动完成泄水需要，实现了闸门由上游来水的自动控制，实现了无人值守工作制度，非常方便实践中推广应用。闸门结构简单，开启、关闭更加方便灵活，闸门受力条件更加完善，水流下泄条件更加合理，水流状态更加稳定。

四、附图说明

图1磁力对开空间斜轴水力自控闸门示意图

1-闸底板；2-闸墩；3-对开闸门；4-闸墩磁铁；5-闸门磁铁；6-止水

五、具体实施方式

如图1所示，闸墩为两侧对称布置的混凝土结构，或钢筋混凝土结构，或浆砌石结构等，视上游水深大小而定，以保证安全稳定为依据，闸墩高度应大于上游水深，以保证安全运行为依据；闸底板为钢筋混凝土结构，或混凝土结构，或浆砌石结构等，亦视上游水深大小而定，以保证安全稳定为依据；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；闸门的自重视水深大小确定，以保证在上游水压力、闸墩磁铁与闸门磁铁产生的磁力作用下，能自由启闭并保证安全运行为原则；空间斜轴采用不铸钢、合金等金属材料，并通过锚固结构固定在闸墩上；对开式闸门为预制钢筋混凝土结构或具有一定重量及刚性、强度的其它材料，要求闸门质地均匀，其质量大小应满足在一定水位时，闸门能自动关闭为依据。闸门通过轴承固定在空间斜轴上，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，使闸门可自由地绕着空间斜轴转动；在各扇闸门之间、闸门与两侧闸墩之间以及闸门与闸底板之间均设置有止水，防止闸门关闭时产生漏水现象，保证正常蓄水；

闸墩磁铁与闸门磁铁之间的磁力大小由闸门所受力情况，分析确定，以能保证上游水位上升到一定高度时，闸门能全部打开为准，这样，当上游水位由最高水位开始下降时，闸门在自重及磁力作用下，能更好地及时减小闸门开度，更好地控制下泄流量大小。

闸门在工作过程中，受到闸墩磁铁与闸门磁铁产生的磁力、闸门自重，以及闸门受到的水压力，在它们的共同作用，闸门处在一个受力平衡状态，能很好地起到减轻闸门振动的作用，且闸门受力较小。这样既减缓闸门在工作中产生强烈振动问题，又解决了闸门开度较大时，闸门只依靠自重产生的关门力矩较小而使闸门关闭困难的问题，闸门工作更加平稳。

磁力对开空间斜轴水力自控闸门，依靠上游水位高低自动控制其开度大小，具有以下优点：

(1)结构更简单，无需外动力控制，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，运行更加灵活等特点，实现了无人值守运行。

(2)能准确、及时地随着上游水位的升降，而即时地自动调节闸门开度，自动开启和关闭闸门，自动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)泄水能力强，水流对称，流态稳定。在上游来水作用下，对开闸门可以对称地开启或关闭，使下泄水流状态对称，过水净宽大，水流阻力小，能使漂浮物顺利过闸，还兼有冲沙闸的作用，更便于冲沙冲淤，更接近河流天然状态，确保泄洪安全及河流环境安全。

(4)磁力对开空间斜轴水力自控闸门，工作过程中，一直处于受力平衡状态，闸门受力小，稳定性更强。

(5)磁力对开空间斜轴水力自控闸门由于增加了闸墩磁铁与闸门磁铁，使闸门在达到较大开度后而水位开始降低时，能很好地控制、减小闸门的开度，减小下泄流量，很好地协调上游水位与闸门之间的相关关系，解决了对开斜立轴式水力自控闸门关闭闸门较难的问题，使运行更加完善。

Claims (1)

1.一种磁力对开空间斜轴水力自控闸门，包括由浇筑为一个整体的闸墩与闸底板构成的闸室，闸墩对称地布设在闸底板的两侧；其特征在于还包括对开式闸门、空间斜轴和磁力装置；

两侧闸墩上对称地布置有空间斜轴，空间斜轴不仅在水流方向的铅直面上向上游倾斜，而且还在垂直于水流方向的铅直面上向两个闸墩之间的闸室内部倾斜，即空间斜轴上端同时向水流上游方向和闸室中心线方向倾斜；空间斜轴下端固定在闸墩与闸底板连接处；空间斜轴与闸底板形成α夹角，与平行于上、下游方向的铅直面形成β夹角，α、β的大小根据闸门材料、重量、上游水位以及闸门要求的开度等参数综合分析计算确定；闸室内侧安装空间斜轴位置的上游段闸墩面和下游段闸墩面分别设计成扭面；所述的对开闸门，由两扇大小一样的、左右对称布置的闸门组成；每扇闸门分别固定在两侧闸墩的空间斜轴上；左、右两扇闸门的宽度之和略大于两侧闸墩之间净距；当对开闸门完全关闭时，对开闸门在立面上的投影高度与闸墩高度相等或稍低；对开闸门的两扇闸门可分别绕着各自的空间斜轴向下游方向在0°-90°范围内转动，但不能沿着空间斜轴的轴线方向上下移动；在每扇闸门达到最大开度时相对应的闸墩及闸门上，分别设置有闸墩磁铁与闸门磁铁；闸墩磁铁与闸门磁铁为同性磁极的磁铁；闸门磁铁设置在每扇闸门边缘的中间位置，闸墩磁铁与闸门磁铁位置相对应。