CN114718025A - 一种用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，包括弧形门叶、支臂、支铰和闸门支承点，偏心支承弧形闸门在挡水时，水压力合力作用线不通过闸门支承点。当闸门闭门力不足时，采用闸门支承点在水压力合力作用线方向的上方；当闸门闭门力富裕，需要减小闸门启门力时，采用闸门支承点在水压力合力作用线方向的下方。在满足闸门闭门力要求的前提下，可以利用水压力产生的偏心力矩有效降低闸门的启门力。

Description

一种用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门
技术领域
本发明涉及水利水电工程中挡水建筑物中的弧形闸门，尤其是一种用于水利水电工程中偏心支承弧形闸门。
背景技术
弧形闸门是水利水电工程中重要的金属结构设备，一般用作水利水电工程中的工作闸门。按挡水水头划分，弧形闸门分为露顶式弧形闸门和潜孔式弧形闸门。
当弧形闸门挡水水头高于闸门高度时，采用潜孔式弧形闸门。潜孔式弧形闸门需要在闸门门顶设顶水封，在正常挡水时，顶水封处产生一定的上托力。此上托力对弧形闸门闭门起不利的影响，闸门挡水水头越高，上托力就越大。为降低上托力对闭门力的影响，通常的做法有两种：一是在闸门上配重，利用配重重量使闸门闭门，但有时闸门门体结构空间不足，配重的设计比较困难；二是采用液压启闭机启闭弧形闸门，利用液压启闭机提供的下压力关闭弧形闸门。当液压启闭机失压时，由于上托力一直存在，闸门有可能会上升，导致闸门关闭不严而漏水。
当弧形闸门挡水水头低于闸门高度时，采用露顶式弧形闸门。露顶式弧形闸门一般依靠闸门自重均可正常闭门，且有一定裕量。闭门裕量比较大时，开启闸门的瞬时启门力也较大，启闭机的启闭容量就较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，改善弧形闸门启闭力容量，有利于闸门的开启或减小闸门的启门力。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，包括弧形门叶、支臂、支铰和闸门支承点，偏心支承弧形闸门在挡水时，水压力合力作用线不通过闸门支承点。
闸门支承点在水压力合力作用线的上方，闸门支承点与水压力合力作用线的垂直偏离距离Δ为：
Δ＝x·F/P
式中，P为弧形闸门计算挡水位时总水压力，F为需要提供额外的闭门力，x为F与弧形闸门支承点间的力臂。
闸门支承点在水压力合力作用线的下方，闸门支承点与水压力合力作用线的垂直偏离距离Δ为：
Δ＝x·F/P
式中，P为弧形闸门计算挡水位时总水压力，F为需要提供额外的闭门力，x为F与弧形闸门支承点间的力臂。
当闸门闭门力不足时，采用闸门支承点在水压力合力作用线方向的上方；当闸门闭门力富裕，需要减小闸门启门力时，采用闸门支承点在水压力合力作用线方向的下方。
本发明的有益效果是：偏心支承弧形闸门在挡水时，水压力合力不通过支承点，即水压力合力方向与支承点之间存在一定的偏心距，产生偏心力矩。当闸门支承点设置在水压力合力方向上方时，偏心力矩为逆时针方向，有利于闸门的关闭；当闸门支承点设置在水压力合力方向下方时，偏心力矩为顺时针方向，有利于闸门的开启。当弧形闸门闭门力不足时，将闸门支承点设置在水压力合力方向的上方，挡水时产生一定的偏心力矩，可以增加闸门的闭门力；当弧形闸门闭门力比较充裕，启门力较大时，将闸门支承点设置在水压力合力方向的下方，挡水时产生一定的偏心力矩，可以减小闸门的启门力。
附图说明
图1是正常弧形闸门布置简图(闸门支承点与水压力合力作用线重合)；
图2是偏心支承弧形闸门布置简图(闸门支承点在水压力合力作用线的上方)；
图3是偏心支承弧形闸门布置简图(闸门支承点在水压力合力作用线的下方)。
1—门叶结构，2—支臂，3—支铰，4—水压力合力作用线，5—闸门支承点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2、3所示，本发明的用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，包括弧形门叶1、支臂2、支铰3和闸门支承点5，偏心支承弧形闸门在挡水时，水压力合力作用线4不通过闸门支承点5。
如图2所示，闸门支承点5在水压力合力作用线4的上方，闸门支承点5与水压力合力作用线4的垂直偏离距离Δ为：
Δ＝x·F/P
式中，P为弧形闸门计算挡水位时总水压力，F为需要提供额外的闭门力，x为F与弧形闸门支承点间的力臂。
如图3所示，闸门支承点5在水压力合力作用线4的下方，闸门支承点5与水压力合力作用线4的垂直偏离距离Δ为：
Δ＝x·F/P
式中，P为弧形闸门计算挡水位时总水压力，F为需要提供额外的闭门力，x为F与弧形闸门支承点间的力臂。
当闸门闭门力不足时，采用闸门支承点5在水压力合力作用线4的上方；当闸门闭门力比较富裕，需要降低闸门启门力时，采用闸门支承点5在水压力合力作用线4的下方。
具体说明如下：
图1是正常弧形闸门布置简图，闸门支承点5与水压力合力作用线4重合，其中O点为弧形闸门圆心，O1点为闸门实际支承点中心，两点重合。弧形闸门挡水时，总水压力P通过弧形门叶1、支臂2、支铰3传递至基础埋件和混凝土结构，此时闸门支承点5与总水压力P合力作用力线4重合，不产生偏心力矩。
图2是将弧形闸门支承点布置水压力合力作用方向上方的布置简图，其中O点为弧形闸门弧面圆心，O1点为闸门支承点5中心，O1点在O点上方，F为经计算需要提供的闭门力，其方向向下，有利于弧形闸门的关闭，力臂x为F作用点至闸门支承点O1之间的水平距离。弧形闸门挡水时，水压力P通过弧形门叶1、支臂2、支铰3传递至基础埋件和混凝土结构，此时闸门支承点5在水压力合力P的作用线4上方，假设偏心距为Δ，水压力P产生逆时针方向的偏心力矩P·Δ与F·x等效，得偏心距Δ＝x·F/P。
图3是将弧形闸门支承点布置水压力合力作用方向下方的布置简图，其中O点为弧形闸门弧面圆心，O1点为闸门支承点5中心，O1点在O点下方，F为经计算需要提供的启门力，其方向向上，有利于弧形闸门的开启，力臂x为F作用点至闸门支承点O1之间的水平距离。弧形闸门挡水时，水压力P通过弧形门叶1、支臂2、支铰3传递至基础埋件和混凝土结构，此时闸门支承点5在水压力合力P的作用线4下方，假设偏心距为Δ，水压力P产生顺时针方向的偏心力矩P·Δ与F·x等效，得偏心距Δ＝x·F/P。
实施例1
参考图2，此例为需要增加弧形闸门闭门力的一个实施例，其中闸门支承点5在弧形闸门水压力合力作用线4的上方。假设闸门的计算水压力P＝46000kN，在闸门启闭力计算中，闸门的闭门力不足，需要额外的闭门力F＝800kN方可使闸门顺利闭门，F作用点至闸门支承点5之间的力臂x＝7.8m。
根据力的等效原则，计算得：
Δ＝x·F/P
＝7.8×800/46000
＝0.136m
即，为了获得额外的F＝800kN闭门力，只需要将弧形闸门支承点5设置在水压力合力作用线4的上方，且至弧形闸门作用线4距离Δ＝0.136m即可。
实施例2
参考图3，此例为在弧形闸门闭门力比较富裕，需要减小弧形闸门启门力条件下的一个实施例，其中闸门支承点5在弧形闸门水压力合力作用线4的下方。假设闸门的计算水压力P＝25000kN，在闸门启闭力计算中，闸门的闭门力较为富裕，希望减少的启门力F＝200kN，F作用点至闸门支承点5之间的力臂x＝18.1m。
根据力的等效原则，计算得：
Δ＝x·F/P
＝18.1×200/25000
＝0.145m
即，为了减少F＝200kN的启门力，只需要将弧形闸门支承点5设置在水压力作用线4的下方，且至弧形闸门水压力合力作用线4距离Δ＝0.145m即可。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，包括弧形门叶(1)、支臂(2)、支铰(3)和闸门支承点(5)，其特征在于，偏心支承弧形闸门在挡水时，水压力合力作用线(4)不通过闸门支承点(5)。
2.根据权利要求1所述用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，其特征在于，闸门支承点(5)在水压力合力作用线(4)的上方，闸门支承点(5)与水压力合力作用线(4)的垂直偏离距离Δ为：
Δ＝x·F/P
式中，P为弧形闸门计算挡水位时总水压力，F为需要提供额外的闭门力，x为F与弧形闸门支承点间的力臂。
3.根据权利要求1所述用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，其特征在于，闸门支承点(5)在水压力合力作用线(4)的下方，闸门支承点(5)与水压力合力作用线(4)的垂直偏离距离Δ为：
Δ＝x·F/P
式中，P为弧形闸门计算挡水位时总水压力，F为需要提供额外的闭门力，x为F与弧形闸门支承点间的力臂。
4.根据权利要求2或3所述用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门，其特征在于，当闸门闭门力不足时，采用闸门支承点(5)在水压力合力作用线(4)方向的上方；当闸门闭门力富裕，需要减小闸门启门力时，采用闸门支承点(5)在水压力合力作用线(4)方向的下方。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100077514A (ko) * 2008-12-29 2010-07-08 주식회사 포스코플랜텍 수문용 래이디얼 게이트 개폐장치
CN102268865A (zh) * 2011-06-10 2011-12-07 天津大学 偏心无铰弧形钢闸门结构

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Non-Patent Citations (1)

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华东水利学院译: "《水工手册》", vol. 1957, 水利出版社, pages: 656 - 659 *

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