CN113699950A - 一种横拉式三级拍门及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于截流装置领域，具体涉及一种横拉式三级拍门及其运行方法。包括出水管、出水池后墙、电动机、滑动轨道、拍门、转轴、固定槽、压电传感器、齿轮箱及一系列杆件。所述横拉三级拍门安装于圆形出水管出水口处，由两扇第一级扇形拍门、一扇圆形第二级拍门和一扇第三级拍门组成，所述第一级拍门通过转轴安装于第二级拍门中，第二级拍门通过转轴安装于第三级拍门中，第三级拍门通过一系列杆件安装于出水池后墙。本发明主要通过电动机的运行和一系列杆件的传动实现拍门的自动化开启和关闭，可以实现分级自由出流且能够保证拍门在关闭时对出水管道的撞击力接近于零，进而保证了出水管道的安全及稳定。

Description

一种横拉式三级拍门及其运行方法

技术领域

本发明属于截流装置领域，具体涉及一种横拉式三级拍门及其运行方法。

背景技术

拍门是在水利工程中常用的断流装置，主要在机组停机时，用以隔断水流，防止水流进入机组中使机组反转。目前，现有的拍门种类有很多，然而其具体技术还较不完善，主要存在着两个大问题：一是在水泵出口管口的水头损失较大，当泵站在运行的过程中，由于拍门初始开启角度不会很大，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门外水压力的综合作用后会快速关闭，这会对泵体产生较大的撞击力，进而会对拍门自身结构以及与水泵相连的其他建筑物造成不利的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种横拉式三级拍门及其运行方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种横拉式三级拍门，包括出水池后墙和设置在出水池后墙的第一级拍门、第二级拍门和第三级拍门；

所述第三级拍门的尺寸大于出水管的横截面尺寸，第三级拍门在动力机构的驱动下实现横向即垂直于水流方向的移动，从而实现第三级拍门在关闭和开启两个工作状态的切换；

所述第三级拍门上设有用于安装第二级拍门和第一级拍门的圆孔，圆孔的圆心位于第三级拍门竖直方向直径的下部1/3处，所述第二级拍门由两个弓形组成，两个弓形相对于第三级拍门转动设置，两个弓形的第二级拍门之间设有第一级拍门，第一级拍门由两个对称的扇形组成，每个扇形和其相应侧的弓形的弦转动连接，扇形的底部切线和出水管底部切线重合，第一级拍门和第二级拍门组合在一起为与第三级拍门的圆孔相匹配的圆形。

进一步的，一级固定杆，二级固定杆，传动套杆，传动连接杆，滑动杆，滑动轨道，横拉杆和动力机构；

二级固定杆通过一级固定杆固定在出水池后墙上，传动套杆套设在二级固定杆上并能够沿二级固定杆滑动，传动套杆通过传动连接杆固定连接第三级拍门，传动套杆通过滑动杆和横拉杆固定连接，在动力机构的作用下，横拉杆带动滑动杆沿滑动轨道移动，从而实现第三级拍门的横向移动。

进一步的，还包括设置在传动套杆两端的轴套，传动套杆和二级固定杆之间设有滑动层，轴套和二级固定杆之间设有防止水进入滑动层的密封层。

进一步的，所述动力机构包括电动机和齿轮箱，横拉杆上设有齿条；

电机转轴经过电动机从出水池后墙内部竖直往下延伸至齿轮箱底部，并在齿轮箱底部和齿轮固定连接，齿轮在顺水流方向跟横拉杆连接，电机转轴带动齿轮旋转；齿轮的旋转带动横拉杆横向移动。

进一步的，滑动轨道包括两个相对的长条状凸起，滑动杆上设有与凸起相匹配的凹槽，使得滑动杆沿滑动轨道滑动。

进一步的，还包括第三级拍门关闭状态的第一检测定位机构，和第三级拍门开启状态的第二检测定位机构；

第一和第二检测定位机构实现对第三级拍门位置的检测和定位；

关闭状态时，第三级拍门将出水管出口完全覆盖，开启状态时，第三级拍门和出水管出口没有重叠。

进一步的，第一检测定位机构包括设置在出水池后墙上的固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ上下分布且设置在远离开启状态的一侧，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的横截面为L型，关闭状态时，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的两个侧面分别于第三级拍门的侧面和外表面接触，与第三级拍门侧面接触的内侧设有柔性材料层，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的柔性材料层与侧面相切点上分别设有压电传感器Ⅰ和压电传感器Ⅱ；

第二检测定位机构包括设置在出水池后墙上的固定槽Ⅲ和固定槽Ⅳ，在第三级拍门处于完全开启状态时，固定槽Ⅲ和固定槽Ⅳ的内壁同时和第三级拍门的侧壁相切，同时在其柔性材料层中的相切点上分别安装压电传感器Ⅲ和压电传感器Ⅳ。

进一步的，出水管外端面上设有管道垫层；第一级拍门的两个扇形的圆心角为30-40°，两个扇形相接触的线和圆孔的垂直直径重合。

进一步的，出水管中安装有环状电磁流量计，环状电磁流量计布置在出水管顺水流方向中点处，用于实时测量管道流量并将数据发送到电动机，控制电动机的运行。

一种采用上述的横拉式拍门的运行方法，包括如下步骤：

小流量运行时

当出水管出水流量小于a时，电动机不工作，第三级拍门为关闭状态，水流从出水管流出并冲击第二级拍门，第二级拍门未打开，水流的冲击力只能使第一级拍门绕一级拍门转轴转动打开，水流从出水管流出，进入出水池；

当水泵机组停止运行时，出水管停止出水，第一级拍门依靠重力自动关闭；第一级拍门绕一级拍门转轴做钟摆运动且其振幅和频率逐渐减小，最后停止在初始位置；

中流量运行时

当出水管出水流量介于a，b之间时，电动机不工作，第三级拍门为关闭状态，水流从出水管流出并冲击第二级拍门，因流量未达到b，电动机不工作，水流冲击第二级拍门，使其带动着第一级拍门绕拍门转轴打开，水流从出水管流出，进入出水池；

当水泵机组停止运行时，出水管停止出水，第二级拍门依靠重力自动关闭；第二级拍门绕二级拍门转轴做钟摆运动且其振幅和频率逐渐减小，最后停止在初始位置；

大流量运行时

当出水管出水流量大于b时，流量计发送指定信号至电动机，电动机开始工作，电机转轴带动着齿轮以同一角速度逆时针转动，齿轮通过其轮齿传动给横拉杆，带动横拉杆移动，带动第三级拍门开启；当布置在固定槽Ⅲ中的压电传感器Ⅲ和布置在固定槽Ⅳ中的压电传感器Ⅳ同时受到第三级拍门右侧壁的挤压时，此时第三级拍门13的开度达到最大，压电传感器Ⅲ和压电传感器Ⅳ发送指定信号到电动机，电动机停止运行；

当水泵机组停止运行时，水泵机组发送指定信号至电动机，电动机反转运行，电机转轴带动着齿轮以同一角速度顺时针转动使得第三级拍门运行，最终当第三级拍门的侧壁和固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的内壁接触，压电传感器Ⅰ和压电传感器Ⅱ同时受到挤压，并发送指定信号到电动机，电动机停止运行，此时拍门关闭。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明所设计的横拉式三级拍门结构简单，应用广泛，能够实现分级出流；第一、二及拍门可以自由开启，第三级拍门通过压电传感器、电动机以及一系列杆件传动，能够实现自动化开启和关闭。

(2)本发明所设计的横拉式三级拍门中的第一、二拍门为自由开启且关闭时不会撞击到管道。通过电动机的运行能够实现第三级拍门侧向滑动开启和关闭，在顺水流方向对出水管道的撞击力接近于零，能保证出水管道的安全及稳定。

(3)本发明在出水池后墙壁面安装有固定槽，能够保证拍门在关闭时能够和出水池后墙紧密贴合，防止被水流冲开。

(4)本发明在传动套杆和二级固定杆之间设有滑动层，在拍门运行时能够减小传动套杆和二级固定杆之间的摩擦力，进而节省拍门开启所需要的能量。

附图说明

图1为本发明横拉式三级拍门第三级拍门开启时的工作图。

图2为本发明横拉式三级拍门第二级拍门开启时的工作图。

图3为本发明横拉式三级拍门第一级拍门开启时的工作图。

图4为本发明横拉式三级拍门关闭时的工作图。

图5为本发明横拉式三级拍门固定槽Ⅰ局部放大图。

图6为本发明横拉式三级拍门轴套局部放大图。

图7为本发明横拉式三级拍门传动轴布置图。

图8为本发明横拉式三级拍门齿轮箱工作图。

图9为本发明横拉式三级拍门滑动轨道布置图。

图10为本发明横拉式三级拍门流量计布置图。

图11为本发明横拉式三级拍门运行流程图。

附图标记说明：

1-出水管，2-出水池后墙，3-电动机，4-一级固定杆，5-二级固定杆，6-传动套杆，7-传动连接杆，8-滑动杆，9-轴套，10-滑动轨道，11-第一级拍门，12-第二级拍门，13-第三级拍门，14A-一级拍门转轴，14B-二级拍门转轴，15A-固定槽Ⅰ，15B-固定槽Ⅱ，15C-固定槽Ⅲ，15D-固定槽Ⅳ，16A-压电传感器Ⅰ，16B-压电传感器Ⅱ，16C-压电传感器Ⅲ，16D-压电传感器Ⅳ，17-电机转轴，18-管道垫层，19-柔性材料层，20-密封层，21-滑动层，22-齿轮箱，23-横拉杆，24-齿轮，25-流量计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-图11所示，本发明一种横拉式三级拍门，包括：

出水管1，出水池后墙2，电动机3，一级固定杆4，二级固定杆5，传动套杆6，传动连接杆7，滑动杆8，轴套9，滑动轨道10，一级拍门11，二级拍门12，三级拍门13，拍门转轴14(一级拍门转轴14A，二级拍门转轴14B)，固定槽15(固定槽Ⅰ15A，固定槽Ⅱ15B，固定槽Ⅲ15C，固定槽Ⅳ15D)，压电传感器16(压电传感器Ⅰ16A，压电传感器Ⅱ16B，压电传感器Ⅲ16C，压电传感器Ⅳ16D)，电机转轴17，管道垫层18，柔性材料层19，密封层20，滑动层21，齿轮箱22，横拉杆23，齿轮24，流量计25。

上述第一级拍门11为两扇圆心角为35°的类扇形拍门，通过一级拍门转轴14A沿第二级拍门12竖直方向的直径向两边对称安装于第二级拍门12中，其扇形圆心位于第三级拍门13竖直方向直径的上部1/3处。

上述第一级拍门11的底部切线跟出水管1底部切线相重合，当其关闭时，所述第一级拍门11绕一级拍门转轴14A做钟摆运动且其振幅和频率逐渐减小，期间跟出水管1侧壁不产生碰撞。

上述第二级拍门12形状为圆形，通过二级拍门门轴14B安装于第三级拍门13中，其圆心位于第三级拍门13竖直方向直径的下部1/3处，所述第二级拍门12的底部切线跟出水管1底部切线相重合。

上述第一级拍门11的面积约等于第二级拍门12面积的1/2；上述第二级拍门的面积约等于第三级拍门13在出水管1内截面面积的2/3；上述第三级拍门13的半径大于出水管1的半径。

上述电机转轴17经过电动机3从出水池后墙2内部竖直往下延伸至齿轮箱22底部，并在齿轮箱22底部和齿轮24固定连接。所述电机转轴17能够带动齿轮24保持同一角速度进行旋转。

上述齿轮24在顺水流方向跟横拉杆23连接并传动，齿轮24的旋转能够带动横拉杆23横向移动。

上述齿轮箱22固定安装在出水池后墙2内部，其高度略大于横拉杆23直径，顺水流方向长度略大于齿轮24直径加横拉杆23直径。

上述横拉杆23跟滑动杆8固定连接，横拉杆23横向移动的同时能够带动着滑动杆8同步运动。

上述固定槽15在顺水流方向的长度略大于出水管1外露长度加第三级拍门13门体厚度。

上述固定槽15的内部与第三级拍门13接触面上设置有柔性材料层19，起止水缓冲作用。

上述固定槽Ⅰ15A和固定槽Ⅱ15B在第三级拍门13关闭后，其内壁都能够和第三级拍门13的侧壁相切，同时在其柔性材料层中的相切点上分别安装有压电传感器Ⅰ16A和压电传感器Ⅱ16B；固定槽Ⅲ15C和固定槽Ⅳ15D在第三级拍门13向右开到最大时，其内壁能够同时和第三级拍门13的侧壁相切，同时在其柔性材料层中的相切点上分别安装有一压电传感器Ⅲ16C和压电传感器Ⅳ16D。

上述压电传感器16在受到第三级拍门13挤压时，会发送指定信号到电动机3。

上述固定槽Ⅰ15A和固定槽Ⅲ15C之间的间隔和略大于2倍的第三级拍门13在垂直水流方向的长度；上述固定槽Ⅱ15B和固定槽Ⅳ15D之间的间隔和略大于2倍的第三级拍门13在垂直水流方向的长度。

上述一级固定杆4直径和二级固定杆5直径相同；滑动杆8直径略大于级固定杆4的直径；传动套杆6直径等于滑动杆8直径；传动连接杆7直径略小于固定杆4直径。

上述滑动杆8能够在滑动轨道10上沿垂直水流方向左右滑动，由电动机3提供动力，带动第三级拍门13开启或关闭。

上述轴套9固定在传动套杆6的两端，同时在轴套9和二级固定杆5之间设有密封层20，能够减小轴套9和二级固定杆5的摩擦损耗。

上述传动套杆6和二级固定杆5之间设有滑动层21，在拍门运行时能够减小传动套杆6和二级固定杆5之间的摩擦力。

上述密封层20在拍门开启或关闭时起止水作用，防止出水池中的水进入滑动层21。

上述滑动轨道10安装于出水池后墙壁面，所述滑动杆8上下均设有滑动槽，滑动轨道10嵌于滑动槽内，使得滑动杆8能够沿着既定的轨道上在垂直水流方向左右滑动，如图8所示。

上述出水管1中安装有环状的电磁流量计25，其布置在出水管顺水流方向中点处，能够实时测得管道流量并将数据发送到电动机3，控制电动机3的运行。

上述出水管1中流量小于a时(a＝1/6出水管1设计流量)，管道中的水流冲击力只能冲开第一级拍门11；当上述出水管1中流量介于a～b时(b＝1/2出水管1设计流量)，管道中的水流冲击力能够同时冲开第一级拍门11和第二级拍门12；当上述出水管1中流量大于b时，流量计25会发送指定信号至电动机3，控制第三级拍门13运行。

上述出水管1出水口面层设有一柔性管道垫层18，在第三级拍门13关闭或者打开时能够减少其与出水管1之间的摩擦力，进而减少因第三级拍门13横拉运行造成的出水管1磨损，同时在第三级拍门13关闭后能够起止水作用。

如图1-图11所示，一种新型横拉式三级拍门，其具体运行方法如下。

1、小流量运行时

当出水管1出水流量小于a时，如图3所示：电动机3不工作，第三级拍门13为关闭状态，水流从出水管1流出并冲击第二级拍门12。因流量较小，第二级拍门12未打开，水流的冲击力只能使第一级拍门11绕一级拍门转轴14A转动打开，水流从出水管1流出，进入出水池。

当水泵机组停止运行时，出水管1停止出水，第一级拍门11依靠重力自动关闭。第一级拍门11绕一级拍门转轴14A做钟摆运动且其振幅和频率逐渐减小，最后停止在初始位置，如图4所示，期间跟出水管1侧壁不产生碰撞。

2、中流量运行时

当出水管1出水流量介于a，b之间时，如图2所示：电动机3不工作，第三级拍门13为关闭状态，水流从出水管1流出并冲击第二级拍门12。因流量未达到b，电动机3不工作，水流冲击第二级拍门12，使其带动着第一级拍门11绕拍门转轴14B打开，水流从出水管1流出，进入出水池。

当水泵机组停止运行时，出水管1停止出水，第二级拍门12依靠重力自动关闭。第二级拍门12绕二级拍门转轴14B做钟摆运动且其振幅和频率逐渐减小，最后停止在初始位置，如图4所示，期间跟出水管1侧壁不产生碰撞。

3、大流量运行时

当出水管1出水流量大于b时，流量计25发送指定信号至电动机3，电动机3开始工作，电机转轴17带动着齿轮24以同一角速度逆时针转动，齿轮24通过其轮齿传动给横拉杆23，带动横拉杆23向右移动。因横拉杆23跟滑动杆8固定连接，此时滑动杆8在滑动轨道10内以同一速度向右移动，由滑动杆8带动传动套杆6在二级固定杆5上向右滑动，再由传动套杆6通过传动连接杆7带动第三级拍门13向右开启。当布置在固定槽Ⅲ15C中的压电传感器Ⅲ16C和布置在固定槽Ⅳ15D中的压电传感器Ⅳ16D同时受到第三级拍门13右侧壁的挤压时，此时第三级拍门13的开度达到最大，所述压电传感器16C和压电传感器16D发送指定信号到电动机3，电动机3停止运行。

当水泵机组停止运行时，水泵机组发送指定信号至电动机3，电动机3反转运行，电机转轴17带动着齿轮24以同一角速度顺时针转动使得第三级拍门13向左运行，其传动方式类似于大流量运行条件下拍门开启时的传动方式。最终当第三级拍门13的左侧壁和固定槽Ⅰ15A和固定槽Ⅱ15B的内壁接触，压电传感器16A和压电传感器16B同时受到挤压，并发送指定信号到电动机3，电动机3停止运行，此时拍门已关闭。

综上，本发明介绍了一种新型横拉式三级拍门及其运行方法，具有较高的推广应用价值。

Claims (10)

1.一种横拉式三级拍门，其特征在于，包括出水池后墙和设置在出水池后墙的第一级拍门、第二级拍门和第三级拍门；

所述第三级拍门的尺寸大于出水管的横截面尺寸，第三级拍门在动力机构的驱动下实现横向即垂直于水流方向的移动，从而实现第三级拍门在关闭和开启两个工作状态的切换；

所述第三级拍门上设有用于安装第二级拍门和第一级拍门的圆孔，圆孔的圆心位于第三级拍门竖直方向直径的下部1/3处，所述第二级拍门由两个弓形组成，两个弓形相对于第三级拍门转动设置，两个弓形的第二级拍门之间设有第一级拍门，第一级拍门由两个对称的扇形组成，每个扇形和其相应侧的弓形的弦转动连接，扇形的底部切线和出水管底部切线重合，第一级拍门和第二级拍门组合在一起为与第三级拍门的圆孔相匹配的圆形。

2.根据权利要求1所述的横拉式三级拍门，其特征在于，一级固定杆，二级固定杆，传动套杆，传动连接杆，滑动杆，滑动轨道，横拉杆和动力机构；

二级固定杆通过一级固定杆固定在出水池后墙上，传动套杆套设在二级固定杆上并能够沿二级固定杆滑动，传动套杆通过传动连接杆固定连接第三级拍门，传动套杆通过滑动杆和横拉杆固定连接，在动力机构的作用下，横拉杆带动滑动杆沿滑动轨道移动，从而实现第三级拍门的横向移动。

3.根据权利要求2所述的横拉式三级拍门，其特征在于，还包括设置在传动套杆两端的轴套，传动套杆和二级固定杆之间设有滑动层，轴套和二级固定杆之间设有防止水进入滑动层的密封层。

4.根据权利要求3所述的横拉式三级拍门，其特征在于，所述动力机构包括电动机和齿轮箱，横拉杆上设有齿条；

电机转轴经过电动机从出水池后墙内部竖直往下延伸至齿轮箱底部，并在齿轮箱底部和齿轮固定连接，齿轮在顺水流方向跟横拉杆连接，电机转轴带动齿轮旋转；齿轮的旋转带动横拉杆横向移动。

5.根据权利要求4所述的横拉式三级拍门，其特征在于，滑动轨道包括两个相对的长条状凸起，滑动杆上设有与凸起相匹配的凹槽，使得滑动杆沿滑动轨道滑动。

6.根据权利要求5所述的横拉式三级拍门，其特征在于，还包括第三级拍门关闭状态的第一检测定位机构，和第三级拍门开启状态的第二检测定位机构；

第一和第二检测定位机构实现对第三级拍门位置的检测和定位；

关闭状态时，第三级拍门将出水管出口完全覆盖，开启状态时，第三级拍门和出水管出口没有重叠。

7.根据权利要求6所述的横拉式三级拍门，其特征在于，第一检测定位机构包括设置在出水池后墙上的固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ上下分布且设置在远离开启状态的一侧，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的横截面为L型，关闭状态时，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的两个侧面分别于第三级拍门的侧面和外表面接触，与第三级拍门侧面接触的内侧设有柔性材料层，固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的柔性材料层与侧面相切点上分别设有压电传感器Ⅰ和压电传感器Ⅱ；

第二检测定位机构包括设置在出水池后墙上的固定槽Ⅲ和固定槽Ⅳ，在第三级拍门处于完全开启状态时，固定槽Ⅲ和固定槽Ⅳ的内壁同时和第三级拍门的侧壁相切，同时在其柔性材料层中的相切点上分别安装压电传感器Ⅲ和压电传感器Ⅳ。

8.根据权利要求7所述的横拉式三级拍门，其特征在于，出水管外端面上设有管道垫层；第一级拍门的两个扇形的圆心角为30-40°，两个扇形相接触的线和圆孔的垂直直径重合。

9.根据权利要求8所述的横拉式三级拍门，其特征在于，出水管中安装有环状电磁流量计，环状电磁流量计布置在出水管顺水流方向中点处，用于实时测量管道流量并将数据发送到电动机，控制电动机的运行。

10.一种采用权利要求9所述的横拉式拍门的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

小流量运行时

当出水管出水流量小于a时，电动机不工作，第三级拍门为关闭状态，水流从出水管流出并冲击第二级拍门，第二级拍门未打开，水流的冲击力只能使第一级拍门绕一级拍门转轴转动打开，水流从出水管流出，进入出水池；

当水泵机组停止运行时，出水管停止出水，第一级拍门依靠重力自动关闭；第一级拍门绕一级拍门转轴做钟摆运动且其振幅和频率逐渐减小，最后停止在初始位置；

中流量运行时

当出水管出水流量介于a，b之间时，电动机不工作，第三级拍门为关闭状态，水流从出水管流出并冲击第二级拍门，因流量未达到b，电动机不工作，水流冲击第二级拍门，使其带动着第一级拍门绕拍门转轴打开，水流从出水管流出，进入出水池；

当水泵机组停止运行时，出水管停止出水，第二级拍门依靠重力自动关闭；第二级拍门绕二级拍门转轴做钟摆运动且其振幅和频率逐渐减小，最后停止在初始位置；

大流量运行时

当出水管出水流量大于b时，流量计发送指定信号至电动机，电动机开始工作，电机转轴带动着齿轮以同一角速度逆时针转动，齿轮通过其轮齿传动给横拉杆，带动横拉杆移动，带动第三级拍门开启；当布置在固定槽Ⅲ中的压电传感器Ⅲ和布置在固定槽Ⅳ中的压电传感器Ⅳ同时受到第三级拍门右侧壁的挤压时，此时第三级拍门13的开度达到最大，压电传感器Ⅲ和压电传感器Ⅳ发送指定信号到电动机，电动机停止运行；

当水泵机组停止运行时，水泵机组发送指定信号至电动机，电动机反转运行，电机转轴带动着齿轮以同一角速度顺时针转动使得第三级拍门运行，最终当第三级拍门的侧壁和固定槽Ⅰ和固定槽Ⅱ的内壁接触，压电传感器Ⅰ和压电传感器Ⅱ同时受到挤压，并发送指定信号到电动机，电动机停止运行，此时拍门关闭。

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