CN212103947U - 微动力变水位水力自动翻板闸门 - Google Patents

Abstract

微动力变水位水力自动翻板闸门，主要包括控制箱、推拉电磁铁、电源、液位开关、中间继电器、微动开关、闸门、橡胶止水、配重、支墩、支铰、闸室底板、闸室边墙、板梁。推拉电磁铁安装在板梁上部控制箱内，其铁芯呈垂直状穿过控制箱及板梁。液位开关上部固定于控制箱内，其探头穿过控制箱及板梁，调节至设定的水位控制高度。可根据需要设定不同的控制水位，当上游水位上升到达设定高度时，液位开关接通，推拉电磁铁铁芯提起，闸门在水压力作用下翻转开启；水位降到一定位置时，在闸门配重的作用下，闸门自动关闭。与传统的定水位水力自动翻板闸门相比，可在一定范围内按需要设定控制水位，因而可以更好地满足河道或排水沟道水位调控需求。

Description

微动力变水位水力自动翻板闸门

技术领域

本实用新型涉及一种在推拉电磁铁作用下的微动力变水位水力自动翻板闸门。

背景技术

水力自动翻板闸门可借助重力与水压力合力的作用，实现闸门的自动开启和关闭。当上游水位达到一定高度时，作用在闸门的水压力产生的力矩克服闸门配重产生的反向力矩，实现闸门翻倒开启；之后当上游水位下降到某一水位时，配重产生的回正力矩，足以克服水压力产生的翻倒力矩，闸门回正关闭，从而使上游水位始终保持在要求的范围内。水力自动翻板闸门主要作为拦河建筑物使用，在闸门关闭时，起到抬高水位、稳定上游流态的作用，满足农田灌溉取水、城市河道景观、蓄养水源及航运等需求。

水力自动翻板闸门因其具有结构简单、应用方便、造价较低廉、利于排沙等优点，在国内外已有较长的应用历史。20世纪中叶，随着我国水利事业的发展，翻板闸门在各地都有了广泛的应用。到了21世纪，短短的几十年间翻板闸门从结构、运行稳定性、制作材质、自动运行精度、翻倒模式等都有了长足的进步，同时也取得了很大的社会效益和经济效益。

但是工程实践也表明，翻板闸门在设计和运行过程中还存在着很多问题。目前传统的水力自动翻板闸门存在的一个明显缺点是：只能在一种固定水位条件下自动翻转闸门，不能满足多水位控制管理需求。在实际运行管理中，往往有不同的水位控制要求。例如河道水位在不同时期有不同的控制要求；再如在实施农田控制排水时，不同阶段排水沟水位控制有不同要求。为解决这个问题，目前多采用液压系统实现翻板闸门在不同水位条件下开启或关闭。但采用液压系统控制翻板闸门存在如下问题：

1）液压系统位于水下，不便维护检修；

2）系统未能充分利用水压力及闸门重力进行自动开启或关闭，所需动力较大，能耗及工程投资较大；

3）闸门启闭的自动化程度不高，难以适用于无人值守的水力翻板闸。有鉴于此，这种液压辅助的水力翻板闸不太适用小型河道及农村排水沟道，因此有必要研制可以在多种水位条件下自动翻转、所需动力较小（无电网时可以利用蓄电池供电）、无人值守自动启闭性能较好的新型水力自动翻板闸门。

实用新型内容

为了解决现有水力自动翻板闸门仅能在单一固定水位条件下翻转，不能满足多水位控制管理需求的问题，及液压控制翻板闸门所需动力较大、投资较高、自动启闭性能不高、不便维护的缺陷，提供一种外部辅助动力较小、可设定不同控制水位的微动力变水位水力自动翻板闸门。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

微动力变水位水力自动翻板闸门，包括闸板、闸室底板、闸室边墙，所述闸板下部，其下游侧与固定于闸室底板处的支墩铰接，其上游侧固定有配重；其特征是，设有控制箱以及板梁，所述板梁搁置于所述闸室边墙上，且位于所述闸板上方，所述控制箱安装于所述板梁顶部，控制箱内设有液位开关、电源以及推拉电磁铁；所述液位开关的探头穿过控制箱及板梁，并位于闸板上游侧（调节至设定的水位控制高度，可根据需要设定不同的控制水位）；所述电磁铁的铁芯（呈垂直状）从控制箱内伸出、穿过板梁并抵在闸板下游侧上边缘，维持闸门关闭状态；所述电源、液位开关、推拉电磁铁连接构成第一回路，上游水位达到液位开关的设定值，第一回路接通，推拉电磁铁的铁芯提起，闸板在水力作用下翻转而开启。

优选的，所述板梁底部，在闸板顶部下游侧安装有微动开关A，在闸板顶部上游侧安装有微动开关B；所述控制箱内还设有中间继电器，所述电源、微动开关B、微动开关A、中间继电器、推拉电磁铁连接形成第二回路，所述电源、微动开关B、中间继电器、推拉电磁铁连接形成第三回路；第二、第三回路分别控制闸门关闭过程中推拉电磁铁铁芯的提取与回落。

优选的，所述中间继电器的触点为常开触点，所述微动开关A为常开开关，所述微动开关B为常闭开关。闸板关闭过程中，其顶部首先触碰微动开关A，中间继电器得电，其常开触点闭合并自锁，推拉电磁铁得电，其铁芯提起；至闸门完全关闭时触碰微动开关B，电路断开，推拉电磁铁失电，其铁芯回落。

优选的，所述闸板两侧设有橡胶止水，且橡胶止水呈P状。

优选的，所述支墩顶部为倾斜面，便于闸板翻倒时搁置在斜面上。

优选的，所述配重的底部呈圆弧状。

优选的，所述支墩固定于闸室底板上，支墩顶部设置固定铰支座并与闸板连接。

关于第一回路，控制原理为：上游侧水位升至液位开关探头时（探头高度不低于无推拉电磁作用铁芯阻挡条件下的开启水位），回路接通，推拉电磁铁铁芯提起，闸板在上游侧水压力的作用下翻转开启；闸板翻倒后，上游侧临近闸板处的水位会迅速降落，液位开关断开，推拉电磁铁铁芯复位（回落）。

关于第二回路，控制原理为：当上游水位降至一定高度时，闸板在配重的作用下翻回（回正），闸板上部边缘触碰微动开关A，中间继电器线圈得电，常开触点闭合并自锁，推拉电磁铁铁芯提起，以便闸板上部边缘通过推拉电磁铁铁芯位置。

关于第三回路，控制原理为：当闸板翻回（回正）完全复位时，闸板上游侧边缘触碰微动开关B，微动开关B断开（注：该微动开关常闭），中间继电器失电，触点恢复常开，推拉电磁铁随即断电，其铁芯回落，恢复到闸门关闭挡水状态。

本实用新型的有益效果如下：

1、相对于传统的水力自动翻板闸门（只能在一种控制水位条件下翻转开启）

本实用新型提供的微动力变水位水力自动翻板闸门，可根据河道或沟渠不同季节不同的水位控制要求，控制闸门翻转开启，从而增强了水力自动翻板闸门对河道或沟渠水位调控能力，优化河道或沟渠的水位控制及水量配置。

2、相对现有液压辅助有翻板闸门

1）本实用新型提供的微动力变水位水力自动翻板闸门，辅助控制装置均在水面以上，便于管护维修；

2）所需动力较小（只需克服推拉电磁铁铁芯与闸板之间的摩擦力即可，因推拉电磁铁铁芯为光滑圆柱状，与推拉电磁铁铁芯接触的闸板表面为光滑平面，摩擦系数小且接触面很小，因此提起铁芯所克服的摩擦力较小）；

3）能耗较小（因为推拉电磁铁铁芯的提起动作的持续时间很短，只有数秒时间），应用在小型河道或排水沟道上的小型微动力变水位水力翻板闸门可以利用蓄电池供电；

4）自动控制性能好，可以按设定的水位自动翻转开启闸门，可无人值守。

河道是水资源和生态环境的重要承载体，具有防洪、防涝、灌溉、供水、航运、水能利用及生态环境维护等多方面重要功能。提高河道的水位流量调控水平，对于充分发挥河道的兴利除害功能具有重要作用。近几年国家对河道管理高度重视，各河道均建立了“河长制”管理制度，加强河道水位调控成为河道管理中的一项重要内容。另外，近一、二十年以来，随着农业面源污染的加剧，农业面源污染治理技术受到高度重视，其中控制排水技术是解决农业面源污染的核心技术之一。本实用新型可为农业控制排水技术的应用提供一种较为理想的控排装置，与传统的定水位水力自动翻板闸门相比，可在一定范围内按需要设定控制水位，因而可以更好地满足河道或排水沟道水位调控需求。本实用新型功能实用、结构简单、安装施工方便、投资费用较低、运行能耗较少，因此具有较好实施可行性和推广应用前景，社会效益和经济效益较为显著。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:

图1 微动力变水位水力自动翻板闸门的闸中线剖视图；

图2 微动力变水位水力自动翻板闸门的水闸上游侧正视图；

图3 微动力变水位水力自动翻板闸门的水闸下游侧正视图；

图4 微动力变水位水力自动翻板闸门控制箱内元器件平面图；

图5 微动力变水位水力自动翻板闸门的开闸原理图；

图6 微动力变水位水力自动翻板闸门的关闸原理图；

图7 微动开关与中间继电器接线图；

图中：1-控制箱；2-推拉电磁铁；3-电源；4-液位开关；5-中间继电器；5-1中间继电器的触点（常开）；5-2中间继电器线圈；6-推拉电磁铁铁芯；7-微动开关A（常开）；8-微动开关B（常闭）；9-闸板；10-配重；11-支墩；12-固定铰支座；13-橡胶止水；14-闸室底板；15-闸室边墙；16-板梁。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

本实施例以一小型排水沟道上的单孔单板微动力变水位翻板闸门为例，其结构主要包括控制箱1、板梁16和水力翻板闸门。控制箱1搁置于板梁16上，控制箱1内安装或放置推拉电磁铁2、电源3、液位开关4、中间继电器5；板梁16搁置于闸室边墙15上，板梁16下侧面在闸板9下游侧安装微动开关A 7、在闸板9上游侧安装微动开关B 8；水力翻板闸门包括闸板9、配重10、支墩11、固定铰支座12、橡胶止水13、闸室底板14、闸室边墙15。

闸室底板14、闸室边墙15、支墩11采用现浇混凝土结构；支墩11顶部为倾斜面，便于闸板9翻倒时搁置在斜面上。固定铰支座12采用铸铁材料制作，施工支墩时，在上部固定铰座12处预埋固定螺栓。闸板9采用钢筋混凝土闸板，上部中间部分凸起，预留安装固定铰支座12的螺栓孔口，配重10采用混凝土结构，底部呈圆弧状，通过螺栓固定在闸板9上游侧底部。闸板9两侧安装P形橡胶止水。配重10大小及固定铰支座12高度根据水位控制要求，通过受力分析及力矩平衡方程计算确定。

板梁16采用钢筋混凝土板梁，预留若干螺栓孔用于安装控制箱1，同时预留导线孔及液位开关4伸出孔。板梁16底部在闸板9上、下游侧分别安装微动开关A 7、微动开关B 8，通过导线与控制箱1内的元器件组成电路。

考虑到排水沟处无电网供电，电源3采用12V蓄电池，利用太阳能板为蓄电池充电，推拉电磁铁2采用12V推拉电磁铁，推拉力15kg。液位开关4采用液位继电器（也可以采用浮球液位开关），继电器5采用DC12V中间继电器，用于电路开、闭及自锁。控制箱1采用防雨型不锈钢控制柜，高1200mm，宽700mm，深350mm。

控制系统含三个控制回路，电源3通过导线与液位开关4、推拉电磁铁2连接形成第一回路；电源3通过导线与微动开关A 7、中间继电器5、推拉电磁铁2连接形成第二回路；电源3通过导线与微动开关B8、中间继电器、推拉电磁铁2连接形成第三回路。如图5、6所示，第一回路用于按设定控制水位提取推拉电磁铁铁芯，实现闸门开启，第二、三回路分别用于在闸门关闭过程中提取、落下推拉电磁铁铁芯，完成闸门关闭过程。其中，微动开关与中间继电器接线如图7所示，微动开关A的两端并联连接至中间继电器触点的两端，则电源、微动开关B、微动开关A、中间继电器线圈、推拉电磁铁连接成第二回路，电源、微动开关B、中间继电器的触点及线圈、推拉电磁铁连接成第三回路。

第一回路的工作过程（开闸）为：当上游水位上升至液位开关的设置值，液位开关4接通，推拉电磁铁2得电，推拉电磁铁铁芯6提起，闸板9在水压力的作用下翻转开启。

第二、三回路工作过程（关闸）为：当上游水位降至某低水位时，闸板9在配重10的作用下抬起，闸板9先是触碰微动开关A 7，中间继电器5线圈得电，中间继电器触点由常开变常闭并自锁（注：自锁是指即使微动开关A断开后，电路仍保持通电），推拉电磁铁铁芯6提起，闸板9上部边缘通过推拉电磁铁铁芯6位置；当闸板9完全回正复位时，闸板9触碰微动开关B 8（注：该微动开关为常闭），中间继电器5失电，触点恢复常开，同时因为推拉电磁铁2断电，推拉电磁铁铁芯6回落复位，恢复到闸门关闭挡水状态。

以上为本实用新型的实施例，而不应视为对于本实用新型的限制。

Claims (6)

1.微动力变水位水力自动翻板闸门，包括闸板、闸室底板、闸室边墙，所述闸板下部，其下游侧与固定于闸室底板处的支墩铰接，其上游侧固定有配重；其特征是，设有控制箱以及板梁，所述板梁搁置于所述闸室边墙上，且位于所述闸板上方，所述控制箱安装于所述板梁顶部，控制箱内设有液位开关、电源以及推拉电磁铁；所述液位开关的探头穿过控制箱及板梁，并位于闸板上游侧；所述电磁铁的铁芯从控制箱内伸出、穿过板梁并抵在闸板下游侧上边缘，维持闸门关闭状态；所述电源、液位开关、推拉电磁铁连接构成第一回路，上游水位达到液位开关的设定值，第一回路接通，推拉电磁铁的铁芯提起，闸板在水力作用下翻转而开启。

2.根据权利要求1所述的微动力变水位水力自动翻板闸门，其特征是，所述板梁底部，在闸板顶部下游侧安装有微动开关A，在闸板顶部上游侧安装有微动开关B；所述控制箱内还设有中间继电器，所述电源、微动开关B、微动开关A、中间继电器、推拉电磁铁连接形成第二回路，所述电源、微动开关B、中间继电器、推拉电磁铁连接形成第三回路，第二、第三回路分别控制闸门关闭过程中推拉电磁铁铁芯的提取与回落。

3.根据权利要求2所述的微动力变水位水力自动翻板闸门，其特征是，所述中间继电器的触点为常开触点，所述微动开关A为常开开关，所述微动开关B为常闭开关；闸板关闭时，其顶部首先触碰微动开关A，中间继电器得电，其常开触点闭合，推拉电磁铁得电，其铁芯提起；闸门完全关闭时触碰微动开关B，电路断开，推拉电磁铁失电，其铁芯回落。

4.根据权利要求1所述的微动力变水位水力自动翻板闸门，其特征是，所述闸板两侧设有橡胶止水。

5.根据权利要求1所述的微动力变水位水力自动翻板闸门，其特征是，所述支墩顶部为倾斜面，便于闸板翻倒时搁置在斜面上。

6.根据权利要求1所述的微动力变水位水力自动翻板闸门，其特征是，所述配重的底部呈圆弧状。

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