CN1280488C - 控制闸门 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适于横过流体槽(12)安装的控制闸门(10)。控制闸门(10)具有枢轴安装在流体槽(12)基底(20)处、或邻近在该处的挡板装置(22)，并且至少一个侧板(26)连接在挡板装置(22)上。驱动装置(34)与至少一个侧板(26)或中心板配合，以提升和降低挡板装置(22)，从而调节通过闸门(10)的流体的流动。本发明还描述了一种测量通过闸门流体的流速的方法。

Description

控制闸门
技术领域
本发明涉及一种用于控制流体流动和水平面的控制闸门，以及该闸门的提升机械装置。
背景技术
控制闸门一般用于控制槽内的水、尤其是灌溉用水的流动和水平面。普通的控制闸门一般为美国专利US4726709中公开的竖直滑动型；美国专利US5516230中公开的放射控制型；或者美国专利US4073147中公开的向下摆动型。实践证明这种闸门应用很广泛，但需要较大的发电机或需要复杂的启动装置，以克服水的重力，水的流动或闸门的重力而提升闸门。
发明内容
本发明的目的为提供一种控制闸门，以降低提升控制闸门的发电机所需求的扭矩。
本发明的另一个目的为提供一种测量流体流过闸门的速度的测量方法。
本发明的另一个目的为提供一种与提升机械装置配合的控制闸门，该提升机械装置可组装成其自身包含的系统，所述控制闸门改进了现有技术中的调节结构。
本发明的另一个目的为提供一种用于控制闸门的提升机械装置，该装置可与控制闸门形成为一体，或对现有技术中的控制闸门的改进。
本发明中的这些目的一方面提供了一种适于横过流体槽安装的控制闸门，所述控制闸门包括枢轴安装在或邻近流动槽基底的挡板装置，和至少一个侧板或中心板连接在所述挡板装置上，驱动装置与所述至少一个侧板或中心板配合，以提升或降低所述挡板装置，从而调节通过控制闸门的流体的流动。
所述至少一个侧板或中心板最好具有与所述驱动装置配合的圆拱部分。在一个实施例中，所述驱动装置包括位于所述圆拱部分上的，与驱动小齿轮、蜗杆或链轮配合的齿条或链条。在最佳实施例中具有两个所述侧板，所述侧板密封地与流体槽中的支架啮合。在另一个实施例中，驱动装置包括与至少一条沿圆拱部分或平行于圆拱部分的电缆配合的缠绕的线圈，借此所述至少一条电缆缠绕在线圈上或从线圈上展开，可导致所述控制闸门的移动。在另一个最佳实施例中，所述圆拱部分包括突出到流动的流体中的翼缘，以改变通过控制闸门的流体的流动特性。
本发明的另一方面提供一种提升控制闸门的装置，该装置具有可移动的，用于控制通过控制闸门的流体的流动的挡板装置，所述提升装置包括至少一个沿挡板装置的长度设置的啮合装置，和至少一个与该至少一个啮合装置配合的驱动装置，以在至少一个驱动装置旋转的情况下，提升所述可移动的挡板。
所述至少一个驱动装置最好包括小齿轮，蜗杆驱动器，链轮，线圈或滑轮，并且所述至少一个啮合装置包括齿条，链条或至少一个受拉的电缆。
在本发明的另一方面，提供一种用于控制挡板装置移动的可移动的装置，该移动装置包括至少一个沿挡板装置长度设置的，或在挡板装置侧边的啮合装置，和至少一个与该至少一个啮合装置配合的驱动装置，以在至少一个驱动装置旋转的情况下，移劝所述挡板。所述啮合装置最好为一对固定在至少一个驱动装置上的相对的电缆，该啮合装置形成为线圈的形式，电缆可缠绕在该线圈上，或从该线圈上展开。在实际的实施例中，所述线圈在旋转的过程中也可轴向移动，以使电缆直接缠绕在所述线圈的基本连续的位置上，或从该位置处展开。
在本发明的另一方面，提供了一种用于调节沿槽流动的，通过控制闸门的流体的稳定装置，所述流动稳定装置包括枢轴地连接在所述控制闸门上的流动方向板，所述流动方向板适于使通过控制闸门的流体基本平行于所述槽的底壁排出控制闸门。
所述流动方向板最好枢轴地连接在可枢轴转动的板上，所述流体从该板上流过，并且所述流动方向板对应于所述槽底壁保持基本平行。在最佳实施例中，所述流动方向板形成平行四边形的一侧，其相对侧固定在平行于所述槽底壁的位置上。
在本发明的另一方面，提供一种用于测量在槽中通过闸门流体的流速的方法，所述方法包括下列步骤：在所述闸门的上游第一位置测量流体的压力，在所述闸门的下游第二位置测量流体的压力，测量所述闸门张开的位置，并在所述测量值的基础上应用运算法则计算流速。最好邻近闸门进行测量。最好应用系统识别的方法确定运算法则。
在本发明的另一方面，提供一种用于测量在槽中通过闸门的流体的流速的装置，所述装置具有用于在所述闸门上游第一位置测量流体压力的第一压力感应器，用于在闸门下游第二位置测量流体压力的第二压力感应器，用于测量闸门张开位置的张开感应器，和用于在所述测量值的基础上应用运算法则计算流速的计算装置。
在本发明的另一方面，提供一种适于横过流体槽安装的控制闸门，所述控制闸门具有适于固定在所述槽上的第一框架，可滑动地与第一框架配合的第二框架，所述第二框架包括用于控制通过流体流动的闸门，和在第二框架上的密封装置，以提供所述闸门与第二框架之间的密封。
密封装置最好为位于第二框架上、或位于第二框架中的连续的密封件。所述连续密封件最好包括多个邻靠闸门的平行肋，以达到可靠的密封效果。
在本发明的另一方面，提供一种用于测量在槽中通过闸门的流体流速的方法，所述方法包括下列步骤：在所述闸门内或邻近闸门处设置至少一个感应器，测量从所述至少一个感应器的输出，在所述测量值的基础上应用运算法则计算通过闸门的流体的流速。最好应用系统识别的方法确定运算法则(algorithm)。最好用压力，导磁性，声纳或其它合适类型的感应器、和/或不同感应器的组合进行测量值。最好也测量闸门的张开位置，并且该测量值也包括在确定运算法则中。
附图说明
为了使本发明更易于理解，并使其具有实际效果，下面将参照附图描述本发明，其中：
图1是根据本发明的控制闸门的透视图；
图2是图1所示控制闸门的部分侧视图；
图3是图1所示控制闸门的部分侧视图，它带有控制闸门驱动机械装置的第二实施例；
图4是图1所示控制闸门的部分侧视图，它带有控制闸门驱动机械装置的第三实施例；
图5是图1所示控制闸门的平面图，它带有控制闸门驱动机械装置的第四实施例；
图6是图1所示控制闸门的平面图，它带有控制闸门驱动机械装置的第五实施例；
图7是图1所示控制闸门的平面图，它带有控制闸门驱动机械装置的第六实施例；
图8是图1所示控制闸门的平面图，它带有控制闸门驱动机械装置的第七实施例；
图9是沿图8中箭头9-9所示方向上的横截面图；
图10是具有图5所示控制闸门机械装置的控制闸门的透视图；
图11是具有图5所示控制闸门机械装置的第二类型控制闸门的透视图；
图12是具有流动稳定装置的图1所示的控制闸门的透视图；
图13是图12所示的控制闸门在闸门关闭模式下的侧视图；
图14是图12所示的控制闸门在闸门张开模式下的侧视图；
图15-19是图1所示控制闸门的变型视图，示出了控制闸门的组合序列；其中
图15示出将密封装置安装到支架上的透视图；
图16示出容纳带有枢轴连接的挡板装置的支架的外框架透视图；
图17是沿图16中箭头17-17方向上的横截面图，但还包括外框架；
图18示出了沿图16中的箭头18-18方向所示的、用控制闸门的密封装置密封挡板装置的侧视图；和
图19是类似于图1的视图，示出了本发明的另一个实施例。
具体实施方式
在说明书和附图中对相似案件采用类似的标号以避免重复描述。在图1和2中示出了控制闸门10，用于控制流经槽12的水流。槽12可为排水沟，灌溉槽或其它必须受控制的流水路程。在本实施例中，槽12具有一对侧壁14，16和底壁17，形成为U形槽。尽管示出的是U形槽，但也可以是其它任何形状，如圆形，梯形或其它形状。槽12最好由混凝土制成，以提供易于制造的结构和光滑的水流。在相对的侧壁14，16上最好凿有缝隙(未示出)，以容纳控制闸门10的支架18。支架18为U形，并可滑入缝隙以便易于装配。支架18与缝隙或其它支架互锁，以对组件提供稳定的结构。挡板装置22枢轴地安装在支架18上。挡板装置22由底板24和一对圆拱形侧板26，28构成。挡板装置22可从底板24基本竖直的完全封闭位置，枢轴转动至底板24基本水平的完全张开位置。
通过将底板24定位于完全张开位置和完全封闭位置之间，可控制水流的流速。侧板26，28具有直角部分，相对直角三角形的侧边具有圆拱部分30。如果需要，直角部分可大于或小于90°。底板24根据槽12的尺寸形成为矩形或正方形。沿支架18的长度方向设有密封件32，如密封条，以在挡板装置22上提供防水密封，并防止有水流过挡板装置22。在应用的实施例中，在挡板装置22的枢轴两侧，在支架18内部和沿支架18的整体长度上设置有连续的密封条。
为了精确控制流速，使用电动机34来提升挡板装置22。电动机34可由电路系统(未示出)监控，以确定挡板装置22的位置，或者由手工控制的开关(未示出)监控。电动机34与简化的齿轮箱36配合，该齿轮箱具有由槽12两侧上的轴承40支撑的输出轴38。小齿轮42固定在轴38上，并与各个侧板26，28外周边上的齿条44，46啮合。小齿轮42直接位于挡板装置22的枢轴点上。齿条44，46和小齿轮42的组配具有很强的力学优势，即由于低扭矩的需要，可采用小功率的电动机34提升挡板装置22。
在使用中，电动机34最好由连接有多个控制闸门10的的控制板(未示出)监控。可选择或取消选择电动机34来控制与槽12底壁17对应的底板24的角度。通过在槽中设置压力感应器(未示出)，在控制板的监控下，由电动机34驱动轴38的转动，由齿条和齿条44，46与小齿轮42的小齿轮作用力提升该底板24，由此可控制和改变通过控制闸门的水流。最好采用一对压力感应器，它们分别安装在上游和下游的支架18上。这些感应器可放置在支架的任何位置上，但最好放置在靠近支架18侧边的底部。通过这对感应器的测量和对闸门张开的测量，可应用已知的“系统识别”技术，通过控制板内部的计算系统计算水的流速。在说明书中采用的术语“系统识别”是指源于实验数据的系统模式的现有技术。它包括对感兴趣的系统模式根据调整过程，提出适当的数学表达式，在该调整过程中，精确的表达式可尽可能接近地再现从系统中同步观测到的实验。方法论提供了不同模式的比较方法，和根据其再现系统的行为能力将它们进行分类的方法。系统识别在数学系统理论和统计学中是一个典型的次一级的课题。系统识别的技术可提高多个闸门系统中每个闸门的特殊关系。水沿箭头48指示的方向流动，并流过图1中所示位置的底板24。当底板24竖直时，底板24截住所有水流，即所有的水停止流动。封条32可保证支架18和挡板装置22之间没有渗流。
图3示出了类似于图2的实施例，其中齿条50作为一部分翼缘位于圆拱部分30的侧边，小齿轮42位于齿条50的下方。
图4示出了类似于图2的实施例，不同处在于齿条46由沿圆拱部分30的周边的链条52替代，小齿轮42由链轮53替代。蜗杆启动器也可替代小齿轮42，蜗杆轨道可替代齿条50。
图5示出了类似于图1的实施例，但其中小齿轮42由线圈54替代，齿条50由电缆56，58替代。当缠绕好线圈后，电缆56沿圆拱部分30的圆周边缘导向，并固定在挡板装置22的一端和线圈54的另一端60。类似地，当缠绕好线圈后，电缆58沿圆拱部分30的圆周边缘导向，并固定在挡板装置22的相对一端和线圈54的另一端62。可用圆拱部分30上的槽或者其上的翼缘对电缆56，58进行定位。通过轴38使线圈54旋转，通过将电缆56从线圈54上展开，同时将电缆58缠绕在线圈54上，会使挡板装置22提升，仅之亦然。线圈54非常接近于圆拱部分30，并受拉力，以保证电缆56，58不会从圆周的接触面上突起，而且在该位置上使其力学优势得到最大的发挥。
图6示出了类似于图5的实施例，但其中仅有一条电缆64固定在圆拱部分30的每一端，而且固定在线圈54上。线圈54的旋转将根据其旋转的方向延长或缩短从线圈54处抽出的电缆64的相对的两侧边。
图7示出了类似于图5的实施例，但其中仅有一条电缆66固定在圆拱部分30的每一端。电缆66在拉力的情况下缠绕在线圈54上，该力为一对可转换成足够摩擦力的力，以防止电缆66在线圈54上滑移。
图8示出了类似于图7的实施例，不同处在于线圈54由滑轮68替代，该滑轮由在受拉的情况下缠绕在中心线圈72上连续电缆70驱动。中心线圈72由电动机34驱动。中心线圈72也可具有与相对的侧板28配合的类似连续电缆74。
在图5-8所示的实施例中，线圈54，72也可在转动的过程中沿轴向移动，以使电缆定位于沿线圈基本不变的轴向位置上。线圈54，72的这种轴向运动可使电缆在线圈54，72上平滑地缠绕或平滑地展开。
图10示出了如何将图1-9所示的提升机械装置用于标准的放射状闸门76上。放射闸门76具有部分圆柱形的板78，在其关闭位置，该圆柱形的板位于槽12的底壁17上。侧支架80，82沿板78的相对周边连接在整个放射状闸门76上。在侧支架80，82上的枢轴84，86与槽12的侧壁14，16配合，以使放射状的闸门76向上枢轴转动，并使水在其下流过。在板78的下边缘和两个圆周边缘上设置有密封条(未示出)，以保证水没有通过闸门渗漏。本实施例示出了使用图5所示的提升机械装置。电缆56，58固定在板78的每一端，并沿板78的外表面延伸。
图11示出了如何将图1-9所示的提升机械装置用于标准的竖直滑动闸门88上。滑动门90可在U形框架92中上、下移动，该U形框架安装在槽12的侧壁14，16上。框架92在槽12上延伸，以便当框架完全升起时为滑动门90提供滑轨。水可以流过框架92的底部和滑动门90的底部之间的缝隙94。在框架92中设置有密封条(未示出)，以保证在闸门88处没有渗漏。
图12-14示出了与图1和2相同的实施例，但是其中还带有水流稳定装置96。在本实施例中，水流稳定装置96为沿底板24的整个宽度延伸的板98。板98由铰链100枢轴地安装在底板24上。一对延伸臂102(仅示出一个)平行于槽12的底壁17延伸，并且与板98的宽度相等。一对杆或链条104枢轴地连接在各个延伸臂102的两端和板98的自由边106上。杆或链条104的长度与底板24的长度相等。由此底板24的侧边，板98，各个杆或链条104和各个延伸臂102形成可移动的平行四边形。当底板24提升时，延伸臂102以平行于槽12的底壁17安装时，板98也基本平行于底壁17。如果没有板98，则水将流过底板24，并在离开底板24退出控制闸门处产生湍流。当水流退出控制闸门时，板98将保持水在水平路径上流动。图13和14分别示出了关闭状态的水流速度和打开状态的水流速度，并且从图中可清楚地看到在任何流速中，都可保持水流的水平流动路径。当水退出水流控制闸门时，板98可减少通常所预料到的湍流。
在图15和16的实施例中示出了控制闸门10的装配。外框架110替代了槽12中容纳支架18的缝隙。外框架110为带有竖直部分112，114和基底部分116的U形结构。部分112，114，116具有U形构形，并固定在槽12的侧壁14，16和底壁17上。可通过紧固件，胶粘剂或任何其它适当的方法进行固定。外框架110可由硅型的密封件或其它防水介质进行灌浆和密封，以防止在槽12和外框架110之间有渗漏。支架18如前面所述具有枢轴连接在其上的挡板装置22。本实施例中的支架18形成为中空的正方形或长方形部分，并具有连接在底臂122上的侧臂118，120。支架18和外框架110的形状不限于在最佳实施例中所示的形状，它们可根据适当的需要变化。
作为实例可选择互锁的突起形状，圆形或矩形。密封条形成为连续的条安装在侧臂118，120和底臂122的内部相对的表面。密封条32最好如124(图17)所示在支架相对的边缘上延伸。突缘124在外框架110和支架18之间提供密封，以防止它们之间有渗漏。密封条32可为任何适当的形状，而在最佳实施例中具有一对平行的肋126，128，该肋对挡板装置22提供非常有效的密封。双肋为如图18所示的挡板装置22的枢轴点提供很好的双重密封，并为侧板26，28也提供很好的双重密封。
在使用中，支架18和安装在其上的挡板装置22被导入竖直部分112，114的位置中，并被导入与基底部分116密封啮合。突缘124可保证在外框架110和支架18之间没有渗漏。随后支架18与外框架110互锁。如果需要修理挡板装置22，或者需要安装不同类型的挡板装置(例如如图10所示的放射状闸门或如图11所示的竖直滑动控制闸门)，则很容易撤下支架110和挡板装置22。
压力感应器130，132(图15)位于控制闸门10的上游和下游，最好位于支架18上。在最佳实施例中，压力感应器130，132位于密封条32的最近的上游的点和密封条32的最近的下游的点，如肋126，128的两侧。这种类型的感应器可变化以适合测量流速的特性，并且本发明不限于所采用的感应器的类型、其位置或所用的感应器数量。
图19所示的实施例是图1所示实施例的变型。在每个侧板26，28的圆拱部分30上的附加弯曲翼缘板134，136改变通过控制闸门的流体流动特性。弯曲翼缘板134，136垂直于侧板26，28的平面安装，并由此向内延伸。流动特性的改变可提高由压力感应器测量的压力感应度。
尽管描述的最佳实施例是关于水的流动，但很显然本发明适用于不同的流体和浆体。最佳实施例示出了采用一对小齿轮42或线圈54，本发明可采用一个或多于两个的这种组合。采用一对小齿轮或线圈54为提升控制闸门提供了较好的平衡。侧板26，28；80，82可由位于中心的板替代。在流体测量方法中，在支架18上具有压力感应器，但它们可定位在其它适当的位置以适应计算的需要。
下面具体参照附图16描述另一个实施例，但并不限于该实施例。图16中的压力感应器可省略，可采用测定流体速度的替代系统。电磁的或声纳的装置属于这种系统。电磁系统是指任何流过磁场的导电流体会感应可测量的电压。该方法基于感应的Faraday规律。感应电压的振幅与流体的速率有关。通过闸门的流体流速来自于采用系统识别技术测量的数值。底板24和侧板26，28可包含适当的装置以感应磁场，并测量出感应的电压。也可采用Doppler效应或直接传播的计时方法应用声纳技术。在Doppler效应方法中，在流动的流体中发射一种声音信号，并且测量流体部分所反射的信号频率的改变。反射信号频率改变的频率分布与流体的速率有关。在直接传播的计时方法中，在流动的流体相对的边界处设置有成对的发射和接收声音感应器。定位该感应器，从而使它们之间的声音路径的方向指向发射到相对的感应器的方向，并且还指向可接收相对的感应器的信号的方向。这些感应器的定位使它们之间的路径与流体流动方向成角度而不成直角。在信号传播的两个方向都测量时间。传播时间的不同直接与两个感应点之间的流体的速度相关。可使用附加的成对的感应器以体现流体速率的全貌。
所作的测量和系统识别方法的应用将确定是否采用附加的感应器。多个相同类型的不同感应器或不同类型的感应器可组合使用，它们具有提高流体速度测量值的运算法则的潜力。一种类型的感应器测量高速流体优于测量低速流体，当在系统识别的情况下应用其相互关系时，使用不同的感应器重量增加。如果需要，也可将图20所示实施例的压力感应器与该系统构成整体。
本领域所属普通技术人员应理解本发明还包含其它的变型，它们都在本发明的范畴和范围之内，本发明仅描述某些特殊的实施例，并通过实施例描述本发明显著的特征。

Claims (14)

1.一种适于横过流体槽(12)安装的控制闸门(10)，所述控制闸门(10)具有挡板装置(22)，该挡板装置枢轴地安装在流体槽(12)的基底(20)上或邻近流体槽的基底，具有圆拱部分(30)的两个侧板(26、28)连接到所述挡板装置(22)，驱动装置(34)与所述侧板(26、28)中的至少一个共同作用以允许提升和降低所述挡板装置(22)，从而调节通过所述控制闸门的流体的流动，其特征在于，所述驱动装置(34)包括与至少一条电缆(56、58、64、66)配合的缠绕线圈(54)，该电缆沿着或平行于所述圆拱部分(30)，所述至少一条电缆(56、58、64、66)在张力下连接于所述圆拱部分(30)中所述一个的任一端，因此在所述至少一条电缆(56、58、64、66)的所述线圈(54)上的缠绕或展开会导致所述控制闸门(10)的运动，所述缠绕线圈(54)非常靠近所述圆拱部分(30)中的一个定位，以及在张力下确保所述至少一条电缆(56、58、64、66)不会升高而是与所述圆拱部分(30)中的一个保持圆周接触。
2.根据权利要求1所述的控制闸门，其中所述侧板(26，28)与所述流体槽内的支架(18)密封啮合。
3.根据权利要求1或2所述的控制闸门，其中所述缠绕线圈(54)在旋转的过程中也可轴向移动，以使电缆(56、58、64、66)在缠绕线圈上(54)的基本恒定位置处直接缠绕在缠绕线圈(54)上，或从缠绕线圈(54)上展开。
4.根据权利要求1所述的控制闸门，其中所述圆拱部分(30)包括突出到流体内的翼缘(134、136)，以改变通过控制闸门(10)的流体的流动性质。
5.根据权利要求1所述的控制闸门，其中还包括流体稳定装置(96)，所述流体稳定装置(96)包括与所述控制闸门(10)枢轴连接的流动方向板(98)，所述流动方向板(98)适于使通过控制闸门(10)的流体以基本平行于所述槽(12)的底壁(17)的方向从控制闸门(10)处排出。
6.根据权利要求5所述的控制闸门，其中所述流动方向板(98)枢轴地连接在所述挡板装置(22)上，所述流体从流动方向板(98)上流过，并且流动方向板相对所述槽(12)的底壁(17)保持基本平行的配置。
7.根据权利要求5所述的控制闸门，其中所述流动方向板(98)与固定在平行于所述槽(12)的底壁(17)中的相对侧边(102)形成平行四边形的一侧。
8.根据权利要求1所述的控制闸门，其中控制闸门(10)具有适于固定在所述槽(12)中的第一框架(110)，滑动地与第一框架(110)配合的第二框架(18)，所述挡板装置(22)枢轴地连接在第二框架(18)上，在第二框架(18)上具有密封件(32)以提供所述侧板(26、28)和第二框架(18)之间的密封。
9.根据权利要求8所述的控制闸门，其中所述密封件(32)为位于第二框架(18)上或内的连续密封件。
10.根据权利要求9所述的控制闸门，其中所述连续密封件(32)包括多个平行的邻靠于所述挡板装置(22)的肋(126、128)，以提供可靠的密封效果。
11.根据权利要求1所述的控制闸门，其中还包括用于在所述挡板(22)的上游第一位置测量流体压力的第一压力感应器(130)，用于在所述挡板(22)的下游第二位置测量流体压力的第二压力感应器(132)，用于测量所述挡板装置(22)张开位置的张开感应器，和在所述测量数值的基础上用运算法则进行计算的计算装置。
12.根据权利要求11所述的控制闸门，其中应用系统识别的方法确定运算法则。
13.根据权利要求11所述的控制闸门，其中用导磁性，声纳感应器代替所述压力传感器。
14、根据权利要求11或13所述的控制闸门，其中采用同种类型的感应器(130、132)或不同种类型的感应器(130、132)的组合表示测量值。
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