CN112253488B - 一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置及其运行方法，包括中心轴、导流板、双级拍门、大型弹簧、磁力板和水泵顶盖。双级柔性拍门装置为可拆卸结构，每一级拍门由2个单独的拍门构成，单个拍门的外侧采用1/4圆曲面造型，设置在所述出水喇叭口的正上方，活动连接于中心轴且可绕中心轴进行螺旋移动且二级拍门的重量大于一级拍门，单个拍门中和水泵顶盖中均设有磁板层，单个拍门和拍门顶盖之间斜向布置大型弹簧。整个装置通过拍门自重、弹簧弹力（拉力）、磁板吸引力以及水压力之间的平衡关系实现分级出流和分级断流。本发明结构简单，构思新颖，能保证开机时拍门能够被顺利、及时的打开且水流能保持良好的流态，关机时拍门利用重力及时关闭。

Description

一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种排灌双向泵站开机时开启，停机时关闭的断流装置，具体讲的是一种新型双级柔性拍门装置及其运行方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

在某些地区，由于内河水位与外河水位相差不大，且旱涝交替频繁，往往要求建在该地区沿岸的泵站具有双向抽水功能，即能灌溉又能排涝。因此，低扬程、大流量、投资少、安装检修简便的双流道、双向抽水泵站及相应的立轴开敞式轴流泵机组（双向流道泵站）应运而生。但双向泵站在启动过程中，通常使用出水闸门通过先抽循环水的方式开机和停机，时间长，过程繁琐，影响泵站运行的安全性和可靠性，同时使用拍门则会因闭门力太大难以打开，且关机时会产生震动。

发明内容

鉴于以上所述解决双向泵站在运行时，使用出水闸门通过先抽循环水的方式开机和停机，时间长，过程繁琐，影响泵站运行的安全性和可靠性，使用拍门会因闭门力太大难以打开，关机时会产生震动等问题。本发明的目的在于提供一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置及其运行方法，目的在于提高泵站安全性、可靠运行，即保证开机时拍门能够被顺利、及时的打开，关机时拍门利用一部分重力及时关闭，同时通过开启不同的进水闸门和出水闸门，配合机组运行，实现提灌、提排、自灌和自排的功能。本发明结构简单，构思新颖，能保证开机时拍门能够被顺利、及时的打开且水流能保持良好的流态，关机时拍门利用重力及时关闭。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，包括泵轴、中心轴、导流板、双级拍门、导叶帽、水泵顶盖和轴封装置，其特征在于：所述双级柔性拍门装置为可拆卸结构，整个双级拍门由4个单独的拍门构成，单个拍门的外侧采用1/4圆曲面造型，设置在所述出水喇叭口的正上方，活动连接于所述泵轴外部的中心轴且可绕所述中心轴进行螺旋升降移动，所述泵轴上端固定设有轴封装置和水泵顶盖。

进一步的，所述双级柔性拍门装置的泵轴安装于中心轴内并与之通过轴承实现转动连接，所述中心轴从叶轮处向上延伸至电机处，用以安装上述导流片，当水泵运行时，泵轴带动叶轮进行旋转，中心轴固定不动。

进一步的，所述双级拍门由4个单独的拍门构成，其中每两个拍门构成一级，同一级的两个拍门的质量相同且第一级拍门的质量小于第二级拍门。

进一步的，所述双级柔性拍门装置环绕于中心轴布置，各级拍门间隔布置，即在内河侧布置有单个一级拍门和单个二级拍门，在外河侧布置有单个一级拍门和单个二级拍门，同一级拍门围绕中心轴对顶布置。

进一步的，所述双级柔性拍门装置单个拍门结构从上到下依次为柔性材料层，磁板层，防撞层。

进一步的，所述双级柔性拍门装置单个拍门中均安装有一磁性板（磁板层），各个磁性板之间形状跟大小完全相同。

进一步的，单个拍门跟水泵顶盖之间设有大型弹簧，所述弹簧一端锚固于单个拍门的柔性材料层，另一端锚固于水泵顶盖，单个拍门上设有5根大型弹簧。

进一步的，所述导流板分上下层两组，每组各有4片且形状相同，上下两层导流板穿过双级拍门连续布置。

进一步的，所述下层导流板布置在导叶帽跟水泵出水口之间，沿水泵出水室周向等角度均匀地布置在水泵出水室的内壁上，单个导流板为曲面花瓣型，其曲率从下往上线性减小，曲率半径从下往上逐渐增大。

进一步的，所述下层导流板的顶部曲率和曲率半径跟上层导流板的底部曲率和曲率半径相同。

进一步的，所述上层导流板布置在水泵出水口跟水泵顶盖之间，其包含两对导流片，每两片轴向连续布置的导流板构成一对，其一对导流板的轴向方向为顺水流方向且在平行于水平面上的投影为圆弧扇形，在垂直于水平面上的投影为梯形，另一对导流板的轴向方向为垂直水流方向且在平行于水平面上的投影为圆弧扇形，在垂直于水平面上的投影为梯形。

进一步的，所述双向进水流道和双向出水流道（即上层流道、下层流道）的断面均为矩形，通过钢筋混凝土浇筑而成，水泵出水喇叭口跟上层闸门底板整体浇筑。

进一步的，所述水泵顶盖为圆形金属结构，通过螺栓固定在所述双向出水流道的顶板中，轴封装置固定安装在水泵顶盖上端。

进一步的，所述水泵顶盖上端分别布置有4块磁力板，且所述磁力板的形状跟双级拍门中的磁力板相同且磁性相反，但尺寸大于所述双级柔性拍门中的磁力板。

进一步的，整个装置通过拍门自重、弹簧弹力（拉力）、磁板层吸引力以及水压力之间的平衡关系实现分级出流和分级断流。

一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的运行方法，其特征是，当水泵机组启动后，水流从导水锥的四周经出水喇叭口进入水泵叶轮室，获得能量后的水体再通过下层导流板进入出水室，进而冲击双级拍门；

过流时，双级拍门受到往上的水压力，质量较轻的一级拍门首先被冲开，斜向上打开；当一级拍门达到一定开度时，二级拍门开始被冲开，斜向上打开；当所述大型弹簧被完全压缩时，水泵顶盖磁板层与拍门磁板层之间的吸引力达到最大，此时拍门的开度达到最大，水泵的运行流量达到最大，双级拍门进入正常稳定运行状态。

当水泵正常停机或事故停机时，水压力减小，质量较重的二级拍门首先斜向下关闭，当二级拍门关到一定程度时，一级拍门开始斜向下关闭。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其结构简单、工作原理清晰，能保证开机时拍门能够被顺利、及时的打开，关机时拍门利用重力及时关闭。

2、本发明使用了上下两层导流板，下层导流板将出水室分隔成数个既相连又分隔的空间，引导水流平顺有序的在出水室中流动，提高了出水时的水流均匀度，改善了泵的出水条件；上层导流板能有效隔断叶轮出口旋涡和回流的连续性，降低旋涡强度，减少水力损失，提高泵的扬程和稳定性。

3、本发明使用了双级柔性拍门，当泵站开机时且水流量不大时，水流冲击拍门，此时质量较轻的一级拍门由于受到水压力被水顶开，随着水量的增大，一级拍门到一定开度后，质量较大的二级拍门也被顶开，此时拍门全部打开，解决了普通拍门装置难以一次性全部打开的问题；当停机时，由于二级拍门质量较重，所以先关闭，然后一级拍门再关闭，这样分级关闭减少了闭门时的启闭力。

4、本发明在双级柔性拍门下端设置了柔性保护层，一方面减小了拍门关闭时跟水泵出水喇叭口的撞击力，另一方面起到了防冲抗浮作用。

5、本发明使用了大型弹簧，布置在双级柔性拍门装置跟水泵顶盖之间，当水泵开启时，弹簧处于被拉伸状态，产上向上的拉力，使得拍门容易开启；当水泵正常停机或事故停机时，拍门自动下落，弹簧最后再次被拉伸，产上向上的拉力，减少了拍门跟水泵出水喇叭口的撞击力。

6、本发明使用了磁力板，布置在所述双级柔性拍门装置中层和水泵顶盖上端，当水泵正常运行时，对应的磁力板相互吸引，使得拍门容易开启。

附图说明

图1为本发明一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的泵站纵剖面示意图；

图2为本发明一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的总体示意图；

图3为本发明一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的拍门平面示意图；

图4为图2中截面M-M示意图；

图5为图2中截面N-N示意图；

图6为图2中截面O-O示意图；

图7为本发明一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的下层导流板示意图；

图8为本发明一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的上层导流板示意图；

图9为本发明一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置最大开度时的工作图；

图中：

A-双向泵站内河侧下层控制闸门；B-双向泵站外河侧下层控制闸门；C双向泵站内河侧上层控制闸门；D-双向泵站外河侧上层控制闸门；E-拍门（E1-布置在内河侧的一级拍门，E2布置在外河侧的一级拍门，E3布置在内河侧的二级拍门，E4-布置在外河侧的二级拍门）。

1-中心轴，2-水泵顶盖，3-水泵上层导流板，4-水泵下层导流板，5-大型弹簧，6-泵轴，7-轴封装置，8-导水锥，9-双向泵站上层流道，10-双向泵站下层流道，11-导叶帽，12-水泵顶盖中层磁板层，13-水泵顶盖下层柔性材料层，14-水泵顶盖上层圆形金属层，15-拍门中层磁板层，16-拍门下层防撞层，17-拍门上层柔性材料层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明，但本发明要求保护的范围并不受到实施例表述的限制。

如图1至图9所示，本发明一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，包括：

中心轴1，水泵顶盖2，水泵上层导流板3，水泵下层导流板4，大型弹簧5，泵轴6，轴封装置7，导水锥8，双向泵站上层流道9，双向泵站下层流道10，导叶帽11，水泵顶盖中层磁板层12，水泵顶盖下层柔性材料层13，水泵顶盖上层圆形金属层14，拍门中层磁板层15，拍门下层防撞层16，拍门上层柔性材料层17。

上述分级拍门装置包括4个单独的拍门E（一对一级拍门-E1、E2和一对二级拍门E3、E4），各个拍门通过四块上层导流板3隔开且在所述拍门跟导流板3中间设有条形橡皮止水。

上述分级拍门装置下层导流板4沿水泵出水室周向等角度均匀地布置在水泵出水室的内壁上，将水泵从叶轮出口到出水喇叭口这一段分隔为四个完全等同且互不干扰的出水室。

上述分级拍门装置E单个出水室对应的上下磁板层12、15的磁性相反。

上述分级拍门装置中的4个拍门E，由于其一端螺旋滑动连接在中心轴1上（可通过滚珠以及螺旋导轨槽配合实现），对应的两边紧贴于相邻上层导流板3，即所述拍门只能在既定的空间内移动，当其被冲开时，所述双级柔性拍门E在平行于水平面上的运动轨迹为绕泵轴6逆时针旋转，在垂直于水平面上的运动轨迹为竖直向上，当拍门E开度达到最大时，其在平行于水平面上的旋转角为30°。

上述分级拍门装置在水泵未启动时，所述磁力板12和磁力板15由于距离太远相互之间没有吸引力，所述大型弹簧5处于斜向拉伸状态且此时各个拍门E自重均略大于其上方五根大型弹簧5对其产生的拉力，当受到一定强度的水压力时，拍门E会在各自的出水室内被冲开。

上述分级拍门装置在水泵启动后，当所述大型弹簧5被完全压缩时，即此时拍门E的开度达到最大，磁力板（磁板层）12和磁力板（磁板层）15之间的吸引力达到最大，此时拍门E的受力满足以下条件：磁力板12和磁力板15之间的吸引力+水压力>拍门E自重+大型弹簧5弹力。

上述分级拍门装置中的单个拍门E中均安装有一磁性板15，且所述磁性板15安装于所述拍门E的中上部，其厚度等于拍门E总厚度的1/3，其形状跟大小和所述拍门E在平行与水平面方向上的投影完全相同。

上述分级拍门装置中的单个拍门E下部设有一由柔性材料构成的防冲防撞层16，且所述防冲防撞层16厚度等于拍门E总厚度的1/2。

上述分级拍门装置的水泵顶盖2分为3层，下层为柔性层13，中层为磁板层12，上层为圆形金属结构层14，所述水泵顶盖2通过螺栓固定在双向出水流道的顶板中，轴封装置7固定安装在所述水泵顶盖2上端。

上述分级拍门装置的水泵顶盖2中安装有4块磁力板12，且所述磁力板12的形状和布置方式跟双级柔性拍门E中的磁力板15相同，但其厚度大于双级柔性拍门中的磁力板15，且在水平面方向上的投影尺寸大于所述双级柔性拍门中的磁力板15。

如图1-图9所示，一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其具体运行方法如下。

1、当水泵机组启动后，水流从进水闸门A或进水闸门B进入下层双向进水流道10，从导水锥8的四周经出水喇叭口进入水泵叶轮室，获得能量后的水体再通过下层四片导流板4进入四个出水室，进而冲击所述双级柔性拍门E。

所述双级柔性拍门装置在受到往上的水压力时，质量较轻的一级拍门E1和一级拍门E2首先被冲开，此时一级拍门E1，E2受力满足以下条件：大型弹簧5拉力+水压力>拍门E1（E2）自重，拍门E1，E2斜向上打开，其在平行于水平面上的运动轨迹为绕泵轴6逆时针旋转，在垂直与水平面上的运动轨迹为竖直向上，同时拍门E在斜向上的运动过程中，弹簧5拉力逐渐减小，水压力逐渐减小，磁力板12和磁力板15之间开始产生吸引力并逐渐增大，所述一级拍门E1，E2在弹簧恢复成原长之前其受力始终满足以下条件：大型弹簧5拉力+水压力+磁力板12和磁力板15之间的吸引力>拍门E1（E2）自重；当所述弹簧5恢复成原长之后其开始被压缩，同时所述一级拍门E1，E2的受力满足：水压力+磁力板12和磁力板15之间的吸引力>大型弹簧5弹力+拍门E1（E2）自重。

当一级拍门E1和一级拍门E2达到一定开度时，二级拍门E3和二级拍门E4开始被冲开，其运动轨迹和受力情况和一级拍门E1，E2一致。水体从出水室冲开对应拍门E后经上层流道9，再经出水闸门C或出水闸门D排出。当所述大型弹簧5被完全压缩时，即图9所示，此时磁力板12和磁力板15之间的吸引力达到最大，拍门E的受力满足以下条件：磁力板12和磁力板15之间的吸引力+水压力=拍门E自重+大型弹簧5弹力，此时拍门E的开度达到最大，水泵的运行流量达到最大，所述双级柔性拍门装置进入正常稳定运行状态。

2、当水泵正常停机或事故停机时，水压力减小，质量较重的二级拍门E3和二级拍门E4首先关闭，当所述二级拍门E3，E4的受力满足：磁力板12和磁力板15之间的吸引力+水压力<拍门E3（E4）自重+大型弹簧5弹力的条件时，其开始关闭。所述二级拍门E3，E4在平行于水平面上的运动轨迹为绕泵轴6顺时针旋转，在垂直与水平面上的运动轨迹为竖直向下，在拍门斜向下的运动过程中，水压力逐渐增大，磁力板12和磁力板15之间的吸引力逐渐减小，弹簧5弹力逐渐减小为0，直到所述弹簧5恢复至原长后，其开始拉伸，此时所述二级拍门E3，E4的受力满足：水压力+磁力板12和磁力板15之间的吸引力+大型弹簧5拉力<拍门E3（E4）自重。

当二级拍门E3，E4关到一定程度时，一级拍门E1，E2开始关闭，其运动轨迹和受力情况和二级拍门E3，E4一致，当二级拍门E3，E4完全关闭时，一级拍门E1，E2也已完全关闭，此时所述双级柔性拍门装置实现断流功能，最后由所述双级柔性拍门的水泵顶盖2实现密封，机组停止运行。

综上，本发明介绍了一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置及其运行方法，具有较高的推广应用价值。

上述内容已经用一般性文字和具体实施步骤对本发明作了较为详尽的描述，但并非是对本发明进行限制，在不偏离本发明精神的基础上所进行的相关修改，都属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其特征是，在双向泵站上层流道布置中心轴、双级拍门、大型弹簧，水泵的泵轴上端固定设有轴封装置和水泵顶盖，所述中心轴套设于水泵的泵轴外并与之转动连接；所述双级拍门包括两个一级拍门以及两个二级拍门，所述一级拍门轻于二级拍门，且一级拍门与二级拍门交叉间隔布置，并设置在泵站出水喇叭口的正上方；每个单独的拍门外侧为1/4圆曲面，且每个单独的拍门活动连接于所述泵轴外部的中心轴，且可绕所述中心轴进行螺旋升降移动，所述大型弹簧斜向布置在单个拍门和水泵顶盖之间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其特征是，每个单独的拍门和水泵顶盖中均设有磁板层，且拍门中的磁板层与水泵顶盖中的磁板层磁性相反。

3.根据权利要求2所述的一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其特征是，该装置还设有导流板，所述导流板分上层导流板、下层导流板两组，每组各有4片形状相同且均匀分布的导流板；

所述水泵内设有水泵导叶帽，导叶帽固定于水泵的泵轴外侧，导叶帽在竖直方向的中轴线与水泵的泵轴中轴线相同，下层导流板布置在水泵导叶帽、水泵出水口之间，单个导流板为曲面花瓣型，其曲率从下往上线性减小，曲率半径从下往上逐渐增大；上层导流板布置在水泵出水口、水泵顶盖之间，相邻两个上层导流板之间夹持一块单独的拍门，且与拍门侧边设置橡胶止水。

4.根据权利要求3所述的一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其特征是，下层导流板的顶部曲率、曲率半径跟上层导流板的底部曲率、曲率半径相同。

5.根据权利要求4所述的一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其特征是，水泵运行时，双级拍门在平行于水平面上的运动轨迹为绕泵轴逆时针旋转，且旋转角最大为30°，在垂直于水平面上的运动轨迹为竖直向上。

6.根据权利要求5所述的一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置，其特征是，所述水泵顶盖包括下层的柔性层、中层的磁板层、上层的圆形金属结构层，所述水泵顶盖通过螺栓固定在双向出水流道的顶板中，轴封装置固定安装在所述水泵顶盖上端。

7.根据权利要求6所述的一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的运行方法，其特征是，当水泵机组启动后，水流从导水锥的四周经出水喇叭口进入水泵叶轮室，获得能量后的水体再通过下层导流板进入出水室，进而冲击双级拍门；

过流时，双级拍门受到往上的水压力，质量较轻的一级拍门首先被冲开，斜向上打开；当一级拍门达到一定开度时，二级拍门开始被冲开，斜向上打开；当所述大型弹簧被完全压缩时，水泵顶盖中的磁板层与拍门中的磁板层之间的吸引力达到最大，此时拍门的开度达到最大，水泵的运行流量达到最大，双级拍门进入正常稳定运行状态。

8.根据权利要求7所述的一种适用于双向泵站的新型双级柔性拍门装置的运行方法，其特征是，当水泵正常停机或事故停机时，水压力减小，质量较重的二级拍门首先斜向下关闭，当二级拍门关到一定程度时，一级拍门开始斜向下关闭。

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