CN113062280A - 一种水力启闭的弧形阀帽门装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水力启闭的弧形阀帽门装置及其使用方法，所述弧形阀帽门装置包括设于上游圆形压力钢管与下游圆形压力钢管之间的下部方形钢衬、安装于下部方形钢衬上方的阀室钢衬、安装于阀室钢衬上部的阀盖、可在下部方形钢衬中旋转实现开启与关闭的弧形阀帽门，弧形阀帽门与下部方形钢衬、阀室钢衬之间设有止水结构，阀盖、阀室钢衬、弧形阀帽门及止水结构形成阀室，阀室的进水口通过充水装置与上游圆形压力钢管相连，阀室的出水口通过排水装置与下游圆形压力钢管相连。本发明中弧形阀帽门无需机械驱动，可以解决现有技术中需要机械启动且结构复杂、施工困难、造价和运维护费用高等问题。

Description

一种水力启闭的弧形阀帽门装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，具体是一种水力启闭的弧形阀帽门装置及其使用方法。

背景技术

长距离的埋藏式输水压力管道每隔一段距离需设置检修闸门(阀)、放空闸门(阀)或分水闸门(阀)等机电金属设备，闸阀的应用受压力管道直径与内水压力的限制，当压力管道直径与内水压力超过一定的规模时，采用闸门更合理。常规的设计方案是设置平板闸门，在山体内开挖垂直门槽，门槽高度需超过压力管道内水体的水头，否则压力钢管内的水体会沿着门槽喷出孔口，因此，一般设计成深的竖井结构，这样就加大了岩石的开挖深度与开挖量，可能引起地质灾害，也增加了施工难度。

为减少岩石的开挖深度与开挖量，平板阀帽门在工程得到了较多的应用，在山体内开挖洞室，洞室中开挖门槽，门槽上方设置阀盖，阀盖与门槽组成封闭的阀室，平板闸门安装在封闭阀室内，平板闸门通过设置在阀盖上方的液压启闭机操作运行，压力钢管内的水体被封闭在阀室内，避免了设置深竖井，大大的减少了门槽的开挖深度。

然而，动水启闭对闸门外形要求较高，闸门外形影响过流流态，易产生流激振动，当振动过于强烈时，可能会导致闸门破坏，闸门的门槽过流流态需良好，如果门槽体型设计不合理，门槽在水流作用下易产生空蚀破坏。此外，阀盖上方设置的液压启闭机增加了洞室开挖高度，液压启闭机的采购、运行与维护也增加了工程投资。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力启闭的弧形阀帽门装置及其使用方法，可以解决现有技术中需要机械启动且结构复杂、施工困难、造价和运维护费用高等问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种水力启闭的弧形阀帽门装置，包括设于上游圆形压力钢管与下游圆形压力钢管之间的下部方形钢衬、安装于下部方形钢衬上方的阀室钢衬、安装于阀室钢衬上部的阀盖、可在下部方形钢衬中旋转实现开启与关闭的弧形阀帽门，弧形阀帽门与下部方形钢衬、阀室钢衬之间设有止水结构，阀盖、阀室钢衬、弧形阀帽门及止水结构形成阀室，阀室的进水口通过充水装置与上游圆形压力钢管相连，阀室的出水口通过排水装置与下游圆形压力钢管相连。

进一步的，所述弧形阀帽门包括铰支座、与铰支座连接的若干支臂和挡水面板、连接支臂的横梁、与支臂和挡水面板的外端连接的弧形面板，铰支座固定在下部方形钢衬上，弧形阀帽门可沿铰支座顺时针或逆时针旋转进行开启与关闭。

进一步的，阀盖的法兰与阀室钢衬的法兰通过螺栓连接，两法兰之间设置有O形密封圈；挡水面板、弧形面板与阀室钢衬之间的缝隙设有止水橡皮，铰支座与阀室钢衬之间的缝隙设有止水橡皮。

进一步的，上游圆形压力钢管通过一个压力钢管过渡段变为下部方形钢衬，下部方形钢衬通过一个压力钢管过渡段变为下游圆形压力钢管；压力钢管过渡段与上游圆形压力钢管和下游圆形压力钢管连接的断面为圆形，与下部方形钢衬连接的断面为方形。

进一步的，充水装置包括充水阀与充水管，充水管一端与上游圆形压力钢管相连，另一端与阀室的进水口相连；排水装置包括排水阀与排水管，排水管一端与阀室的出水口相连，另一端与下游圆形压力钢管相连；弧形阀帽门关闭过程中，充水阀开启，排水阀关闭，弧形阀帽门开启过程中，充水阀关闭，排水阀开启，正常过流时，弧形阀帽门处于全开位，充水阀关闭，排水阀关闭。

进一步的，还包括安装于阀盖的通气装置，所述通气装置包括空气阀与通气管，阀盖上开孔，通气管焊接在开孔处且与阀室相连。

进一步的，还包括安装在阀盖上的锁定装置，锁定装置包括锁定螺母、锁定杆，锁定杆的上端攻丝，带有螺纹，锁定螺母拧入锁定杆上端的螺纹上，锁定杆的下端带有弯钩，通过旋转与升降锁定杆，可改变弯钩方向与高度，实现弯钩对横梁的锁定与脱开。

一种如上所述的水力启闭的弧形阀帽门装置的使用方法，

当从全开位关闭弧形阀帽门时，采取如下步骤：

(1.1)将锁定装置与弧形阀帽门脱开

向上旋转锁定装置的螺母，锁定杆下降，当锁定杆的弯钩低于横梁时，旋转锁定杆，锁定杆与横梁脱开，向上提升锁定杆，当锁定杆的弯钩高于横梁时，向下旋转螺母，将锁定装置固定在横梁的上方；

(1.2)阀室充水，与上游水体连通

打开充水阀充水，此时排水阀处于关闭状态，阀室内水面高程与排水管的高程相等，阀室慢慢充水，当阀室充满水体时，阀室内水体的压强与上游水体的压强相等，挡水面板的上下两面压强相等，弧形阀帽门在自重作用下克服止水等摩阻力沿铰支座慢慢顺时针旋转，弧形阀帽门关闭；

当需要从全关位开启弧形阀帽门时，采取如下步骤：

(2.1)阀室排水，与上游水体隔断

关闭充水阀，此时排水阀处于关闭状态，阀室充满水体，阀室内的水体与上游水体断开，打开排水阀，阀室内的水体为无压水，挡水面板的过流面的压强远大于阀室内水体的压强，弧形阀帽门在浮力作用下沿铰支座慢慢逆时针旋转，弧形阀帽门开启，直到支臂接触限位块，同时阀室的水体沿排水管慢慢排出至下游圆形压力钢管内，直到阀室水面高程与排水管的高程相等；

(2.2)将弧形阀帽门用锁定装置锁定

向上旋转锁定装置的螺母，锁定杆下降，当锁定杆的弯钩低于横梁时，旋转锁定杆，向上提升锁定杆，锁定杆与横梁接触，旋转螺母，将弧形阀帽门锁定；

(2.3)关闭排水阀。

与传统的平板阀帽门相比，本发明的结构具有如下优点：

(1)弧形阀帽门无需机械驱动，不需要通电，结构简单、造价低、运行维护费用低、经济效益显著；

(2)弧形阀帽门埋设在山体洞室内，不需要开设垂直竖井，减小施工难度；

(3)阀盖上没有启闭机，节约洞室开挖量；

(4)弧形阀帽门启闭过程中挡水面与水流有一定的夹角，下游面是封闭的弧形面，流态好；

(5)弧形阀帽门无门槽，流道平顺，水流条件较好；

(6)充水、排水平缓，弧形阀帽门启闭运行平稳。

附图说明

图1为本发明弧形阀帽门全开位过流时的结构示意图；

图2为本发明弧形阀帽门全关位时的结构示意图；

图3为图1中A部分的放大图；

图4为图3中B部分的放大图。

图中：1—圆形压力钢管，1.1—上游圆形压力钢管，1.2—下游圆形压力钢管，2—压力钢管过渡段，3—下部方形钢衬，4—洞室，5—充水装置，5.1—充水阀，5.2—充水管，6—排水装置，6.1—排水阀，6.2—排水管，7—天锚，8—通气装置，8.1—空气阀，8.2—通气管，9—锁定装置，9.1—锁定螺母，9.2—锁定杆，10—阀盖，11—阀室钢衬，12—限位块，13—弧形阀帽门，13.1—横梁，13.2—弧形面板，13.3—挡水面板，13.4—支臂，13.5—铰支座，14—止水橡皮，15—阀室。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-4，本发明实施例提供一种水力启闭的弧形阀帽门装置，包括圆形压力钢管1、下部方形钢衬3、洞室4、充水装置5、排水装置6、通气装置8、锁定装置9、阀室钢衬11、弧形阀帽门13。

所述圆形压力钢管1包括上游圆形压力钢管1.1、压力钢管过渡段2和下游圆形压力钢管1.2，上游圆形压力钢管1.1通过一个压力钢管过渡段2变为下部方形钢衬3，下部方形钢衬3再通过一个压力钢管过渡段2变为下游圆形压力钢管1.2，压力钢管过渡段2与圆形压力钢管1连接的断面为圆形，与下部方形钢衬3连接的断面为方形，下部方形钢衬3的外轮廓为六面体，上下游两面与压力钢管过渡段2连接，顶面与阀室钢衬11连接。阀室钢衬11(如图3所示)的外轮廓为六面体，底面与下部方形钢衬3的顶面连接，安装在下部方形钢衬3的上方，弧形阀帽门13在下部方形钢衬3与阀室钢衬11中进行开启与关闭。

圆形压力钢管1、压力钢管过渡段2、下部方形钢衬3及阀室钢衬11的下半段埋设在混凝土中以抵抗内水压力。在山体内开设洞室4，用于安装、检修及运行弧形阀帽门装置，天锚7埋设在洞室4顶部，用于检修弧形阀帽门13及相应的设备。

所述弧形阀帽门13包括铰支座13.5、与铰支座13.5连接的若干支臂13.4和挡水面板13.3、与支臂13.4和挡水面板13.3的外端连接的弧形面板13.2以及连接支臂13.4的横梁13.1。挡水面板13.3为平面结构，挡水面板13.3与弧形面板13.2用于阻止水流通过，横梁13.1用于增加支臂13.4的刚度，铰支座13.5固定在下部方形钢衬3上，弧形阀帽门13可沿铰支座13.5顺时针或逆时针旋转进行开启与关闭。

阀室钢衬11的上部安装有阀盖10，阀盖10的法兰与阀室钢衬11的法兰通过螺栓连接，两法兰之间设置有O形密封圈；挡水面板13.4、弧形面板13.2与阀室钢衬11之间的缝隙设有止水橡皮14，铰支座13.5与阀室钢衬11之间的缝隙设有止水橡皮。阀盖10、阀室钢衬11、弧形面板13.2、挡水面板13.3、止水橡皮14、铰支座13.5的止水形成阀室15。阀室15的进水口与充水装置5连接，阀室15的出水口与排水装置6连接。止水橡皮的设计确保了阀室15只能通过充水装置5、排水装置6与流道进行水体交换。

充水装置5包括充水阀5.1与充水管5.2，充水管5.2一端与上游圆形压力钢管1.1相连，另一端与阀室15相连。排水装置6包括排水阀6.1与排水管6.2，排水管5.2一端与阀室15相连，另一端与下游圆形压力钢管1.2相连。弧形阀帽门13关闭过程中，充水阀5.1开启，排水阀6.1关闭。弧形阀帽门13开启过程中，充水阀5.1关闭，排水阀6.1开启。圆形压力管道1正常过流时，弧形阀帽门13处于全开位，充水阀5.1关闭，排水阀6.1关闭。

通气装置8包括空气阀8.1与通气管8.2，安装在阀室15的最高点(例如阀盖10)。在阀盖10上开孔，通气管8.2焊接在开孔处，与阀室15相连。阀室15充水时，空气阀8.1将阀室15内的空气排出，防止产生气阻、气蚀等不利影响；阀室15排水时，空气阀8.1对阀室15补气，防止阀室15出现负压。

锁定装置9安装在阀盖10上，用于防止弧形阀帽门13过流时产生上下振动。锁定装置9包括锁定螺母9.1、锁定杆9.2，锁定杆9.2的上端攻丝，带有螺纹，锁定螺母9.1拧入锁定杆9.2上端的螺纹上，锁定杆9.2的下端带有弯钩，通过旋转与升降锁定杆9.2，改变弯钩方向与高度，实现弯钩对横梁13.1的锁定与脱开。

所述阀室钢衬11位于铰支座13.5一侧的上方安装有限位块12，所述限位块12位于弧形阀帽门13的支臂13.4的旋转路径上，用于在限制弧形阀帽门13逆时针旋转。具体的，所述限位块12呈水平设置，当挡水面板13.3逆时针旋转至水平时，限位块12刚好与支臂13.4接触，使弧形阀帽门13停止转动。

弧形阀帽门13关闭挡水时(如图2所示)，充水阀5.1开启，排水阀6.1关闭，阀室15内的水体与上游水体连通，挡水面板13.3的上下两面压强相等，弧形阀帽门13在自重作用下克服止水等摩阻力，由下部方形钢衬3的底板支撑，处于平衡状态。弧形阀帽门13开启过流时(如图1所示)，充水阀5.1关闭，排水阀6.1关闭，阀室15内的水体为无压水，挡水面板13.3的过流面的压强远大于阀室15内水体的压强，弧形阀帽门13的所受的浮力大于自重，限位块12限制弧形阀帽门13逆时针旋转，弧形阀帽门13处于平衡状态，锁定装置9与限位块12确保弧形阀帽门13过流时不产生上下振动。

本发明实施例还提供一种上述水力启闭的弧形阀帽门装置的使用方法，具体包括：

当需要从全开位(如图1所示)关闭弧形阀帽门13时，采取如下步骤：

第一步：将锁定装置9与弧形阀帽门13脱开

向上旋转锁定装置9的螺母9.1，锁定杆9.2下降，当锁定杆9.2的弯钩低于横梁13.1时，旋转锁定杆9.1，锁定杆9.2与横梁13.1脱开，向上提升锁定杆9.2，当锁定杆9.2的弯钩高于横梁13.1时，向下旋转螺母9.1，将锁定装置9固定在横梁13.1的上方；

第二步：阀室15充水，与上游水体连通

打开充水阀5.1充水(排水阀6.1处于关闭状态)，此时阀室15内水面高程与排水管6.2的高程相等，阀室15慢慢充水，当阀室15充满水体时，阀室15内水体的压强与上游水体的压强相等，挡水面板13.3的上下两面压强相等，弧形阀帽门13在自重作用下克服止水等摩阻力沿铰支座13.5慢慢顺时针旋转，弧形阀帽门13关闭(如图2所示)；

当需要从全关位开启弧形阀帽门13时，采取如下步骤：

第一步：阀室15排水，与上游水体隔断

关闭充水阀5.1(排水阀6.1处于关闭状态)，此时阀室15充满水体，阀室15内的水体与上游水体断开，打开排水阀6.1，阀室15内的水体为无压水，挡水面板13.3的过流面的压强远大于阀室15内水体的压强，弧形阀帽门13在浮力作用下沿铰支座13.5慢慢逆时针旋转，弧形阀帽门13开启，直到支臂13.4接触限位块12，同时阀室15的水体沿排水管6.2慢慢排出至下游圆形压力钢管1.2内，直到阀室15水面高程与排水管6.2的高程相等；

第二步：将弧形阀帽门13用锁定装置9锁定

向上旋转锁定装置9的螺母9.1，锁定杆9.2下降，当锁定杆9.2的弯钩低于横梁13.1时，旋转锁定杆9.1，向上提升锁定杆9.2，锁定杆与横梁13.1接触，旋转螺母9.2，将弧形阀帽门13锁定；

第三步：关闭排水阀6.1。

当需要将弧形阀帽门13移出阀室进行检修时，关闭压力钢管上游的闸门，压力管道内无水，拆卸阀盖10的法兰与阀室钢衬11的法兰上的连接螺栓，利用天锚7移走阀盖10，阀室15敞开，最后可以拆卸弧形阀帽门13。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种水力启闭的弧形阀帽门装置，其特征在于：包括设于上游圆形压力钢管与下游圆形压力钢管之间的下部方形钢衬、安装于下部方形钢衬上方的阀室钢衬、安装于阀室钢衬上部的阀盖、可在下部方形钢衬中旋转实现开启与关闭的弧形阀帽门，弧形阀帽门与下部方形钢衬、阀室钢衬之间设有止水结构，阀盖、阀室钢衬、弧形阀帽门及止水结构形成阀室，阀室的进水口通过充水装置与上游圆形压力钢管相连，阀室的出水口通过排水装置与下游圆形压力钢管相连。

2.如权利要求1所述的水力启闭的弧形阀帽门装置，其特征在于：所述弧形阀帽门包括铰支座、与铰支座连接的若干支臂和挡水面板、连接支臂的横梁、与支臂和挡水面板的外端连接的弧形面板，铰支座固定在下部方形钢衬上，弧形阀帽门可沿铰支座顺时针或逆时针旋转进行开启与关闭。

3.如权利要求2所述的水力启闭的弧形阀帽门装置，其特征在于：阀盖的法兰与阀室钢衬的法兰通过螺栓连接，两法兰之间设置有O形密封圈；挡水面板、弧形面板与阀室钢衬之间的缝隙设有止水橡皮，铰支座与阀室钢衬之间的缝隙设有止水橡皮。

4.如权利要求1所述的水力启闭的弧形阀帽门装置，其特征在于：上游圆形压力钢管通过一个压力钢管过渡段变为下部方形钢衬，下部方形钢衬通过一个压力钢管过渡段变为下游圆形压力钢管；压力钢管过渡段与上游圆形压力钢管和下游圆形压力钢管连接的断面为圆形，与下部方形钢衬连接的断面为方形。

5.如权利要求1所述的水力启闭的弧形阀帽门装置，其特征在于：充水装置包括充水阀与充水管，充水管一端与上游圆形压力钢管相连，另一端与阀室的进水口相连；排水装置包括排水阀与排水管，排水管一端与阀室的出水口相连，另一端与下游圆形压力钢管相连；弧形阀帽门关闭过程中，充水阀开启，排水阀关闭，弧形阀帽门开启过程中，充水阀关闭，排水阀开启，正常过流时，弧形阀帽门处于全开位，充水阀关闭，排水阀关闭。

6.如权利要求1所述的水力启闭的弧形阀帽门装置，其特征在于：还包括安装于阀盖的通气装置，所述通气装置包括空气阀与通气管，阀盖上开孔，通气管焊接在开孔处且与阀室相连。

7.如权利要求2所述的水力启闭的弧形阀帽门装置，其特征在于：还包括安装在阀盖上的锁定装置，锁定装置包括锁定螺母、锁定杆，锁定杆的上端攻丝，带有螺纹，锁定螺母拧入锁定杆上端的螺纹上，锁定杆的下端带有弯钩，通过旋转与升降锁定杆，可改变弯钩方向与高度，实现弯钩对横梁的锁定与脱开。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的水力启闭的弧形阀帽门装置的使用方法，其特征在于：

当从全开位关闭弧形阀帽门时，采取如下步骤：

(1.1)将锁定装置与弧形阀帽门脱开

向上旋转锁定装置的螺母，锁定杆下降，当锁定杆的弯钩低于横梁时，旋转锁定杆，锁定杆与横梁脱开，向上提升锁定杆，当锁定杆的弯钩高于横梁时，向下旋转螺母，将锁定装置固定在横梁的上方；

(1.2)阀室充水，与上游水体连通

打开充水阀充水，此时排水阀处于关闭状态，阀室内水面高程与排水管的高程相等，阀室慢慢充水，当阀室充满水体时，阀室内水体的压强与上游水体的压强相等，挡水面板的上下两面压强相等，弧形阀帽门在自重作用下克服止水等摩阻力沿铰支座慢慢顺时针旋转，弧形阀帽门关闭；

当需要从全关位开启弧形阀帽门时，采取如下步骤：

(2.1)阀室排水，与上游水体隔断

关闭充水阀，此时排水阀处于关闭状态，此时阀室充满水体，阀室内的水体与上游水体断开，打开排水阀，阀室内的水体为无压水，挡水面板的过流面的压强远大于阀室内水体的压强，弧形阀帽门在浮力作用下沿铰支座慢慢逆时针旋转，弧形阀帽门开启，直到支臂接触限位块，同时阀室的水体沿排水管慢慢排出至下游圆形压力钢管内，直到阀室水面高程与排水管的高程相等；

(2.2)将弧形阀帽门用锁定装置锁定

向上旋转锁定装置的螺母，锁定杆下降，当锁定杆的弯钩低于横梁时，旋转锁定杆，向上提升锁定杆，锁定杆与横梁接触，旋转螺母，将弧形阀帽门锁定；

(2.3)关闭排水阀。

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