CN113623408A - 一种双级拍门启闭装置及其运行方法 - Google Patents

一种双级拍门启闭装置及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于断流装置领域，具体涉及一种双级拍门启闭装置及其运行方法。包括出水池、启闭机、出水管、双级拍门、刚性横拉杆、活塞管、钢丝硅胶管、钢锁链、压电传感器，活塞管包括悬吊式活塞管和平拉式活塞管，悬吊式活塞管跟第一级拍门连接，平拉式活塞管跟启闭机相连接，两个活塞管中间通过一段直角钢丝硅胶管作为连通器，实现气压连通；本发明利用活塞管跟钢丝硅胶管等柔性材料实现对双级拍门的压力启闭，能够保证在泵站开机时拍门能够被顺利、及时的打开，在运行时保持稳定，在泵站关机时又能保证极大程度的减小拍门撞击力。

Description

一种双级拍门启闭装置及其运行方法
技术领域
本发明属于断流装置领域，具体涉及一种双级拍门启闭装置及其运行方法。
背景技术
拍门是水利工程中常见的一种断流装置且通常应用于泵站的出水管处，当机组停机时，拍门可用于隔断水流，防止水流进入泵机组中使机组反转。目前，实际工程中的拍门种类有很多，然而其具体技术还不完善，主要存在着两个主要问题：一是当泵站在运行的过程中，由于拍门开启角度不会很大，故在水泵出口处，会产生较大的水头损失；二是在水泵机组关机时，拍门在受到其自身重力以及其门外水压力的综合作用下会快速闭合，对出水管或出水流道产生较大的撞击力，进而对拍门自身以及其他出水建筑物造成极其不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双级拍门启闭装置，既能保证在泵站开机时拍门能够被顺利、及时的打开；在运行时拍门开度能够保持稳定；在泵站关机时又能保证拍门及时关闭且极大程度的减小撞击力。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种双级拍门启闭装置，包括出水池，斜向上布置进入出水池后墙的出水管，设置在出水管出口的双级拍门，悬吊式活塞管，平拉式活塞管，悬吊式活塞管和平拉式活塞管之间通过钢丝硅胶管实现气压连通以及驱动机构；
悬吊式活塞管的活塞外端面与双级拍门的第一级拍门上端中部连接；所述平拉式活塞管的汽缸内表面依次设有位置分别与双级拍门的第一级拍门开始打开状态、第一级拍门完全打开状态、第二级拍门半开状态，第二级拍门完全打开状态相对应的压电传感器Ⅰ、压电传感器Ⅱ、压电传感器Ⅲ和压电传感器Ⅳ；
所述驱动机构用于接收出水管出水量的信息和压电传感器信息，并根据相应的信息，改变悬吊式活塞管、平拉式活塞管和钢丝硅胶管内部的气压值，从事实现对双级拍门的启闭。
进一步的，所述双级拍门的第一级拍门和第二级拍门转动连接，第二级拍门的另一端通过拍门转轴连接于出水管上端；
第一级拍门和第二级拍门连接处远离出水管的一侧设有柔性止水材料层，所述出水管与双级拍门相接触的端面上设有防撞层。
进一步的，还包括钢锁链，所述悬吊式活塞管的活塞的外端面上设有锁扣Ⅱ，第一级拍门上端中部设有锁扣Ⅰ，钢锁链一端通过锁扣Ⅱ和悬吊式活塞管中的活塞连接，另一端通过锁扣Ⅰ与第一级拍门连接。
进一步的，出水池后墙侧面的上部设有用于固定悬吊式活塞管的环形固定架，出水管顶部高程加上双级拍门门体长度小于悬吊式活塞管底部高程；出水池后墙顶高程跟地面高程相等。
进一步的，悬吊式活塞管包括悬吊式活塞管活塞和悬吊式活塞管汽缸，平拉式活塞管包括平拉式活塞管活塞和平拉式活塞管汽缸；
悬吊式活塞管汽缸、平拉式活塞管汽缸以及钢丝硅胶管处于连通状态；钢丝硅胶软管用于完全真空度，其最大工作温度为200℃，其脆化温度点为-73℃。
进一步的，所述驱动机构包括电机，电机通过传动机构实现对平拉式活塞管活塞的驱动；
所述传动机构包括刚性横拉杆，电机转轴Ⅰ，电机转轴Ⅱ，齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ；
刚性横拉杆远离平拉式活塞管的一端两侧设有分别与齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ相配合的齿条，刚性横拉杆的另一端与平拉式活塞管活塞连接，电机转轴Ⅰ和齿轮Ⅰ连接，电机转轴Ⅱ和齿轮Ⅱ连接；
电机通过驱动电机转轴转动，从而带动齿轮转动，从而带动刚性横拉杆左右运动，从而实现对平拉式活塞管活塞的驱动。
进一步的，水平上设有固定槽，固定槽为“凹”字型，且固定槽顶部高程比平拉式活塞管的中心轴高程低2cm以下。
进一步的，平拉式活塞管汽缸内部的两端部设有规格完全相同的环状压电片Ⅰ和环状压电片Ⅱ，当环状压电片Ⅰ和环状压电片Ⅱ受到大于阈值的压力后发送信号。
进一步的，还包括信号接收器，所述信号接收器用于接收压电传感器、环状压电片和出水管处出水量的信号，并将其传送给电机，从而控制双级拍门的状态。
一种利用上述的装置的运行方法，包括如下步骤：
步骤(1)：拍门未开启
当泵站机组未启动时，出水管没有出水，双级拍门处于关闭状态；
步骤(2)：拍门在小流量、中流量及大流量工况下开启
当泵站机组低转速运行，出水管小流量出水时，机组发送指定信号Ⅰ至电机，电机开始运行，电机转轴Ⅰ带动着齿轮Ⅰ逆时针旋转，转轴Ⅱ带动着齿轮Ⅱ以同一角速度顺时针旋转，同时齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆往左侧平移，平拉式活塞管汽缸内处于负压状态，且其真空值逐渐增大，当超过第一级拍门在竖直方向的自重时，悬吊式活塞管活塞受拉向上移动，通过钢锁链拉动第一级拍门开启，即此时平拉式活塞管活塞位于压电传感器Ⅰ处；当平拉式活塞管活塞运动到压电传感器Ⅱ处时，压电传感器Ⅱ发送信号至电机，当电机依次收到压电传感器Ⅰ和压电传感器Ⅱ发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门为全开状态；
当泵站机组中转速运行，出水管中流量出水时，机组发送指定信号Ⅲ至电机，电机开始运行，当平拉式活塞管活塞运动到压电传感器Ⅲ处时，压电传感器Ⅲ发送信号至电机，当电机依次收到压电传感器Ⅰ、压电传感器Ⅱ和压电传感器Ⅲ发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门为全开状态，第二级拍门为半开状态；
当泵站机组高转速运行，出水管大流量出水时，机组发送指定信号Ⅴ至电机，电机开始运行，当平拉式活塞管活塞运动到压电传感器Ⅳ处时，压电传感器Ⅳ发送信号至电机，当电机依次收到压电传感器Ⅰ、压电传感器Ⅱ、压电传感器Ⅲ和压电传感器Ⅳ发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门为全开状态，第二级拍门为全开状态；
步骤(3)：拍门在开启后改变开度
当泵站机组改变转速，出水管出水流量变化时，机组发送变速后对应工况的指定信号至电机，电机在收到信号后开始运行；
若为泵站机组转速提升工况，电机转轴Ⅰ带动着齿轮Ⅰ以同一角速度逆时针旋转，转轴Ⅱ带动着齿轮Ⅱ以同一角速度顺时针旋转；同时齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆往左侧平移使得平拉式活塞管汽缸内的真空值逐渐增大，悬吊式活塞管活塞受拉向上移动并通过钢锁链拉动第一级拍门开启，即此时双级拍门的开度增大，当平拉式活塞管活塞运动至对应开度档位下压电传感器处时，压电传感器发送信号至电机，电机停止运行；
若泵站机组转速减小工况，电机转轴Ⅰ带动着齿轮Ⅰ以同一角速度顺时针旋转，电机转轴Ⅱ带动着齿轮Ⅱ以同一角速度逆时针旋转；同时齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆往右侧平移使得平拉式活塞管汽缸内的真空值逐渐增小，悬吊式活塞管活塞因受到来自于第一级拍门的拉力跟随着第一级拍门一起向下移动，即此时双级拍门的开度减小；当平拉式活塞管活塞运动至对应开度档位下压电传感器处时，压电传感器发送信号至电机，电机停止运行；
步骤(4)：拍门在小流量、中流量及大流量工况下关闭
当泵站机组在低转速运行结束，出水管停止出水时，机组发送指定信号Ⅱ至电机，电机收到信号Ⅱ开始运行，电机转轴Ⅰ带动着齿轮Ⅰ以同一角速度顺时针旋转，电机转轴Ⅱ带动着齿轮Ⅱ以同一角速度逆时针旋转；同时齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆往右侧平移；在刚性横拉杆5向右平移的过程中，平拉式活塞管活塞跟随刚性横拉杆一起向右移动且此时钢丝硅胶管内部的真空值逐渐减小，悬吊式活塞管活塞因受到来自于第一级拍门的拉力跟随着第一级拍门一起向下移动；当平拉式活塞管活塞依次经过压电传感器Ⅱ和压电传感器Ⅰ时，压电传感器发送信号至电机，电机在依次收到压电传感器Ⅱ和压电传感器Ⅰ发来的信号后停止运行；因双级拍门关闭下落时的惯性，在电机停止运行后第一级拍门会通过钢锁链继续拉动悬吊式活塞管活塞向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸内部的真空度再次增大，第一级拍门受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门完全关闭；最终双级拍门的动量为零，悬吊式活塞管活塞受到来自因第一级拍门自重造的拉力，其方向为斜向下，悬吊式活塞管汽缸内部为负压状态；
当泵站机组在中转速运行结束，出水管停止出水时，机组发送指定信号Ⅳ至电机，电机收到信号Ⅳ开始运行，当平拉式活塞管活塞依次经过压电传感器Ⅲ、压电传感器Ⅱ和压电传感器Ⅰ时，压电传感器发送信号至电机，电机在依次收到压电传感器Ⅲ、压电传感器Ⅱ和压电传感器Ⅰ发来的信号后停止运行；此时第二级拍门已完全关闭，第一级拍门因其在关闭下落时的惯性，在电机停止运行后第一级拍门会通过钢锁链继续拉动悬吊式活塞管活塞向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸内部的真空度再次增大，第一级拍门受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门完全关闭；最终双级拍门的动量为零，悬吊式活塞管活塞受到来自因第一级拍门自重造的拉力，其方向为斜向下，悬吊式活塞管汽缸内部为负压状态；
当泵站机组在高转速运行结束，出水管停止出水时，机组发送指定信号Ⅵ至电机，电机收到信号Ⅵ开始运行，当平拉式活塞管活塞依次经过压电传感器Ⅳ、压电传感器Ⅲ、压电传感器Ⅱ和压电传感器Ⅰ时，压电传感器发送信号至电机，电机在依次收到压电传感器Ⅳ、压电传感器Ⅲ、压电传感器Ⅱ和压电传感器Ⅰ发来的信号后停止运行；此时第二级拍门已完全关闭，第一级拍门因其在关闭下落时的惯性，在电机停止运行后第一级拍门会通过钢锁链继续拉动活塞向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸内部的真空度再次增大，第一级拍门受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门完全关闭；最终双级拍门的动量为零，悬吊式活塞管活塞受到来自因第一级拍门自重造的拉力，其方向为斜向下，悬吊式活塞管汽缸内部为负压状态。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明提供了一种双级拍门启闭装置，其结构简单、工作原理清晰，能保证泵站在开机时拍门能够被顺利、及时的打开，在运行时拍门开度能够保持稳定；在泵站关机时又能保证拍门极大程度的减小撞击力。
(2)本发明中的双级拍门在开启时能够根据泵站机组转速控制开度并能够在运行时进行相关调整，使得因拍门造成的水头损失大幅度减小。
(3)本发明在平拉式活塞管的汽缸内表层嵌有一系列压电传感器，其对应不同的拍门开度档位并能够发送指定信号至电机，实现双级拍门启闭的自动化及分级运行，其运行方式具有一定的灵活性。
(4)本发明在平拉式活塞管汽缸底部和顶部均设有一环形压电片，当其受到一定压力后均能够发送信号至电机并使其停止运行，保证了整个装置的安全性。
(5)本发明通过电机拉动刚性横拉杆在活塞管、钢丝硅胶管等柔性材料中产生负压，实现对双级拍门的压力启闭，同时能够大大减小所述双级拍门启闭装置在运行时的材料磨损，具有一定的安全性。
附图说明
图1为本发明的双级拍门启闭装置双级拍门关闭时的工作示意图。
图2为本发明的双级拍门启闭装置小流量运行时的拍门工作示意图。
图3为本发明的双级拍门启闭装置中流量运行时的拍门工作示意图。
图4为本发明的双级拍门启闭装置大流量运行时的拍门工作示意图。
图5为本发明的双级拍门启闭装置悬吊式活塞管透视图。
图6为本发明的双级拍门启闭装置平拉式活塞管透视图。
图7为本发明图6的平拉式活塞管A-A截面图。
图8为本发明图6的平拉式活塞管B-B截面图。
图9为本发明的双级拍门启闭装置的电机布置图。
图10为本发明的双级拍门启闭装置运行流程图。
附图标记说明：
1-出水池，2-电机，3-出水管，4-双级拍门，4A-第一级拍门，4B-第二级拍门，5-刚性横拉杆，6-固定槽，7-悬吊式活塞管，7A-悬吊式活塞管的活塞，7B-悬吊式活塞管的汽缸，8-平拉式活塞管，8A-平拉式活塞管的活塞，8B-平拉式活塞管的汽缸，9-钢丝硅胶管，10-钢锁链，11-环形固定架，12-柔性止水材料层，13-锁扣Ⅰ，14-锁扣Ⅱ，15-拍门转轴，16-转动螺栓，17-防撞层，18A-压电传感器Ⅰ，18B-压电传感器Ⅱ，18C-压电传感器Ⅲ，18D-压电传感器Ⅳ，19A-环形压电片Ⅰ，19B-环形压电片Ⅱ，20A-电机转轴Ⅰ，20B-电机转轴Ⅱ，21A-齿轮Ⅰ，21B-齿轮Ⅱ，22-信号接收器。
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10所示，本发明一种双级拍门启闭装置，包括：
出水池1，电机2，出水管3，双级拍门4，第一级拍门4A，第二级拍门4B，刚性横拉杆5，固定槽6，悬吊式活塞管7，悬吊式活塞管活塞7A，悬吊式活塞管汽缸7B，平拉式活塞管8，平拉式活塞管活塞8A，平拉式活塞管汽缸8B，钢丝硅胶管9，钢锁链10，环形固定架11，柔性止水材料层12，锁扣Ⅰ13，锁扣Ⅱ14，拍门转轴15，转动螺栓16，防撞层17，压电传感器Ⅰ18A，压电传感器Ⅱ18B，压电传感器Ⅲ18C，压电传感器Ⅳ18D，环状压电片Ⅰ19A，环状压电片Ⅱ19B，电机转轴Ⅰ20A，电机转轴Ⅱ20B，齿轮Ⅰ21A，齿轮Ⅱ21B，信号接收器22。
出水管3顶部高程加上双级拍门4门体长度小于悬吊式活塞管7底部高程。
出水池1后墙顶高程跟地面高程相等。
电机2内壁设有信号接收器22，能够接收来自压电传感器、环形压电片以及泵站机组发来的指定信号并控制电机2运行。
固定槽6顶部高程小于平拉式活塞管8的中心轴高程2cm以下。
环形固定架11采用钢架结构且悬吊式活塞管7内嵌于所述环形固定架11中。
钢丝硅胶软管9可用于完全真空度，其最大工作温度为200℃，其脆化温度点为-73℃；
钢丝硅胶管9的弹性模量E和刚度K都较大，即在所述双级拍门启闭装置运行的过程中不会产生变形。
悬吊式活塞管汽缸7B、平拉式活塞管汽缸8B以及钢丝硅胶管9处于连通状态，即三者内部的气压值永远相等。
悬吊式活塞管7跟通过一钢锁链10跟第一级拍门4A相连接，钢锁链10下端通过锁扣Ⅰ13扣于第一级拍门4A门体中心，钢锁链10上端通过锁扣Ⅱ14扣于悬吊式活塞管中的活塞7A下端。
悬吊式活塞管7在双级拍门4未开启时，活塞7A受到来着因第一级拍门4A自重造的拉力，其方向为斜向下，此时汽缸7B内部为负压状态，且其真空度为G/3A(A为第一级拍门4A门体正截面面积，G为第一级拍门4A自重)。
平拉式活塞管8通过一刚性横拉杆5跟电机2相连接，所述刚性横拉杆5固定连接于平拉式活塞管中的活塞8A，即能够保证以同一速率带动活塞8A左右移动。
平拉式活塞管的汽缸8B直径为悬吊式活塞管汽缸7B直径的两倍，所述平拉式活塞管的汽缸8B长度跟悬吊式活塞管的汽缸7B高度相等。
平拉式活塞管的汽缸8B内表层设有圆弧长条状压电传感器，所述压电传感器内嵌于平拉式活塞管的汽缸8B内壁表层，其弧度等于1/3汽缸8B内径，从内到外分别是压电传感器Ⅰ18A，压电传感器Ⅱ18B，压电传感器Ⅲ18C，压电传感器Ⅳ18D，当其受到一定压力后，能够发送信号至电机2。
平拉式活塞管汽缸8B底部和顶部分别设有规格完全相同的环状压电片Ⅰ19A和环状压电片Ⅱ19B，且当其受到一定压力后均能够发送信号至电机2。
压电传感器Ⅰ18A在顺水流方向上布置于汽缸8B内靠底部1/6处，压电传感器Ⅱ18B在顺水流方向上布置于汽缸8B内靠底部5/12处，压电传感器Ⅲ18C在顺水流方向上布置于汽缸8B内靠底部2/3处，压电传感器Ⅳ18D在顺水流方向上布置于汽缸8B内靠底部5/6处。
平拉式活塞管8在双级拍门4未开启时，其汽缸8B内部的真空度为零。
平拉式活塞管的汽缸8B长度根据双级拍门4质量、电机2基本参数、平拉式活塞管汽缸8B直径以及悬吊式活塞管汽缸7B直径而定。最终能使得当平拉式活塞管活塞8A滑动至压电传感器Ⅰ18A时，第一级拍门4A开始打开；当平拉式活塞管活塞8A滑动至压电传感器Ⅱ18B时，第一级拍门4A恰好为全开状态；当平拉式活塞管活塞8A滑动至压电传感器Ⅲ18C时，第二级拍门4B恰好为半开状态；当平拉式活塞管活塞8A滑动至压电传感器Ⅳ18D时，第二级拍门4B恰好为全开状态。
转动螺栓16外侧设有柔性止水材料层12，依靠吸水膨胀后与拍门4挤密，进而堵塞第一级拍门4A和第二级拍门4B之间的空隙，实现止水的目的。
双级拍门4在开启的过程中，平拉式活塞管8右端受到来自因拍门4自重造成的拉力，同时刚性横拉杆5带动活塞8A向左位移，导致汽缸8B内部为负压状态且其真空值逐渐增大，故在双级拍门4开启的过程中，电机2运行功率逐渐增大。
泵站机组内设有信号发送装置，当泵站开始运行时，泵站机组能够根据其机组转速发送指定信号至电机2，控制电机2运行。
电机2中设有电机转轴和齿轮，所述齿轮连接于电机转轴末端且能够在电机转轴转动时保持同一角速度旋转。所述刚性横拉杆5上游侧一端沿轴向伸入电机2内且在其顺水流方向一侧设有轮齿，能够跟齿轮传动连接。
电机转轴和齿轮分别为两套，其中电机转轴Ⅰ20A和齿轮Ⅰ21A设置于刚性横拉杆5左侧，电机转轴Ⅱ20B和齿轮Ⅱ21B设置于刚性横拉杆5右侧。
上述电机转轴Ⅰ20A开始逆时针旋转时，电机转轴Ⅱ20B能够保持同一速率顺时针旋转。
上述电机转轴Ⅰ20A开始逆时针旋转时，齿轮Ⅰ21A能够以同一角速度跟随电机转轴Ⅰ20A一起旋转，同时带动着刚性横拉杆5向上游侧平移。上述电机转轴Ⅰ20A开始顺时针旋转时，齿轮Ⅰ21A能够以同一角速度跟随电机转轴Ⅰ20A一起旋转，同时带动着刚性横拉杆5向下游侧平移。
上述电机转轴Ⅱ20B开始顺时针旋转时，齿轮Ⅱ21B能够以同一角速度跟随电机转轴Ⅱ20B一起旋转，同时带动着刚性横拉杆5向上游侧平移。上述电机转轴Ⅱ20B开始逆时针旋转时，齿轮Ⅱ21B能够以同一角速度跟随电机转轴Ⅱ20B一起旋转，同时带动着刚性横拉杆5向下游侧平移。
上述刚性横拉杆5的运行距离D跟齿轮的直径d和转动圈数n之间满足关系式：
Figure BDA0003206614920000091
上述电机2在依次收到压电传感器Ⅳ18D、压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅱ18B、压电传感器Ⅰ18A的信号后，会自动停止运行。
上述泵站机组在低转速运行时，机组会发送指定信号Ⅰ至电机2，电机2收到信号I会开始运行，之后在依次收到压电传感器Ⅰ18A、压电传感器Ⅱ18B发来的信号后会自动停止运行；上述泵站机组在低转速运行结束后，机组会发送指定信号Ⅱ至电机2，电机2收到信号Ⅱ会开始运行，之后在依次收到压电传感器Ⅱ18B、压电传感器Ⅰ18A发来的信号后会自动停止运行。
上述泵站机组在中转速运行时，机组会发送指定信号Ⅲ至电机2，电机2收到信号Ⅲ会开始运行，之后在依次收到压电传感器Ⅰ18A、压电传感器Ⅱ18B、压电传感器Ⅲ18C发来的信号后会自动停止运行；上述泵站机组在中转速运行结束后，机组会发送指定信号Ⅳ至电机2，电机2收到信号Ⅳ会开始运行，之后在依次收到压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅱ18B、压电传感器Ⅰ18A发来的信号后会自动停止运行。
上述泵站机组在高转速运行时，机组会发送指定信号Ⅴ至电机2，电机2收到信号Ⅴ会开始运行，之后在依次收到压电传感器Ⅰ18A、压电传感器Ⅱ18B、压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅳ18D发来的信号后会自动停止运行；上述泵站机组在高转速运行结束后，机组会发送指定信号Ⅵ至电机2，电机2收到信号Ⅵ会开始运行，之后在依次收到压电传感器Ⅳ18D、压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅱ18B、压电传感器Ⅰ18A发来的信号后会自动停止运行。
上述平拉式活塞管汽缸8B底部的环状压电片Ⅰ19A和顶部的环状压电片Ⅱ19B在收到活塞8A的挤压后均会发送信号至电机2，当电机2收到来自环状压电片Ⅰ19A或环状压电片Ⅱ19B发来的信号后会自动停止运行。
如图1-图10所示，一种双级拍门启闭装置，其具体运行方法如下。
(1)拍门未开启
当泵站机组未启动时，出水管3没有出水，双级拍门4处于关闭状态，即此时所述拍门启闭装置处于图1所示工作状态。
(2)拍门在小流量、中流量及大流量工况下开启
当泵站机组低转速运行，出水管3小流量出水时，机组发送指定信号Ⅰ至电机2。电机2开始运行，其电机转轴Ⅰ20A带动着齿轮Ⅰ21A以同一角速度逆时针旋转，转轴Ⅱ20B带动着齿轮Ⅱ21B以同一角速度顺时针旋转。同时齿轮Ⅰ21A和齿轮Ⅱ21B分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆5往左侧平移。所述刚性横拉杆5固定连接于平拉式活塞管中的活塞8A，当其向左移动时，汽缸8B内处于负压状态，且其真空值逐渐增大，当其内部气压力超过第一级拍门4A在竖直方向的自重时，活塞7A受拉向上移动，并通过钢锁链10拉动第一级4A拍门开启，即此时活塞8A位于压电传感器Ⅰ18A处。当活塞8A运动到压电传感器Ⅱ18B处时，所述压电传感器Ⅱ18B发送信号至电机2，当电机2依次收到压电传感器Ⅰ18A和压电传感器Ⅱ18B发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门4A恰好为全开状态。即此时所述拍门启闭装置处于图2所示工作状态。
当泵站机组中转速运行，出水管3中流量出水时，机组发送指定信号Ⅲ至电机2。电机2开始运行，其具体运行方式类似于泵站机组低转速运行工况。当活塞8A运动到压电传感器Ⅲ18C处时，所述压电传感器Ⅲ18C发送信号至电机2，当电机2依次收到压电传感器Ⅰ18A、压电传感器Ⅱ18B和压电传感器Ⅲ18C发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门4A为全开状态，第二级拍门4B恰好为半开状态。即此时所述拍门启闭装置处于图3所示工作状态。
当泵站机组高转速运行，出水管3大流量出水时，机组发送指定信号Ⅴ至电机2。电机2开始运行，其具体运行方式类似于泵站机组中转速运行工况。当活塞8A运动到压电传感器Ⅳ18D处时，所述压电传感器Ⅳ18D发送信号至电机2，当电机2依次收到压电传感器Ⅰ18A、压电传感器Ⅱ18B、压电传感器Ⅲ18C和压电传感器Ⅳ18D发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门4A为全开状态，第二级拍门4B恰好为全开状态。即此时所述拍门启闭装置处于图4所示工作状态。
(3)拍门在开启后改变开度
当泵站机组改变转速，出水管3出水流量变化时，机组发送变速后对应工况的指定信号至电机2，电机2在收到信号后开始运行。
若为泵站机组转速提升工况，电机转轴Ⅰ20A带动着齿轮Ⅰ21A以同一角速度逆时针旋转，转轴Ⅱ20B带动着齿轮Ⅱ21B以同一角速度顺时针旋转。同时齿轮Ⅰ21A和齿轮Ⅱ21B分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆5往左侧平移使得汽缸8B内的真空值逐渐增大，活塞7A受拉向上移动并通过钢锁链10拉动第一级4A拍门开启，即此时双级拍门4的开度增大。当活塞8A运动至对应开度档位下压电传感器处时，所述压电传感器发送信号至电机2，电机2停止运行。
若泵站机组转速减小工况，电机转轴Ⅰ20A带动着齿轮Ⅰ21A以同一角速度顺时针旋转，转轴Ⅱ20B带动着齿轮Ⅱ21B以同一角速度逆时针旋转。同时齿轮Ⅰ21A和齿轮Ⅱ21B分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆5往右侧平移使得汽缸8B内的真空值逐渐增小，活塞7A因受到来自于第一级拍门4A的拉力跟随着第一级拍门4A一起向下移动，即此时双级拍门4的开度减小。当活塞8A运动至对应开度档位下压电传感器处时，所述压电传感器发送信号至电机2，电机2停止运行。
(4)拍门在小流量、中流量及大流量工况下关闭
当泵站机组在低转速运行结束，出水管3停止出水时，机组发送指定信号Ⅱ至电机2，电机2收到信号Ⅱ开始运行，其转轴Ⅰ20A带动着齿轮Ⅰ21A以同一角速度顺时针旋转，转轴Ⅱ20B带动着齿轮Ⅱ21B以同一角速度逆时针旋转。同时齿轮Ⅰ21A和齿轮Ⅱ21B分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆5往右侧平移。在刚性横拉杆5向右平移的过程中，平拉式活塞管活塞8A跟随刚性横拉杆5一起向右移动且此时钢丝硅胶管9内部的真空值逐渐减小，活塞7A因受到来自于第一级拍门4A的拉力跟随着第一级拍门4A一起向下移动。当平拉式活塞管活塞8A依次经过压电传感器Ⅱ18B和压电传感器Ⅰ18A时，所述压电传感器发送信号至电机2，电机2在依次收到压电传感器Ⅱ18B和压电传感器Ⅰ18A发来的信号后停止运行。因双级拍门4关闭下落时具有一定的惯性，在电机2停止运行后第一级拍门4A会通过钢锁链10继续拉动活塞7A向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸7B内部的真空度再次增大，第一级拍门4A受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门4完全关闭。最终双级拍门4的动量为零，活塞7A受到来自因第一级拍门4A自重造的拉力，其方向为斜向下，汽缸7B内部为负压状态。
当泵站机组在中转速运行结束，出水管3停止出水时，机组发送指定信号Ⅳ至电机2，电机2收到信号Ⅳ开始运行，其具体运行方式类似于泵站机组低转速运行结束时的工况。当平拉式活塞管活塞8A依次经过压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅱ18B和压电传感器Ⅰ18A时，所述压电传感器发送信号至电机2，电机2在依次收到压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅱ18B和压电传感器Ⅰ18A发来的信号后停止运行。此时第二级拍门4B已完全关闭，第一级拍门4A因其在关闭下落时具有一定的惯性，在电机2停止运行后第一级拍门4A会通过钢锁链10继续拉动活塞7A向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸7B内部的真空度再次增大，第一级拍门4A受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门4完全关闭。最终双级拍门4的动量为零，活塞7A受到来自因第一级拍门4A自重造的拉力，其方向为斜向下，汽缸7B内部为负压状态。
当泵站机组在高转速运行结束，出水管3停止出水时，机组发送指定信号Ⅵ至电机2，电机2收到信号Ⅵ开始运行，其具体运行方式类似于泵站机组中转速运行结束时的工况。当平拉式活塞管活塞8A依次经过压电传感器Ⅳ18D、压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅱ18B和压电传感器Ⅰ18A时，所述压电传感器18发送信号至电机2，电机2在依次收到压电传感器Ⅳ18D、压电传感器Ⅲ18C、压电传感器Ⅱ18B和压电传感器Ⅰ18A发来的信号后停止运行。此时第二级拍门4B已完全关闭，第一级拍门4A因其在关闭下落时具有一定的惯性，在电机2停止运行后第一级拍门4A会通过钢锁链10继续拉动活塞7A向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸7B内部的真空度再次增大，第一级拍门4A受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门4完全关闭。最终双级拍门4的动量为零，活塞7A受到来自因第一级拍门4A自重造的拉力，其方向为斜向下，汽缸7B内部为负压状态。
综上，本发明介绍了一种双级拍门启闭装置及其运行方法，具有较高的推广应用价值。

Claims (10)

1.一种双级拍门启闭装置，其特征在于，包括出水池(1)，斜向上布置进入出水池后墙的出水管(3)，设置在出水管出口的双级拍门(4)，悬吊式活塞管(7)，平拉式活塞管(8)，悬吊式活塞管和平拉式活塞管之间通过钢丝硅胶管(9)实现气压连通以及驱动机构；
悬吊式活塞管(7)的活塞外端面与双级拍门的第一级拍门(4A)上端中部连接；所述平拉式活塞管(8)的汽缸内表面依次设有位置分别与双级拍门的第一级拍门(4A)开始打开状态、第一级拍门(4A)完全打开状态、第二级拍门(4B)半开状态，第二级拍门(4B)完全打开状态相对应的压电传感器Ⅰ(18A)、压电传感器Ⅱ(18B)、压电传感器Ⅲ(18C)和压电传感器Ⅳ(18D)；
所述驱动机构用于接收出水管出水量的信息和压电传感器信息，并根据相应的信息，改变悬吊式活塞管(7)、平拉式活塞管(8)和钢丝硅胶管(9)内部的气压值，从事实现对双级拍门的启闭。
2.根据权利要求1所述的启闭装置，其特征在于，所述双级拍门(4)的第一级拍门(4A)和第二级拍门(4B)转动连接，第二级拍门(4B)的另一端通过拍门转轴(15)连接于出水管(3)上端；
第一级拍门(4A)和第二级拍门(4B)连接处远离出水管的一侧设有柔性止水材料层(12)，所述出水管(3)与双级拍门(4)相接触的端面上设有防撞层(17)。
3.根据权利要求2所述的启闭装置，其特征在于，还包括钢锁链(10)，所述悬吊式活塞管(7)的活塞的外端面上设有锁扣Ⅱ(14)，第一级拍门(4A)上端中部设有锁扣Ⅰ(13)，钢锁链(10)一端通过锁扣Ⅱ(14)和悬吊式活塞管中的活塞连接，另一端通过锁扣Ⅰ(13)与第一级拍门(4A)连接。
4.根据权利要求3所述的启闭装置，其特征在于，出水池(1)后墙侧面的上部设有用于固定悬吊式活塞管(7)的环形固定架(11)，出水管(3)顶部高程加上双级拍门(4)门体长度小于悬吊式活塞管(7)底部高程；出水池(1)后墙顶高程跟地面高程相等。
5.根据权利要求4所述的启闭装置，其特征在于，悬吊式活塞管(7)包括悬吊式活塞管活塞(7A)和悬吊式活塞管汽缸(7B)，平拉式活塞管(8)包括平拉式活塞管活塞(8A)和平拉式活塞管汽缸(8B)；
悬吊式活塞管汽缸(7B)、平拉式活塞管汽缸(8B)以及钢丝硅胶管(9)处于连通状态；钢丝硅胶软管(9)用于完全真空度，其最大工作温度为200℃，其脆化温度点为-73℃。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述驱动机构包括电机(2)，电机通过传动机构实现对平拉式活塞管活塞(8A)的驱动；
所述传动机构包括刚性横拉杆(5)，电机转轴Ⅰ(20A)，电机转轴Ⅱ(20B)，齿轮Ⅰ(21A)和齿轮Ⅱ(21B)；
刚性横拉杆(5)远离平拉式活塞管(8)的一端两侧设有分别与齿轮Ⅰ(21A)、齿轮Ⅱ(21B)相配合的齿条，刚性横拉杆(5)的另一端与平拉式活塞管活塞(8A)连接，电机转轴Ⅰ(20A)和齿轮Ⅰ(21A)连接，电机转轴Ⅱ(20B)和齿轮Ⅱ(21B)连接；
电机通过驱动电机转轴转动，从而带动齿轮转动，从而带动刚性横拉杆(5)左右运动，从而实现对平拉式活塞管活塞(8A)的驱动。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，水平上设有固定槽(6)，固定槽(6)为“凹”字型，且固定槽(6)顶部高程比平拉式活塞管(8)的中心轴高程低2cm以下。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，平拉式活塞管汽缸(8B)内部的两端部设有规格完全相同的环状压电片Ⅰ(19A)和环状压电片Ⅱ(19B)，当环状压电片Ⅰ(19A)和环状压电片Ⅱ(19B)受到大于阈值的压力后发送信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括信号接收器(22)，所述信号接收器(22)用于接收压电传感器、环状压电片和出水管处出水量的信号，并将其传送给电机，从而控制双级拍门的状态。
10.一种利用权利要求9所述的装置的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：拍门未开启
当泵站机组未启动时，出水管(3)没有出水，双级拍门(4)处于关闭状态；
步骤(2)：拍门在小流量、中流量及大流量工况下开启
当泵站机组低转速运行，出水管(3)小流量出水时，机组发送指定信号Ⅰ至电机(2)，电机(2)开始运行，电机转轴Ⅰ(20A)带动着齿轮Ⅰ(21A)逆时针旋转，转轴Ⅱ(20B)带动着齿轮Ⅱ(21B)以同一角速度顺时针旋转，同时齿轮Ⅰ(21A)和齿轮Ⅱ(21B)分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆(5)往左侧平移，平拉式活塞管汽缸(8B)内处于负压状态，且其真空值逐渐增大，当超过第一级拍门(4A)在竖直方向的自重时，悬吊式活塞管活塞(7A)受拉向上移动，通过钢锁链(10)拉动第一级拍门(4A)开启，即此时平拉式活塞管活塞(8A)位于压电传感器Ⅰ(18A)处；当平拉式活塞管活塞(8A)运动到压电传感器Ⅱ(18B)处时，压电传感器Ⅱ(18B)发送信号至电机，当电机依次收到压电传感器Ⅰ(18A)和压电传感器Ⅱ(18B)发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门(4A)为全开状态；
当泵站机组中转速运行，出水管(3)中流量出水时，机组发送指定信号Ⅲ至电机，电机开始运行，当平拉式活塞管活塞(8A)运动到压电传感器Ⅲ(18C)处时，压电传感器Ⅲ(18C)发送信号至电机，当电机依次收到压电传感器Ⅰ(18A)、压电传感器Ⅱ(18B)和压电传感器Ⅲ(18C)发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门(4A)为全开状态，第二级拍门(4B)为半开状态；
当泵站机组高转速运行，出水管(3)大流量出水时，机组发送指定信号Ⅴ至电机，电机开始运行，当平拉式活塞管活塞(8A)运动到压电传感器Ⅳ(18D)处时，压电传感器Ⅳ(18D)发送信号至电机，当电机依次收到压电传感器Ⅰ(18A)、压电传感器Ⅱ(18B)、压电传感器Ⅲ(18C)和压电传感器Ⅳ(18D)发来的信号后则停止运行，此时第一级拍门(4A)为全开状态，第二级拍门(4B)为全开状态；
步骤(3)：拍门在开启后改变开度
当泵站机组改变转速，出水管出水流量变化时，机组发送变速后对应工况的指定信号至电机，电机在收到信号后开始运行；
若为泵站机组转速提升工况，电机转轴Ⅰ(20A)带动着齿轮Ⅰ(21A)以同一角速度逆时针旋转，转轴Ⅱ(20B)带动着齿轮Ⅱ(21B)以同一角速度顺时针旋转；同时齿轮Ⅰ(21A)和齿轮Ⅱ(21B)分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆(5)往左侧平移使得平拉式活塞管汽缸(8B)内的真空值逐渐增大，悬吊式活塞管活塞(7A)受拉向上移动并通过钢锁链(10)拉动第一级拍门(4A)开启，即此时双级拍门的开度增大，当平拉式活塞管活塞(8A)运动至对应开度档位下压电传感器处时，压电传感器发送信号至电机，电机停止运行；
若泵站机组转速减小工况，电机转轴Ⅰ(20A)带动着齿轮Ⅰ(21A)以同一角速度顺时针旋转，电机转轴Ⅱ(20B)带动着齿轮Ⅱ(21B)以同一角速度逆时针旋转；同时齿轮Ⅰ(21A)和齿轮Ⅱ(21B)分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆(5)往右侧平移使得平拉式活塞管汽缸(8B)内的真空值逐渐增小，悬吊式活塞管活塞(7A)因受到来自于第一级拍门(4A)的拉力跟随着第一级拍门(4A)一起向下移动，即此时双级拍门(4)的开度减小；当平拉式活塞管活塞(8A)运动至对应开度档位下压电传感器处时，压电传感器发送信号至电机，电机停止运行；
步骤(4)：拍门在小流量、中流量及大流量工况下关闭
当泵站机组在低转速运行结束，出水管停止出水时，机组发送指定信号Ⅱ至电机，电机收到信号Ⅱ开始运行，电机转轴Ⅰ(20A)带动着齿轮Ⅰ(21A)以同一角速度顺时针旋转，电机转轴Ⅱ(20B)带动着齿轮Ⅱ(21B)以同一角速度逆时针旋转；同时齿轮Ⅰ(21A)和齿轮Ⅱ(21B)分别通过其轮齿传动带动刚性横拉杆往右侧平移；在刚性横拉杆向右平移的过程中，平拉式活塞管活塞跟随刚性横拉杆一起向右移动且此时钢丝硅胶管内部的真空值逐渐减小，悬吊式活塞管活塞(7A)因受到来自于第一级拍门(4A)的拉力跟随着第一级拍门(4A)一起向下移动；当平拉式活塞管活塞(8A)依次经过压电传感器Ⅱ(18B)和压电传感器Ⅰ(18A)时，压电传感器发送信号至电机，电机在依次收到压电传感器Ⅱ(18B)和压电传感器Ⅰ(18A)发来的信号后停止运行；因双级拍门(4)关闭下落时的惯性，在电机停止运行后第一级拍门(4A)会通过钢锁链(10)继续拉动悬吊式活塞管活塞(7A)向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸(7B)内部的真空度再次增大，第一级拍门(4A)受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门完全关闭；最终双级拍门的动量为零，悬吊式活塞管活塞(7A)受到来自因第一级拍门(4A)自重造的拉力，其方向为斜向下，悬吊式活塞管汽缸(7B)内部为负压状态；
当泵站机组在中转速运行结束，出水管停止出水时，机组发送指定信号Ⅳ至电机，电机收到信号Ⅳ开始运行，当平拉式活塞管活塞(8A)依次经过压电传感器Ⅲ(18C)、压电传感器Ⅱ(18B)和压电传感器Ⅰ(18A)时，压电传感器发送信号至电机，电机在依次收到压电传感器Ⅲ(18C)、压电传感器Ⅱ(18B)和压电传感器Ⅰ(18A)发来的信号后停止运行；此时第二级拍门(4B)已完全关闭，第一级拍门(4A)因其在关闭下落时的惯性，在电机停止运行后第一级拍门(4A)会通过钢锁链(10)继续拉动悬吊式活塞管活塞(7A)向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸(7B)内部的真空度再次增大，第一级拍门(4A)受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门(4)完全关闭；最终双级拍门的动量为零，悬吊式活塞管活塞(7A)受到来自因第一级拍门(4A)自重造的拉力，其方向为斜向下，悬吊式活塞管汽缸(7B)内部为负压状态；
当泵站机组在高转速运行结束，出水管停止出水时，机组发送指定信号Ⅵ至电机，电机收到信号Ⅵ开始运行，当平拉式活塞管活塞(8A)依次经过压电传感器Ⅳ(18D)、压电传感器Ⅲ(18C)、压电传感器Ⅱ(18B)和压电传感器Ⅰ(18A)时，压电传感器发送信号至电机，电机在依次收到压电传感器Ⅳ(18D)、压电传感器Ⅲ(18C)、压电传感器Ⅱ(18B)和压电传感器Ⅰ(18A)发来的信号后停止运行；此时第二级拍门(4B)已完全关闭，第一级拍门(4A)因其在关闭下落时的惯性，在电机停止运行后第一级拍门(4A)会通过钢锁链(10)继续拉动活塞(7A)向下移动，此时悬吊式活塞管汽缸(7B)内部的真空度再次增大，第一级拍门(4A)受到斜向上的拉力且其下落动量逐渐减小直至双级拍门完全关闭；最终双级拍门的动量为零，悬吊式活塞管活塞(7A)受到来自因第一级拍门(4A)自重造的拉力，其方向为斜向下，悬吊式活塞管汽缸(7B)内部为负压状态。
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