CN113430998B - 一种平卧式弧形闸门系统及其清污运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平卧式弧形闸门系统及其清污运行方法，属于水利弧形闸门领域。其弧形闸门由门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）组成，弧形闸门底部设有移动机构；所述闸墩（2）内部为空腔，布置在河道两侧，底部设有底板（24）、内部可放置门叶Ⅰ（1）或门叶Ⅱ（11）、顶部设有工作桥（23），工作桥（23）上设有活塞杆（25），活塞杆（25）前端与门叶Ⅰ（1）上的铰接座（15）铰接，底板（24）上设有配合弧形闸门运行的滑槽（27）；所述导轨布置于滑槽（27）底部；所述拦污栅（3）布置于闸墩（2）上方，位于闸门下游面；所述清污网（4）布置在两侧闸墩空腔上部。该系统充分利用河道的天然水力作用，集控水、拦污、清污为一体。

Description

一种平卧式弧形闸门系统及其清污运行方法

技术领域

本发明涉及水利弧形闸门领域，具体涉及一种平卧式弧形闸门系统及其清污运行方法。

背景技术

围绕创建国家生态文明建设示范城市，推进“五水共治”碧水行动，构建生态河道，解决河道水位调控与漂浮物水污染问题不容忽视。对于众多河渠，丰水期水位上升易形成内涝，枯水期水位下降则造成河道枯竭；同时当下城市河道漂浮垃圾情况日益严重，污染水环境恶化水质、对河道景观及生态功能造成不利影响。因此调控河道水位、清理漂浮垃圾问题十分重要。

闸门在调控河道水位方面应用广泛且与漂浮垃圾联系紧密。闸门过水时，上游垃圾受天然水力作用排向下游，污染进一步扩散，闸门挡水时虽然可以防止漂浮垃圾扩散污染水环境，但闸门前往往只能聚集漂浮垃圾却难以清理，存在安全隐患；

再则，常见河道闸门和垃圾清理方式都存在一定缺点。闸门翻板的启闭机一般浸没在水中难以检修；升卧闸门需要建设高大的工作桥排架，不一定适用于现有条件。现行清理漂浮垃圾的方法主要是人工打捞，或者单独安装河道漂浮物清理装置，例如现行拦污栅主要依靠人工配合清污机进行清污，人工清污工作效率低，清理周期长，而且存在安全隐患；拦污栅和清污机机械组合清漂，具有一定的清污效果，但没有发挥工程及河道天然水力优势，综合效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种平卧式弧形闸门系统及其清污运行方法，将调控水位与清理漂浮垃圾相结合，利用天然水力提高清污效率，同时避免翻板弧形闸门难以检修、升卧弧形闸门高大工作桥排架的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种平卧式弧形闸门系统，包括弧形闸门、闸墩、导轨、拦污栅和清污网：

所述弧形闸门包括门叶Ⅰ与门叶Ⅱ，门叶Ⅰ与门叶Ⅱ为等厚弧形钢结构，两者上下游弧面同圆心，弧度均为90°；所述门叶Ⅰ在本设计中靠近右侧闸墩，包括挡水面和溢流面，所述挡水面位于门叶Ⅱ与门叶Ⅰ连接侧，挡水面顶端与闸墩外侧高度一致，所述溢流面为门叶Ⅰ中间端的凹陷隘口，溢流面顶端低于挡水面，与闸墩内侧高度一致，挡水面和溢流面顶端均设有吊点，门叶Ⅰ底部左右两端设有凹槽，存放移动机构；所述门叶Ⅱ在本设计中靠近左侧闸墩，门叶Ⅱ与门叶Ⅰ为镜像对称结构，弧形闸门底端上下游侧还设有底止水封；

所述闸墩布置于河道两侧，为空腔式挡墙结构，闸墩中间为空腔，外壁为钢筋混凝土结构，还包括门槽、连通阀、工作桥和底板，所述门槽处于两侧闸墩上游端，位于弧形闸门进入闸墩的位置，贯穿闸墩外壁，所述连通阀处于两侧闸墩下游端，位于闸墩底部位置，贯穿闸墩外壁，连通闸墩内部空腔与下游河道，所述底板位于弧形闸门和闸墩底部，底板上还设有滑槽，所述滑槽截面为矩形，宽度与弧形闸门厚度相匹配，滑槽布置路径呈弧形，与弧形闸门运动路径相匹配，所述工作桥布置于闸墩上方，位于闸墩下游端，工作桥上设有活塞杆，活塞杆后端与工作桥上的底座铰接；

所述导轨为工字钢结构，导轨布置路径为弧形，与滑槽走向相匹配，导轨布置于滑槽底面下方的底板内，其顶端外露于滑槽底面上方；

所述拦污栅布置于弧形闸门的溢流面下游侧，由顶环、底环和导流片组成，所述顶环和底环均为圆弧形且水平布置，顶环布置高度略低于挡水面上表面高度，底环下侧与溢流面上表面平齐，顶环和底环通过钢杆固定在弧形闸门上，所述导流片为复数个长度不同的条形片，上端连接顶环、下端连接底环，导流片在两者沿一定走向布置；

所述清污网布置在两侧闸墩空腔上部，还包括网架，所述网架一侧固定于闸墩外侧顶部，另一侧与弧形闸门的溢流面上游侧相贴合，网架下部固定清污网。

优选的方案中，所述门叶Ⅰ还包括连接面，所述连接面为门叶Ⅰ最右端的凸出面，与挡水面高度一致，连接面顶端还设有铰接座，与活塞杆顶端铰接。

优选的方案中，所述弧形闸门还包括门榫和门卯，所述门榫为弧形闸门上游面的一道条形结构，门叶Ⅰ与门叶Ⅱ的连接处均设有一道门榫，所述门卯为门榫靠近闸墩侧的一道凹槽。

进一步的方案中，所述门榫从上至下依次设有复数个螺孔，所述螺孔贯穿门榫两侧，门叶Ⅰ与门叶Ⅱ上的螺孔相对应且孔径一致，所述螺孔内布置有螺钉，位于门叶Ⅰ的门卯布置有与螺钉对应的螺杆，螺杆嵌固于门卯内侧，外部端头设有与螺孔相匹配的螺纹。

优选的方案中，所述门槽内两侧均由直线段和圆弧段组成，所述直线段位于中间端，两侧直线段之间距离与弧形闸门厚度相配合，所述圆弧段位于门槽入口端与出口端，分别与闸墩内壁和外壁平滑过渡，门槽内两侧还设有侧止水封。

优选的方案中，所述移动机构为布置于门叶Ⅰ和门叶Ⅱ底部的行走轮，该行走轮轮心分别位于门叶Ⅰ和门叶Ⅱ弧形长度的1/4和3/4处，行走轮通过轮轴支撑上部弧形闸门，行走轮下部凹槽与导轨上部卡接。

优选的方案中，所述导轨还包括11个定位槽，定位槽是位于导轨上弧形凹槽，与行走轮的轮径曲率相匹配，其凹槽最低点位于导轨圆弧长度的1/12、2/12、3/12、4/12、5/12、6/12、7/12、8/12、9/12、10/12、11/12处。

优选的方案中，所述顶环的曲率大于底环，顶环靠近挡水面的一端位于底环下游侧，顶环另一端与底环位于同一竖直线上，两者间的导流片形成扭面，引导水流朝向两侧闸墩方向。

本发明还提供一种平卧式弧形闸门系统的清污运行方法：

过程1：

弧形闸门正常挡水时，门叶Ⅰ和门叶Ⅱ的挡水面位于河道中间并对称分部，阻挡上游水流和漂浮垃圾下泄，门叶Ⅰ和门叶Ⅱ的溢流面位于两侧闸墩内部，门槽内两侧的侧止水封与弧形闸门上下游面紧密贴合，提高门槽止水效果；

通过螺帽与门叶Ⅰ的门卯内的螺钉顶端旋接，对门叶Ⅰ与门叶Ⅱ的门榫提供压力，该过程中，门叶Ⅰ与门叶Ⅱ处于连接固定状态，布置于门叶Ⅰ与门叶Ⅱ连接侧的止水橡胶被压实起到止水防渗效果；

弧形闸门底部的四个行走轮底部分别位于定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ上，布置于弧形闸门底部上下游侧的底止水封被弧形闸门压实于滑槽上，提高弧形闸门底部止水效果；

连通阀处于开启状态，闸墩内部与下游河道连通，两者水位一致，平衡闸墩内外水压力；

过程2：

弧形闸门过水进行河道左侧清污时，在过程1的基础上，活塞杆收缩，驱动弧形闸门沿滑槽内的导轨向右侧闸墩移动，直至弧形闸门底部的四个行走轮底部分别位于定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ、定位槽Ⅵ上，在移动过程开始阶段，四个行走轮同时离开定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ，在移动过程中，四个行走轮底部位于导轨顶端，弧形闸门的重量转移至导轨上，降低了移动过程中底止水封与滑槽间的摩擦损耗，在移动过程结束阶段，四个行走轮位于定位槽②、定位槽③、定位槽④、定位槽⑤上，弧形闸门的重量转移至底止水封上，底止水封被弧形闸门重新压实，起到止水效果；

上游河道水流携带漂浮垃圾通过门叶Ⅱ的溢流面下泄，并产生船吸效应，不断吸引上游河道漂浮垃圾进入门叶Ⅱ的溢流面；

漂浮垃圾被布置于溢流面下游面的拦污栅拦截，下泄水流冲击导流片，产生朝向左侧闸墩的推力，进入下游河道或闸墩内部空腔；

拦污栅内拦截并聚集的漂浮垃圾受到下泄水流的推动力，在呈扭面布置的导流片引导作用下进入左侧闸墩内部空腔，被布置于闸墩空腔上部的清污网收集；

过程3：

弧形闸门过水进行河道右侧清污时，在过程1的基础上，活塞杆伸长，驱动弧形闸门沿滑槽内的导轨向左侧闸墩移动，直至弧形闸门底部的四个行走轮底部分别位于定位槽Ⅰ、定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ上，在移动过程开始阶段，四个行走轮同时离开定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ，在移动过程中，四个行走轮底部位于导轨顶端，弧形闸门的重量转移至导轨上，降低了移动过程中底止水封与滑槽间的摩擦损耗，在移动过程结束阶段，四个行走轮位于定位槽①、定位槽②、定位槽③、定位槽④上，弧形闸门的重量转移至底止水封上，底止水封被弧形闸门重新压实，起到止水效果；

上游河道水流携带漂浮垃圾通过门叶Ⅰ的溢流面下泄，并产生船吸效应，不断吸引上游河道漂浮垃圾进入门叶Ⅰ的溢流面；

漂浮垃圾被布置于溢流面下游面的拦污栅拦截，下泄水流冲击导流片，产生朝向右侧闸墩的推力，进入下游河道或闸墩内部空腔；

拦污栅内拦截并聚集的漂浮垃圾受到下泄水流的推动力，在呈扭面布置的导流片引导作用下进入右侧闸墩内部空腔，被布置于闸墩空腔上部的清污网收集。

进一步地，门叶Ⅰ检修时，在过程1的基础上，活塞杆收缩，驱动弧形闸门沿滑槽内的导轨向右侧闸墩移动，直至门叶Ⅰ完全进入右侧闸墩内部空腔，由门叶Ⅱ发挥挡水作用；

在右侧闸墩上方通过连杆关闭连通阀，通过水泵将右侧闸墩内部空腔积水排至下游河道，进行门叶Ⅰ检修；

门叶Ⅰ更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽由螺钉侧旋转移动至螺杆侧，解除门叶Ⅰ与门叶Ⅱ的连接，通过门叶Ⅰ顶部的吊点吊升，进行后续操作；

该过程中，四个行走轮由初始位于定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ上，到过程完成位于定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ、定位槽Ⅵ上；

该过程中，门叶Ⅱ下游侧的拦污栅一直发挥拦截上游河道漂浮垃圾的功能；

门叶Ⅱ检修时，在过程1的基础上，活塞杆伸长，驱动弧形闸门沿底板上的滑槽移动，直至门叶Ⅱ完全进入左侧闸墩内部空腔，由门叶Ⅰ发挥挡水作用；

在左侧闸墩上方通过连杆关闭连通阀，通过水泵将左侧闸墩内部空腔积水排至下游河道，进行门叶Ⅱ检修；

门叶Ⅱ更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽由螺钉侧旋转移动至螺杆侧，解除门叶Ⅰ与门叶Ⅱ的连接，通过门叶Ⅱ顶部的吊点吊升，进行后续操作；

该过程中，四个行走轮由初始位于定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ上，到过程完成位于定位槽Ⅰ、定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ上；

该过程中，门叶Ⅰ下游侧的拦污栅一直发挥拦截上游河道漂浮垃圾的功能。

进一步地，弧形闸门全开排洪时，在过程1的基础上，活塞杆伸长，驱动弧形闸门沿底板上的滑槽移动，直至门叶Ⅱ完全进入左侧闸墩内部空腔，关闭左侧连通阀，通过水泵将闸墩内部空腔积水排至下游河道，移除清污网，解除门叶Ⅰ与门叶Ⅱ的连接，打开左侧连通阀，活塞杆缩短，驱动门叶Ⅰ进入右侧闸墩内部空腔，至此，河道完全畅通；

该过程中，四个行走轮由初始位于定位槽Ⅱ、定位槽Ⅲ、定位槽Ⅳ、定位槽Ⅴ上，到过程完成位于定位槽Ⅰ、定位槽Ⅱ、定位槽Ⅴ、定位槽Ⅵ上。

有益效果

本发明提供的一种平卧式弧形闸门系统及其清污运行方法：发挥闸门挡水时创造水位差的特性，将弧形闸门溢流面与拦污栅相结合，在闸门过水时利用天然水力，配合导流片所形成的扭面，拦截并引导漂浮垃圾进入清污网，实现对漂浮垃圾的清理清理，具有以下优点：

1、 由拦污栅替代了传统拦污设备，以 “水”治水降低能耗、减少人工操作，同时避免弧形闸门上游面漂浮垃圾进入下游河道扩散污染；

2、 通过滑槽、导轨及定位槽设计，提高弧形闸门运行效率，降低活塞杆功率，另外在提高弧形闸门底部止水效果的同时降低底止水封摩擦损耗；

3、 弧形闸门运行时，打开闸墩底部的连通阀，下游河道与闸墩内部连通，平衡闸墩内外水体压力，降低闸墩工程规模，增加闸墩稳定性；

4、 门叶Ⅰ与门叶Ⅱ均可在闸墩内进行检修，无需建设高大的检修桥排架，活塞杆布置于工作桥上面，便于启闭设备的维护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明正常挡水状态的立体结构示意图；

图2是本发明过水清污状态的立体结构示意图；

图3是本发明的正常挡水状态平面示意图；

图4是本发明的过水清污状态平面示意图；

图5是本发明的弧形闸门检修状态平面示意图；

图6是本发明的全开排洪状态平面示意图；

图7是本发明的弧形闸门立体结构示意图；

图8是本发明的门叶Ⅰ与门叶Ⅱ连接示意图；

图9是本发明的移动机构剖面示意图；

图10是本发明的闸墩立体结构示意图；

图11是本发明的拦污栅与清污网结构图；

图12是本发明的导轨定位槽示意图。

图中：

门叶Ⅰ1、门叶Ⅱ11、连接面111、吊点112、挡水面12、溢流面13、铰接座15、

门卯16、螺孔161、止水橡胶162、螺帽163、螺钉164、螺杆165、门榫18、

行走轮17、侧止水封171、底止水封172、轮轴173、

闸墩2、门槽21、连通阀22、工作桥23、底板24、活塞杆25、底座26、

滑槽27、导轨28、

定位槽29、定位槽Ⅰ291、定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295、定位槽Ⅵ296、

定位槽①2911、定位槽②2921、定位槽③2931、定位槽④2941、定位槽⑤2951、

拦污栅3、顶环31、底环32、导流片33、

清污网4、网架41。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，一种平卧式弧形闸门系统，包括弧形闸门、闸墩2、导轨28、拦污栅3和清污网4；

如图1、图2和图7所示，图7是图1中弧形闸门的立体结构示意图，所述弧形闸门包括门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11，门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11为等厚弧形钢结构，两者上下游弧面同圆心，弧度均为90°；所述门叶Ⅰ1在本设计中靠近右侧闸墩2，包括挡水面12和溢流面13，所述挡水面12位于门叶Ⅱ11与门叶Ⅰ1连接侧，挡水面12顶端与闸墩2外侧高度一致，上游河道水流和漂浮垃圾不可通过溢流面13下泄至下游河道。

所述溢流面13为门叶Ⅰ1中间端的凹陷隘口，溢流面13顶端低于挡水面12，与闸墩2内侧高度一致，上游河道水流和漂浮垃圾可通过溢流面13下泄至下游河道；挡水面12和溢流面13顶端均设有吊点112，门叶Ⅰ1底部左右两端设有凹槽，存放移动机构。

进一步的，所述门叶Ⅰ1还包括连接面111，所述连接面111为门叶Ⅰ1最右端的凸出面，与挡水面12高度一致，连接面111顶端还设有铰接座15，通过活塞杆25顶端与铰接座15铰接，可对弧形闸门施加动力。

所述门叶Ⅱ11在本设计中靠近左侧闸墩2，门叶Ⅱ11与门叶Ⅰ1为镜像对称结构；

弧形闸门底端上下游侧还设有底止水封172，所述底止水封172为橡胶结构，厚度5mm，位于弧形闸门底部与滑槽27间，提高弧形闸门底部止水效果；

如图1、图2和图10所示，图10是图1中闸墩22的立体结构示意图，所述闸墩2布置于河道两侧，为空腔式挡墙结构，闸墩2中间为空腔，外壁为钢筋混凝土结构，还包括门槽21、连通阀22、工作桥23和底板24。

所述门槽21处于两侧闸墩2上游端，位于弧形闸门进入闸墩2的位置，贯穿闸墩2外壁；

进一步的，所述门槽21内两侧均由直线段和圆弧段组成，所述直线段位于中间端，两侧直线段之间距离与弧形闸门厚度相配合，所述圆弧段位于门槽21入口端与出口端，分别与闸墩2内壁和外壁平滑过渡，门槽21内两侧还设有侧止水封171，所述底止水封172为橡胶结构，厚度5mm，在弧形闸门进入门槽21时，与弧形闸门上下游面紧密贴合，提高门槽21止水效果。

所述连通阀22处于两侧闸墩2下游端，位于闸墩2底部位置，贯穿闸墩2外壁，连通闸墩2内部空腔与下游河道，连通阀2224开关与连杆相连，可在闸墩22上操纵连杆实现连通阀2224开启或关闭；所述底板24位于弧形闸门和闸墩2底部，底板24上还设有滑槽27，所述滑槽27截面为矩形，宽度与弧形闸门厚度相匹配，滑槽27布置路径呈弧形，与弧形闸门运动路径相匹配；所述工作桥23布置于闸墩2上方，位于闸墩2下游端，工作桥23上设有活塞杆25，活塞杆25后端与工作桥23上的底座26通过销钉铰接。

如图9和12所示，所述导轨28为工字钢结构，导轨28布置路径为弧形，与滑槽27走向相匹配，导轨28布置于滑槽27底面下方的底板24内，其顶端外露于滑槽27底面上方，并与行走轮17底部凹槽贴合。

进一步的，所述导轨28还包括11个定位槽29，定位槽29是位于导轨28上弧形凹槽，与行走轮17的轮径曲率相匹配，其凹槽最低点位于导轨28圆弧长度的1/12、2/12、3/12、4/12、5/12、6/12、7/12、8/12、9/12、10/12、11/12处。

如图1、图2和图11所示，图11是图1中拦污栅33的结构图，所述拦污栅3布置于弧形闸门的溢流面13下游侧，由顶环31、底环32和导流片33组成，所述顶环31和底环32均为圆弧形且水平布置，顶环31布置高度略低于挡水面12上表面高度，底环32下侧与溢流面13上表面平齐，顶环31和底环32通过钢杆固定在弧形闸门上，所述导流片33为复数个长度不同的条形片，上端连接顶环31、下端连接底环32，导流片33的斜面倾向两侧闸墩2，便于引导下泄水流朝向两侧闸墩2方向。

进一步的，所述顶环31的曲率大于底环32，顶环31靠近挡水面12的一端位于底环32下游侧，顶环31另一端与底环32位于同一竖直线上，两者间的导流片33形成扭面，引导漂浮垃圾进入两侧闸墩2内部空腔。

如图1、图2和图11所示，图11是图1中清污网44的结构图，所述清污网4布置在两侧闸墩2空腔上部，还包括网架41，所述网架41一侧通过螺栓固定于闸墩2外侧顶部，在弧形闸门检修时可拆卸网架41移除清污网4，网架41另一侧与弧形闸门的溢流面13上游侧相贴合，便于通过溢流面13的漂浮垃圾顺利进入网架41下方的清污网4。

如图7和图8所示，图8是图7中弧形闸门的门榫18与门卯16结构图，所述弧形闸门还包括门榫18和门卯16，所述门榫18为弧形闸门上游面的一道条形结构，门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11的连接处均设有一道门榫18，所述门卯16为门榫18靠近闸墩2侧的一道凹槽。进一步的，所述门榫18从上至下依次设有复数个螺孔161，所述螺孔161贯穿门榫18两侧，门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11上的螺孔161相对应且孔径一致，所述螺孔161内布置有螺钉164，位于门叶Ⅰ1的门卯16布置有与螺钉164对应的螺杆165，螺杆165嵌固于门卯16内侧，外部端头设有与螺孔161相匹配的螺纹。

连接固定闸门Ⅰ和闸门Ⅱ的方式：将螺帽163与螺钉164顶端的螺纹紧密旋接，对闸门Ⅰ与闸门Ⅱ的门榫18提供压力，该过程中，闸门Ⅰ与闸门Ⅱ处于连接固定状态，布置于闸门Ⅰ和闸门Ⅱ之间的止水橡胶162被压实起到止水防渗效果。

解除连接闸门Ⅰ和闸门Ⅱ的方式：将螺帽163旋离螺钉164侧，与螺杆165顶端的螺纹紧密旋接，解除闸门Ⅰ与闸门Ⅱ的连接，螺帽163可直接保存在螺杆165上，便于后续使用。

如图7和图9所示，图9是图7中弧形闸门的移动机构剖面示意图，所述移动机构为布置于门叶Ⅰ1和门叶Ⅱ11底部的行走轮17，该行走轮17轮心分别位于门叶Ⅰ1和门叶Ⅱ11弧形长度的1/4和3/4处，行走轮17通过轮轴173支撑上部弧形闸门，行走轮17下部凹槽与导轨28上部卡接。

弧形闸门上游面水体压力通过行走轮17传递至导轨28，一方面通过两侧闸墩2的门槽21提供支撑力，另一方面弧形闸门底部与底板24上的滑槽27、行走轮17底部凹槽与导轨28顶部形成的抵抗力矩，共同克服作用在弧形闸门上的水平推力，充分提高运行的稳定性。

弧形闸门运行时，在滑槽27内的导轨28上移动，一方面减小弧形闸门平卧转动的摩擦力，进而减小活塞杆25输出功率，另一方面由导轨28承担弧形闸门重量，降低运行过程中弧形闸门底部的底止水封172与滑槽27间的摩擦损耗；

图3到图6为本发明的弧形闸门的清污运行方式：

过程1：

弧形闸门正常挡水时，门叶Ⅰ1和门叶Ⅱ11的挡水面12位于河道中间并对称分部，阻挡上游水流和漂浮垃圾下泄，门叶Ⅰ1和门叶Ⅱ11的溢流面13位于两侧闸墩2内部，门槽21内两侧的侧止水封171与弧形闸门上下游面紧密贴合，提高门槽21止水效果；

通过螺帽163与门叶Ⅰ1的门卯16内的螺钉164顶端旋接，对门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11的门榫18提供压力，该过程中，门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11处于连接固定状态，布置于门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11连接侧的止水橡胶162被压实起到止水防渗效果。

弧形闸门底部的四个行走轮17底部分别位于定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295上，布置于弧形闸门底部上下游侧的底止水封172被弧形闸门压实于滑槽27上，提高弧形闸门底部止水效果；连通阀22处于开启状态，闸墩2内部与下游河道连通，两者水位一致，平衡闸墩2内外水压力；

过程2：

弧形闸门过水进行河道左侧清污时，在过程1的基础上，活塞杆25收缩，驱动弧形闸门沿滑槽27内的导轨28向右侧闸墩2旋转22.5°，在移动过程开始阶段，四个行走轮17同时离开定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295，在移动过程中，四个行走轮17底部位于导轨28顶端，弧形闸门的重量转移至导轨28上，降低了移动过程中底止水封172与滑槽27间的摩擦损耗，在移动过程结束阶段，四个行走轮17位于定位槽②2921、定位槽③2931、定位槽④2941、定位槽⑤2951上，弧形闸门的重量转移至底止水封172上，底止水封172被弧形闸门重新压实，起到止水效果。

上游河道水流携带漂浮垃圾通过门叶Ⅱ11的溢流面13下泄，并产生船吸效应，不断吸引上游河道漂浮垃圾进入门叶Ⅱ11的溢流面13。

漂浮垃圾被布置于溢流面13下游面的拦污栅3拦截，下泄水流冲击导流片33，产生朝向左侧闸墩2的推力，进入下游河道或闸墩2内部空腔。

拦污栅3内拦截并聚集的漂浮垃圾受到下泄水流的推动力，在呈扭面布置的导流片33引导作用下进入左侧闸墩2内部空腔，被布置于闸墩2空腔上部的清污网4收集。

过程3：

弧形闸门过水进行河道右侧清污时，在过程1的基础上，活塞杆25伸长，驱动弧形闸门沿滑槽27内的导轨28向左侧闸墩2旋转22.5°，在移动过程开始阶段，四个行走轮17同时离开定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295，在移动过程中，四个行走轮17底部位于导轨28顶端，弧形闸门的重量转移至导轨28上，降低了移动过程中底止水封172与滑槽27间的摩擦损耗，在移动过程结束阶段，四个行走轮17位于定位槽①2911、定位槽②2921、定位槽③2931、定位槽④2941上，弧形闸门的重量转移至底止水封172上，底止水封172被弧形闸门重新压实，起到止水效果。

上游河道水流携带漂浮垃圾通过门叶Ⅰ1的溢流面13下泄，并产生船吸效应，不断吸引上游河道漂浮垃圾进入门叶Ⅰ1的溢流面13。

漂浮垃圾被布置于溢流面13下游面的拦污栅3拦截，下泄水流冲击导流片33，产生朝向右侧闸墩2的推力，进入下游河道或闸墩2内部空腔。

拦污栅3内拦截并聚集的漂浮垃圾受到下泄水流的推动力，在呈扭面布置的导流片33引导作用下进入右侧闸墩2内部空腔，被布置于闸墩2空腔上部的清污网4收集。

当门叶Ⅰ1检修时，在过程1的基础上，活塞杆25收缩，驱动弧形闸门沿滑槽27内的导轨28向右侧闸墩2移动，直至门叶Ⅰ1完全进入右侧闸墩2内部空腔，由门叶Ⅱ11发挥挡水作用。

在右侧闸墩2上方通过连杆关闭连通阀22，通过水泵将右侧闸墩2内部空腔积水排至下游河道，进行门叶Ⅰ1检修。

门叶Ⅰ1更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽163由螺钉164侧旋转移动至螺杆165侧，解除门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11的连接，通过门叶Ⅰ1顶部的吊点112吊升，进行后续操作；该过程中，四个行走轮17由初始位于定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295上，到过程完成位于定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295、定位槽Ⅵ296上；该过程中，门叶Ⅱ11下游侧的拦污栅3一直发挥拦截上游河道漂浮垃圾的功能。

当门叶Ⅱ11检修时，在过程1的基础上，活塞杆25伸长，驱动弧形闸门沿底板24上的滑槽27移动，直至门叶Ⅱ11完全进入左侧闸墩2内部空腔，由门叶Ⅰ1发挥挡水作用；在左侧闸墩2上方通过连杆关闭连通阀22，通过水泵将左侧闸墩2内部空腔积水排至下游河道，进行门叶Ⅱ11检修。

门叶Ⅱ11更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽163由螺钉164侧旋转移动至螺杆165侧，解除门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11的连接，通过门叶Ⅱ11顶部的吊点112吊升，进行后续操作；该过程中，四个行走轮17由初始位于定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295上，到过程完成位于定位槽Ⅰ291、定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294上；该过程中，门叶Ⅰ1下游侧的拦污栅3一直发挥拦截上游河道漂浮垃圾的功能。

当弧形闸门全开排洪时，在过程1的基础上，活塞杆25伸长，驱动弧形闸门沿底板24上的滑槽27移动，直至门叶Ⅱ11完全进入左侧闸墩2内部空腔，关闭左侧连通阀22，通过水泵将闸墩2内部空腔积水排至下游河道，移除清污网4，解除门叶Ⅰ1与门叶Ⅱ11的连接，打开左侧连通阀22，活塞杆25缩短，驱动门叶Ⅰ1进入右侧闸墩2内部空腔，至此，河道完全畅通；该过程中，四个行走轮17由初始位于定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅲ293、定位槽Ⅳ294、定位槽Ⅴ295上，到过程完成位于定位槽Ⅰ291、定位槽Ⅱ292、定位槽Ⅴ295、定位槽Ⅵ296上。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平卧式弧形闸门系统，包括弧形闸门、闸墩（2）、导轨（28）、拦污栅（3）和清污网（4），其特征在于：

所述弧形闸门包括门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11），门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）为等厚弧形钢结构，两者上下游弧面同圆心，弧度均为90°；所述门叶Ⅰ（1）靠近右侧闸墩（2），包括挡水面（12）和溢流面（13），所述挡水面（12）位于门叶Ⅱ（11）与门叶Ⅰ（1）连接侧，挡水面（12）顶端与闸墩（2）外侧高度一致，所述溢流面（13）为门叶Ⅰ（1）中间端的凹陷隘口，溢流面（13）顶端低于挡水面（12），与闸墩（2）内侧高度一致，挡水面（12）和溢流面（13）顶端均设有吊点（112），门叶Ⅰ（1）底部左右两端设有凹槽，存放移动机构；所述门叶Ⅱ（11）靠近左侧闸墩（2），门叶Ⅱ（11）与门叶Ⅰ（1）为镜像对称结构，弧形闸门底端上下游侧还设有底止水封（172）；

所述闸墩（2）布置于河道两侧，为空腔式挡墙结构，闸墩（2）中间为空腔，外壁为钢筋混凝土结构，还包括门槽（21）、连通阀（22）、工作桥（23）和底板（24），所述门槽（21）处于两侧闸墩（2）上游端，位于弧形闸门进入闸墩（2）的位置，贯穿闸墩（2）外壁，所述连通阀（22）处于两侧闸墩（2）下游端，位于闸墩（2）底部位置，贯穿闸墩（2）外壁，连通闸墩（2）内部空腔与下游河道，所述底板（24）位于弧形闸门和闸墩（2）底部，底板（24）上还设有滑槽（27），所述滑槽（27）截面为矩形，宽度与弧形闸门厚度相匹配，滑槽（27）布置路径呈弧形，与弧形闸门运动路径相匹配，所述工作桥（23）布置于闸墩（2）上方，位于闸墩（2）下游端，工作桥（23）上设有活塞杆（25），活塞杆（25）后端与工作桥（23）上的底座（26）铰接；

所述导轨（28）为工字钢结构，导轨（28）布置路径为弧形，与滑槽（27）走向相匹配，导轨（28）布置于滑槽（27）底面下方的底板（24）内，其顶端外露于滑槽（27）底面上方；

所述拦污栅（3）布置于弧形闸门的溢流面（13）下游侧，由顶环（31）、底环（32）和导流片（33）组成，所述顶环（31）和底环（32）均为圆弧形且水平布置，顶环（31）布置高度略低于挡水面（12）上表面高度，底环（32）下侧与溢流面（13）上表面平齐，顶环（31）和底环（32）通过钢杆固定在弧形闸门上，所述导流片（33）为复数个长度不同的条形片，上端连接顶环（31）、下端连接底环（32），导流片（33）在两者沿一定走向布置；

所述清污网（4）布置在两侧闸墩（2）空腔上部，还包括网架（41），所述网架（41）一侧固定于闸墩（2）外侧顶部，另一侧与弧形闸门的溢流面（13）上游侧相贴合，网架（41）下部固定清污网（4）。

2.根据权利要求1所述的一种平卧式弧形闸门系统，其特征在于：所述门叶Ⅰ（1）还包括连接面（111），所述连接面（111）为门叶Ⅰ（1）最右端的凸出面，与挡水面（12）高度一致，连接面（111）顶端还设有铰接座（15），与活塞杆（25）顶端铰接。

3.根据权利要求1所述的一种平卧式弧形闸门系统，其特征在于：所述弧形闸门还包括门榫（18）和门卯（16），所述门榫（18）为弧形闸门上游面的一道条形结构，门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）的连接处均设有一道门榫（18），所述门卯（16）为门榫（18）靠近闸墩（2）侧的一道凹槽；所述门榫（18）从上至下依次设有复数个螺孔（161），所述螺孔（161）贯穿门榫（18）两侧，门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）上的螺孔（161）相对应且孔径一致，所述螺孔（161）内布置有螺钉（164），位于门叶Ⅰ（1）的门卯（16）布置有与螺钉（164）对应的螺杆（165），螺杆（165）嵌固于门卯（16）内侧，外部端头设有与螺孔（161）相匹配的螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种平卧式弧形闸门系统，其特征在于：所述门槽（21）内两侧均由直线段和圆弧段组成，所述直线段位于中间端，两侧直线段之间距离与弧形闸门厚度相配合，所述圆弧段位于门槽（21）入口端与出口端，分别与闸墩（2）内壁和外壁平滑过渡，门槽（21）内两侧还设有侧止水封（171）。

5.根据权利要求1所述的一种平卧式弧形闸门系统，其特征在于： 所述移动机构为布置于门叶Ⅰ（1）和门叶Ⅱ（11）底部的行走轮（17），该行走轮（17）轮心分别位于门叶Ⅰ（1）和门叶Ⅱ（11）弧形长度的1/4和3/4处，行走轮（17）通过轮轴（173）支撑上部弧形闸门，行走轮（17）下部凹槽与导轨（28）上部卡接。

6.根据权利要求1所述的一种平卧式弧形闸门系统，其特征在于：所述导轨（28）还包括11个定位槽，所述定位槽是位于导轨（28）上弧形凹槽，其与行走轮（17）的轮径曲率相匹配，其凹槽最低点位于导轨（28）圆弧长度的1/12、2/12、3/12、4/12、5/12、6/12、7/12、8/12、9/12、10/12、11/12处。

7.根据权利要求1所述的一种平卧式弧形闸门系统，其特征在于：所述顶环（31）的曲率大于底环（32），顶环（31）靠近挡水面（12）的一端位于底环（32）下游侧，顶环（31）另一端与底环（32）位于同一竖直线上，两者间的导流片（33）形成扭面，引导水流朝向两侧闸墩（2）方向。

8.权利要求1至7任一项所述的一种平卧式弧形闸门系统的清污运行方法，其特征在于：

过程1：

弧形闸门正常挡水时，门叶Ⅰ（1）和门叶Ⅱ（11）的挡水面（12）位于河道中间并对称分部，阻挡上游水流和漂浮垃圾下泄，门叶Ⅰ（1）和门叶Ⅱ（11）的溢流面（13）位于两侧闸墩（2）内部，门槽（21）内两侧的侧止水封（171）与弧形闸门上下游面紧密贴合，提高门槽（21）止水效果；

通过螺帽（163）与门叶Ⅰ（1）的门卯（16）内的螺钉（164）顶端旋接，对门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）的门榫（18）提供压力，该过程中，门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）处于连接固定状态，布置于门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）连接侧的止水橡胶（162）被压实起到止水防渗效果；

弧形闸门底部的四个行走轮（17）底部分别位于定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295）上，布置于弧形闸门底部上下游侧的底止水封（172）被弧形闸门压实于滑槽（27）上，提高弧形闸门底部止水效果；

连通阀（22）处于开启状态，闸墩（2）内部与下游河道连通，两者水位一致，平衡闸墩（2）内外水压力；

过程2：

弧形闸门过水进行河道左侧清污时，在过程1的基础上，活塞杆（25）收缩，驱动弧形闸门沿滑槽（27）内的导轨（28）向右侧闸墩（2）移动，直至弧形闸门底部的四个行走轮（17）底部分别位于定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295）、定位槽Ⅵ（296）上，在移动过程开始阶段，四个行走轮（17）同时离开定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295），在移动过程中，四个行走轮（17）底部位于导轨（28）顶端，弧形闸门的重量转移至导轨（28）上，降低了移动过程中底止水封（172）与滑槽（27）间的摩擦损耗，在移动过程结束阶段，四个行走轮（17）位于定位槽②（2921）、定位槽③（2931）、定位槽④（2941）、定位槽⑤（2951）上，弧形闸门的重量转移至底止水封（172）上，底止水封（172）被弧形闸门重新压实，起到止水效果；

上游河道水流携带漂浮垃圾通过门叶Ⅱ（11）的溢流面（13）下泄，并产生船吸效应，不断吸引上游河道漂浮垃圾进入门叶Ⅱ（11）的溢流面（13）；

漂浮垃圾被布置于溢流面（13）下游面的拦污栅（3）拦截，下泄水流冲击导流片（33），产生朝向左侧闸墩（2）的推力，进入下游河道或闸墩（2）内部空腔；

拦污栅（3）内拦截并聚集的漂浮垃圾受到下泄水流的推动力，在呈扭面布置的导流片（33）引导作用下进入左侧闸墩（2）内部空腔，被布置于闸墩（2）空腔上部的清污网（4）收集；

过程3：

弧形闸门过水进行河道右侧清污时，在过程1的基础上，活塞杆（25）伸长，驱动弧形闸门沿滑槽（27）内的导轨（28）向左侧闸墩（2）移动，直至弧形闸门底部的四个行走轮（17）底部分别位于定位槽Ⅰ（291）、定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）上，在移动过程开始阶段，四个行走轮（17）同时离开定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295），在移动过程中，四个行走轮（17）底部位于导轨（28）顶端，弧形闸门的重量转移至导轨（28）上，降低了移动过程中底止水封（172）与滑槽（27）间的摩擦损耗，在移动过程结束阶段，四个行走轮（17）位于定位槽①（2911）、定位槽②（2921）、定位槽③（2931）、定位槽④（2941）上，弧形闸门的重量转移至底止水封（172）上，底止水封（172）被弧形闸门重新压实，起到止水效果；

上游河道水流携带漂浮垃圾通过门叶Ⅰ（1）的溢流面（13）下泄，并产生船吸效应，不断吸引上游河道漂浮垃圾进入门叶Ⅰ（1）的溢流面（13）；

漂浮垃圾被布置于溢流面（13）下游面的拦污栅（3）拦截，下泄水流冲击导流片（33），产生朝向右侧闸墩（2）的推力，进入下游河道或闸墩（2）内部空腔；

拦污栅（3）内拦截并聚集的漂浮垃圾受到下泄水流的推动力，在呈扭面布置的导流片（33）引导作用下进入右侧闸墩（2）内部空腔，被布置于闸墩（2）空腔上部的清污网（4）收集。

9.根据权利要求8所述的清污运行方法，其特征在于：

门叶Ⅰ（1）检修时，在过程1的基础上，活塞杆（25）收缩，驱动弧形闸门沿滑槽（27）内的导轨（28）向右侧闸墩（2）移动，直至门叶Ⅰ（1）完全进入右侧闸墩（2）内部空腔，由门叶Ⅱ（11）发挥挡水作用；

在右侧闸墩（2）上方通过连杆关闭连通阀（22），通过水泵将右侧闸墩（2）内部空腔积水排至下游河道，进行门叶Ⅰ（1）检修；

门叶Ⅰ（1）更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽（163）由螺钉（164）侧旋转移动至螺杆（165）侧，解除门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）的连接，通过门叶Ⅰ（1）顶部的吊点（112）吊升，进行后续操作；

该过程中，四个行走轮（17）由初始位于定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295）上，到过程完成位于定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295）、定位槽Ⅵ（296）上；

该过程中，门叶Ⅱ（11）下游侧的拦污栅（3）一直发挥拦截上游河道漂浮垃圾的功能；

门叶Ⅱ（11）检修时，在过程1的基础上，活塞杆（25）伸长，驱动弧形闸门沿底板（24）上的滑槽（27）移动，直至门叶Ⅱ（11）完全进入左侧闸墩（2）内部空腔，由门叶Ⅰ（1）发挥挡水作用；

在左侧闸墩（2）上方通过连杆关闭连通阀（22），通过水泵将左侧闸墩（2）内部空腔积水排至下游河道，进行门叶Ⅱ（11）检修；

门叶Ⅱ（11）更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽（163）由螺钉（164）侧旋转移动至螺杆（165）侧，解除门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）的连接，通过门叶Ⅱ（11）顶部的吊点（112）吊升，进行后续操作；

该过程中，四个行走轮（17）由初始位于定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295）上，到过程完成位于定位槽Ⅰ（291）、定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）上；

该过程中，门叶Ⅰ（1）下游侧的拦污栅（3）一直发挥拦截上游河道漂浮垃圾的功能。

10.根据权利要求9所述的清污运行方法，其特征在于：

弧形闸门全开排洪时，在过程1的基础上，活塞杆（25）伸长，驱动弧形闸门沿底板（24）上的滑槽（27）移动，直至门叶Ⅱ（11）完全进入左侧闸墩（2）内部空腔，关闭左侧连通阀（22），通过水泵将闸墩（2）内部空腔积水排至下游河道，移除清污网（4），解除门叶Ⅰ（1）与门叶Ⅱ（11）的连接，打开左侧连通阀（22），活塞杆（25）缩短，驱动门叶Ⅰ（1）进入右侧闸墩（2）内部空腔，至此，河道完全畅通；

该过程中，四个行走轮（17）由初始位于定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅲ（293）、定位槽Ⅳ（294）、定位槽Ⅴ（295）上，到过程完成位于定位槽Ⅰ（291）、定位槽Ⅱ（292）、定位槽Ⅴ（295）、定位槽Ⅵ（296）上。

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