CN116397601A - 一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防洪减灾技术领域，公开了一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，包括：闸门、闸门侧板、闸门底板以及棘爪组件、棘轮、手控组件与手控开关。本发明的翻板闸无需人员值守，当闸前水位与闸门上沿齐平时，闸门处于翻转临界状态；当闸前水位高于闸门上沿时，水力力矩大于闸门的自重力矩，闸门在水压力作用下自动翻转开启，闸门开始过流泄水；当泄水达到一定时间后，闸前水位下降，低于闸门上沿，水力力矩小于闸门的自重力矩，闸门在自重作用下自动翻转关闭，从而可以控制闸前水位在正常蓄水位。当需要保证最大泄洪时，通过手控开关控制棘爪组件，使得闸门只能在水力作用下单向开启，闸门只能越开越大，从而保证最大泄流。

Description

一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸

技术领域

本发明涉及防洪减灾技术领域，尤其涉及一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸。

背景技术

近年来，全球气候变化造成的极端强降雨等灾害日益频发，我国极端暴雨天气明显增加，全国地发生了不同程度的超标准洪水。而超标准洪水已成为我国水库漫顶溃决的主因。经统计，漫顶是我国溃坝的主要成因，其中因超标准洪水导致的漫顶溃坝占全部漫顶溃坝比例高达90％以上，与全球气候变化造成的极端强降雨等灾害日益频发直接相关，小型水库溃坝占总数90％以上，水库一旦溃坝，将造成巨大的生命财产损失和社会不利影响。小型水库一般采用开敞式溢洪道，一旦遭遇超标准洪水，泄洪流量不足，导致水库水位持续上涨，最终漫顶，形成溃坝事故。

目前，小型水库的溢洪道大多数用混凝土浇筑形成固定高度的溢水通道，在极端天气下，不足以满足超标准洪水的泄量要求，因此，在极端强降雨日益频发的条件下，如何保证小型水库灵活且良好地抵御超标准洪水成为急需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，解决小型水库溢洪道泄洪能力差的问题。

一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，包括：闸门、设置在溢洪道的闸门侧板与闸门底板以及设置在闸门侧板外壁的控制室；

闸门的两端通过闸门轴与闸门侧板转动连接；

控制室内部设有棘爪组件、棘轮与手控组件，棘轮转动连接在闸门轴上且与棘爪组件活动相接，通过棘爪组件控制棘轮单向或双向旋转；

手控组件通过闸门轴与闸门连接并控制闸门转动。

进一步地，上述控制室由控制室侧板、控制室顶板与控制室底板合围而成，控制室侧板外设有旋转阻尼器，控制室顶板上设有手控开关。

进一步地，上述棘爪组件包括棘爪、棘爪固定轴与侧连杆，棘爪设置在两个侧连杆之间且棘爪的尾端连接在棘爪固定轴上，侧连杆连接在棘爪连杆上，棘爪连杆通过连杆定位套滑动设置在控制室顶板上。

进一步地，上述手控组件包括蜗轮、蜗杆与手柄连接杆，蜗轮与蜗杆相啮合，蜗杆转动设置在轴承座上，蜗杆的一端通过万向连接件与手柄连接杆连接，手柄连接杆设置在直线轴承固定板上，直线轴承固定板固定在控制室顶板的下壁。

进一步地，上述靠近控制室一侧的闸门轴上套设有棘轮与蜗轮，蜗轮通过第一限位套与闸门轴固定连接，棘轮通过第二限位套与闸门轴固定连接。

进一步地，上述闸门轴的端部套设在旋转阻尼器上。

进一步地，上述手控开关包括竖轴、定位杆、第三限位套和操作握柄，竖轴的两端分别与定位杆、轴承座连接，定位杆设置在两个第三限位套上，第三限位套安装在控制室顶板上，操作握柄转动设置在定位杆上。

进一步地，上述闸门沿溢洪道水流的截面呈水滴形，其大端与闸门底板相接；闸门上设有配重孔与安装孔，安装孔位于闸门的中下端。

进一步地，上述闸门轴上套设有止水环与密封圈，密封圈位于闸门侧板内部，止水环与闸门侧板的外壁相紧贴。

进一步地，上述相对设置的闸门侧板之间设有多根横向支杆。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的翻板闸无需人员值守，在洪水发生前根据天气预报设置好闸门的状态，即可在水压的作用下自动开启泄洪，极大减少了防汛值守压力。

(2)本发明的翻板闸可以人为控制闸门的启闭程度，便于对不同泄洪量进行灵活调控，同时不同流速的水流也避免了闸门口处的淤积。

(3)本发明的翻板闸可靠性高，整体结构全部采用机械结构，无需供电，没有电子元器件等精密设备，适用于恶劣环境，造价经济。

(4)本发明不仅适用于小型水库，也适用于小型河道拦河取水工程及景观工程等，同时具备自动泄洪、无人值守等有益效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中闸门与棘轮连接的示意图一；

图3为本发明中闸门与棘轮连接的示意图二；

图4为本发明中控制室内的结构示意图一；

图5为本发明中控制室内的结构示意图二；

图6为本发明中控制室内的结构示意图三；

图7为运用本发明中闸门的结构示意图。

图中：10-闸门；101-配重孔；102-安装孔；103-闸门轴；104-止水环；105-轴承；20-闸门侧板；201-横向支杆；30-闸门底板；40-控制室；401-控制室侧板；402-控制室顶板；403-控制室底板；404-旋转阻尼器；50-棘爪组件；501-棘爪；502-棘爪固定轴；503-侧连杆；504-棘爪连杆；505-连杆定位套；60-手控组件；601-蜗轮；602-蜗杆；603-轴承座；604-万向连接件；605-手柄连接杆；606-直线轴承固定板；70-棘轮；701-第一限位套；702-第二限位套；80-手控开关；801-竖轴；802-定位杆；803-第三限位套；804-操作握柄。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1与图2，本发明提供了一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，包括：闸门10、闸门侧板20、闸门底板30以及设置在闸门侧板20外壁的控制室40。

闸门10转动设置在两块闸门侧板20之间，闸门侧板20安装在水库溢洪道的两侧壁上，闸门底板30埋设在水库溢洪道的底板中，便于水流通过。

闸门10沿溢洪道水流的截面呈水滴形，上端为小端，下端为大端，大端较厚且与闸门底板30相接，小端较薄且与水库正常蓄水位齐平，闸门10的宽度与溢洪道保持一致，闸门10的底部高程根据需要抵御的超标准洪水通过调洪演算计算得出。闸门10的外壁面为流线型，在闸门10处于水平状态进行泄洪时，流线型外壁能最大程度地较少阻力，增加泄洪能力。

闸门10、闸门侧板20与闸门底板30可由钢筋混凝土或者高强度钢材制成。

参考图2与图7，闸门10上设有配重孔101，配重孔101沿闸门10的高度分布，通过在配重孔101内装填配重块可以改变闸门10的重心，从而能够控制闸门10开启时的临界水位，改变水库泄水速度。

闸门10的两端开设有安装孔102，安装孔102位于闸门10的中下端，在安装孔102内螺栓连接有闸门轴103，闸门轴103的另一端设置在闸门侧板20内，通过闸门轴103使闸门10与闸门侧板20形成转动连接。

为保证水库中的水不从闸门处渗漏，在闸门10与闸门底板30相接处以及闸门10与闸门侧板20的相接处均设置有橡胶止水带。

闸门轴103上套设有轴承105，通过轴承105转动设置在轴承座上，轴承座的端面上设有止水环104，闸门轴103上套设有密封圈，密封圈位于闸门侧板20内部，止水环104与闸门侧板20的外壁相紧贴，通过止水环104与密封圈可以有效防止水渗入闸门侧板20内。

两块相对设置的闸门侧板20之间设有多根横向支杆201，横向支杆201用于支撑在两块闸门侧板20内壁上，避免闸门侧板20产生变形和位移。

参考图1，控制室40由控制室侧板401、控制室顶板402与控制室底板403合围而成，控制室侧板401外设有旋转阻尼器404，闸门轴103的端部套设在旋转阻尼器404上，通过旋转阻尼器404对闸门10在启闭时进行减速缓冲，防止闸门10运动过快造成损伤变形。

参考图3至图6，控制室40内部设有棘爪组件50、棘轮70与手控组件60，控制室40的顶部设有手控开关80。手控组件60通过闸门轴103与闸门10连接并控制闸门10的转动。

棘轮70转动连接在闸门轴103上且与棘爪组件50活动相接，通过棘爪组件50控制棘轮70单向或双向旋转。

靠近控制室40一侧的闸门轴103上套设有棘轮70与蜗轮601，蜗轮601通过第一限位套701与闸门轴103固定连接，棘轮70通过第二限位套702与闸门轴103固定连接。

棘爪组件50包括棘爪501、棘爪固定轴502与侧连杆503；棘爪501呈弧形块结构，整体位于棘轮70的上方，其尾端转动连接在棘爪固定轴502上，中部通过两转动圆销与两个侧连杆503转动连接且棘爪501的两侧位于两个侧连杆503之间。两个侧连杆503分别对称固定在棘爪连杆504的底部，当棘爪连杆504向下移动时，推动侧连杆503向下移动进而带动棘爪501绕棘爪固定轴502转动，棘爪501远离棘爪固定轴502的一端则与棘轮70相接触，此时棘轮70只能单向运转，进而闸门10也只能单向转动。当棘爪连杆504向上移动时，拉动侧连杆503向上移动进而带动棘爪501绕棘爪固定轴502转动，棘爪501远离棘爪固定轴502的一端则与棘轮70相分离，此时棘轮70可以双向运转，进而闸门10也可以双向转动。棘爪连杆504穿过控制室顶板402并通过连杆定位套505滑动设置在控制室顶板402上，使棘爪连杆504只能上下移动。

手控组件60包括蜗轮601、蜗杆602与手柄连接杆605，蜗杆602位于蜗轮601的上方且与蜗轮601相啮合，蜗杆602转动设置在轴承座603上，轴承座603上固定有手控开关80，通过手控开关80控制蜗轮601与蜗杆602的啮合或分离。

蜗杆602的一端通过万向连接件604与手柄连接杆605连接，当需要人工调节泄水量时，转动手柄连接杆605，手柄连接杆605带动蜗杆602旋转，蜗杆602带动与之啮合的蜗轮601转动，蜗轮601带动闸门轴103旋转，进而带动闸门10转动。

手柄连接杆605设置在直线轴承固定板606上，直线轴承固定板606固定在控制室顶板402的下壁。

手控开关80包括竖轴801、定位杆802、第三限位套803和操作握柄804；竖轴801的两端分别与定位杆802、轴承座603连接，竖轴801的外壁套设有第三限位套803，第三限位套803安装在控制室顶板402上；定位杆802设置在两个第三限位套803上，定位杆802的中部设有通孔，通孔内螺纹连接有操作握柄804，当转动操作握柄804时，定位杆802、竖轴801以及下方的蜗杆602均向上移动，使蜗杆602与蜗轮601相分离。

当蜗杆602与蜗轮601啮合后，闸门10无法在水力及重力作用下翻转，只能通过人力或电力转动手柄连接杆605，进行闸门10起闭作用。当蜗杆602与蜗轮601分离后，闸门10可在水力及重力作用下翻转，实现自动泄洪。

本发明的工作原理：

根据水静力学，竖向挡水平面闸门的总静水压力作用点在距离闸门10底部1/3h的位置(h为闸门挡水高)，因此，设计该翻板闸门轴103在靠近闸门底部约1/3h的位置，同时对闸门10进行配重设计，使闸门10重心稍低于闸门轴。在此种设计条件下，闸门10挡水时，当闸前水位低于闸门10上沿时，闸门10的自重力矩大于水压力矩，闸门10处于关闭状态，当闸前水位高于闸门10上沿一定高度时(高度可人为调控)，水压力矩大于闸门10自重力矩，此时闸门10翻转，开始泄流。

当闸前水位与闸门10上沿齐平(闸前水位或高于闸门上沿一定高度，该高度通过闸门配重块控制)，闸门10处于翻转临界状态；当闸前水位高于闸门10上沿时，水力力矩大于闸门10的自重力矩，闸门10在水压力作用下自动翻转开启，闸门10开始过流泄水。当泄水达到一定时间后，闸前水位下降，低于闸门10上沿，此时，水力力矩小于闸门10的自重力矩，闸门10在自重作用下自动翻转关闭。往复循环，从而可以控制闸前水位在正常蓄水位。当需要保证最大泄洪时，控制棘爪组件50，使得闸门10只能在水力作用下单向开启，闸门10此时只能越开越大，从而保证最大泄流。

同时，可以控制闸门在任意开度，满足人工控制任意泄量的要求。

以上所述仅为本发明的较优实施例，这些实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于，包括：闸门(10)、设置在溢洪道的闸门侧板(20)与闸门底板(30)以及设置在闸门侧板(20)外壁的控制室(40)；

所述闸门(10)的两端通过闸门轴(103)与闸门侧板(20)转动连接；

所述控制室(40)内部设有棘爪组件(50)、棘轮(70)与手控组件(60)，所述棘轮(70)转动连接在所述闸门轴(103)上且与所述棘爪组件(50)活动相接，通过所述棘爪组件(50)控制所述棘轮(70)单向或双向旋转；

所述手控组件(60)通过所述闸门轴(103)与闸门(10)连接并控制所述闸门(10)转动。

2.根据权利要求1所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：所述控制室(40)由控制室侧板(401)、控制室顶板(402)与控制室底板(403)合围而成，所述控制室侧板(401)外设有旋转阻尼器(404)，所述控制室顶板(402)上设有手控开关(80)。

3.根据权利要求2所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：所述棘爪组件(50)包括棘爪(501)、棘爪固定轴(502)与侧连杆(503)，所述棘爪(501)设置在两个侧连杆(503)之间且棘爪(501)的尾端连接在棘爪固定轴(502)上，所述侧连杆(503)连接在棘爪连杆(504)上，所述棘爪连杆(504)通过连杆定位套(505)滑动设置在所述控制室顶板(402)上。

4.根据权利要求2所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：所述手控组件(60)包括蜗轮(601)、蜗杆(602)与手柄连接杆(605)，所述蜗轮(601)与蜗杆(602)相啮合，所述蜗杆(602)转动设置在轴承座(603)上，所述蜗杆(602)的一端通过万向连接件(604)与所述手柄连接杆(605)连接，所述手柄连接杆(605)设置在直线轴承固定板(606)上，所述直线轴承固定板(606)固定在所述控制室顶板(402)的下壁。

5.根据权利要求4所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：靠近控制室(40)一侧的所述闸门轴(103)上套设有棘轮(70)与蜗轮(601)，所述蜗轮(601)通过第一限位套(701)与所述闸门轴(103)固定连接，所述棘轮(70)通过第二限位套(702)与闸门轴(103)固定连接。

6.根据权利要求2所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：所述闸门轴(103)的端部套设在所述旋转阻尼器(404)上。

7.根据权利要求4所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：所述手控开关(80)包括竖轴(801)、定位杆(802)、第三限位套(803)和操作握柄(804)，所述竖轴(801)的两端分别与定位杆(802)、轴承座(603)连接，所述定位杆(802)设置在两个所述第三限位套(803)上，所述第三限位套(803)安装在所述控制室顶板(402)上，所述操作握柄(804)转动设置在所述定位杆(802)上。

8.根据权利要求1所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：所述闸门(10)沿溢洪道水流的截面呈水滴形，其大端与所述闸门底板(30)相接；所述闸门(10)上设有配重孔(101)与安装孔(102)，所述安装孔(102)位于所述闸门(10)的中下端。

9.根据权利要求1至8任一项所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：所述闸门轴(103)上套设有止水环(104)与密封圈，所述密封圈位于所述闸门侧板(20)内部，所述止水环(104)与所述闸门侧板(20)的外壁相紧贴。

10.根据权利要求9所述的自动泄洪及可控水位的水力自控翻板闸，其特征在于：相对设置的所述闸门侧板(20)之间设有多根横向支杆(201)。

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