CN212427017U - 一种挡水闸门 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种挡水闸门，其包括：堆叠设置的百叶单元，所述百叶单元包括：支承框架、百叶门，所述百叶门通过转轴和轴承与所述支承框架实现可旋转连接，所述百叶门与所述转轴偏心设置，从而使得在水下和重力的作用下可以自动关闭、扭矩传递装置，所述扭矩传递装置与所述百叶门固定连接、浮箱，所述浮箱具有扭矩滑槽，与所述浮箱固定连接的至少两个浮箱导轮，其与外部的导向轨道连接，从而限制浮箱运动方向，所述浮箱在水的浮力和本身的重力作用下能够沿着所述导向轨道移动，使所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽接触产生扭矩，并将扭矩传递给所述百叶门，使百叶门开启。从而实现无动力自动表层取水发电。

Description

一种挡水闸门

技术领域

本发明涉及水利发电领域，尤其是涉及一种水工金属结构设备，挡水闸门，该闸门利用利用浮箱的浮力以及配重，驱动百叶门的开启和关闭，从而实现无动力自动表层取水发电。

背景技术

目前，采用潜孔式取水口的水电站，发电水流经过拦污栅，从蓄水后的底部引水。对于高坝大库，水库水温结构为稳定分层型，蓄水后将出现水温分层现象。下泄水温与坝址断面天然河流水温存在明显差异，以新疆阿尔塔什水利枢纽工程为例，水库总库容22.45亿m³，最大坝高为164.8m，坝址断面多年平均径流量64.17亿m³，其主要变化是：3～8月水库下泄水温低于河流水温，低温水最大降幅为10.4℃，出现在5月；8月～翌年2月水库下泄水温高于河流水温，高温水最大升幅为5.5℃，出现在12月。

水库低温水下泄对生态不利影响较大，为保护下游生态，减缓下泄低温水对水生生态及灌溉农业的影响，环保上要求发电引水要自表层取水，为此采取不同的取水方式，根据不同平水年来水条件和水库运行数据，有单层取水、二层取水以及三层取水、叠梁门取水等方案。

其中表层叠梁门取水方案最符合表层取水要求，即在通高式拦污栅后部布置叠梁式挡水闸门，叠梁式挡水闸门的顶部位于满足发电取水过流要求的位置，按库水位变化逐节取放叠梁。但受到叠梁门的运输和制造安装条件限制，每节叠梁高度不可过小，通常取3m左右，仍存在底部叠梁整节起吊后取水深度超出引用流量需求，且操作频率高，人工工作量大。

发明内容

本申请提供一种挡水闸门，具体为水力驱动合页式挡水闸门，解决了发电取水口采用挡水闸门后操作频率高，人工工作量大，不能自主适应水位变化的问题。本申请包括如下实施方式：

实施方式1、一种挡水闸门，其包括：堆叠设置的至少一个(例如至少两个，例如至少三个)百叶单元，所述百叶单元包括：支承框架、至少一个百叶门，所述百叶门通过转轴和轴承与所述支承框架实现可旋转连接，所述百叶门与所述转轴偏心设置，从而使得在水下和重力的作用下可以自动关闭、扭矩传递装置，所述扭矩传递装置与所述百叶门固定连接、浮箱，所述浮箱具有扭矩滑槽，与所述浮箱固定连接的至少两个浮箱导轮，其与外部的导向轨道连接，从而限制浮箱运动方向，所述浮箱在水的浮力和本身的重力作用下能够沿着所述导向轨道移动，使所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽接触产生扭矩，并将扭矩传递给所述百叶门，使百叶门开启。

实施方式2、根据实施方式1所述的挡水闸门，其中，所述扭矩传递装置为拐臂装置，包括第一拐臂，与所述第一拐臂连接的第一拐臂导轮，第二拐臂，和与所述第二拐臂连接的第二拐臂导轮，所述第一拐臂和第二拐臂形成一定的角度，所述角度大于等于30°且小于等于150°，例如为45°至135度之间，例如为80°至100°之间。

实施方式3、根据实施方式1所述的挡水闸门，其中，所述扭矩传递装置与所述转轴固定连接或一体成型，从而实现与所述百叶门固定连接。

实施方式4、根据实施方式1所述的挡水闸门，其中所述扭矩滑槽的高度大于等于2个百叶门的高度，从而能够同时开启多个百叶门。

实施方式5、根据实施方式1所述的挡水闸门，其中所述浮箱为密封箱体结构，自上而下设置有密封室和压重室。

实施方式6、根据实施方式1所述的挡水闸门，其中所述百叶单元包括至少2个，例如至少3个，例如至少4个百叶门。

实施方式7、根据实施方式1所述的挡水闸门，其中所述支承框架由顶梁、底梁和边梁构成，所述支承框架叠放于门槽中。

实施方式8、根据实施方式7所述的挡水闸门，其中还包括支承轨道，所述支承轨道设置于门槽中，所述支承框架通过边梁与所述支承轨道接触，从而将百叶门传来的载荷传递到支承轨道上。

实施方式9、根据实施方式7所述的挡水闸门，其中所述导向轨道安装在门槽中。

实施方式10、一种高坝的发电进水口，其包括实施方式1至9中任一项所述的挡水闸门。

本申请的技术方案，通过偏心设置的百叶门与转轴，使百叶门保持关闭，当浮箱沿着所述导向轨道移动时，通过百叶门上固定连接的扭矩传递装置与浮箱上设置的扭矩滑槽接触产生扭矩，并将扭矩传递给所述百叶门，使百叶门开启，从而实现无动力自动表层取水发电。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1示出了实施例1的百叶单元结构；

图2示出了实施例1中百叶门与扭矩传递装置的连接结构；

图3示出了实施例1中百叶门与转轴的截面示意图；

图4示出了实施例1中扭矩传递装置的结构；

图5示出了实施例1中挡水闸门的俯视图；

图6示出了实施例1中单个百叶门在浮箱下沉时的工作循环原理图；

图7示出了实施例1中单个百叶门在浮箱上浮时的工作循环原理图；

图8示出了实施例1中挡水闸门设置于高坝大库进水口示意图。

附图标记：100-百叶单元，110-支承框架，111-顶梁，112-底梁，113-边梁，120-百叶门，130-转轴，140-轴承，150-扭矩传递装置，151-第一拐臂，152-第一拐臂导轮，153-第二拐臂，154-第二拐臂导轮，200-浮箱，210-扭矩滑槽，220-浮箱导轮，300-导向轨道，400-支承轨道，500-门槽混凝土(闸井混凝土)，600-拦污栅。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本申请公开了一种挡水闸门，其包括：堆叠设置的至少一个百叶单元，所述百叶单元包括：支承框架、至少一个百叶门，所述百叶门通过转轴和轴承与所述支承框架实现可旋转连接，所述百叶门与所述转轴偏心设置从而使得在水下和重力的作用下可以自动关闭、扭矩传递装置，所述扭矩传递装置与所述百叶门固定连接、浮箱，所述浮箱具有扭矩滑槽，与所述浮箱固定连接的至少两个浮箱导轮，其与外部的导向轨道连接，从而限制浮箱运动方向，所述浮箱在水的浮力和本身的重力作用下能够沿着所述导向轨道移动，使所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽接触产生扭矩，并将扭矩传递给所述百叶门，使百叶门开启。

本申请中，偏心设置是指转轴两侧的扭矩不平衡，这可以通过设置转轴两侧的重量不同来达到，例如百叶密度相同的情况下转轴不设置在中间，或者转轴一侧的百叶中增加重物。百叶门的尺寸没有特别的限制，本领域技术人员可依据需求进行设计，例如长为1米至6米，例如长为2米至5米，例如长为3米至4米，例如长为3.2米至3.8米，例如高为0.3米至2米，例如高为0.5米至1.5米，例如高为0.7米至1.2米，例如高为0.9米至1米，百叶门可以设置成中空状，转轴可以贯通百叶门设置，也可以仅在两头端部分别设置，使得百叶门在支承框架结构内绕转轴转动。通过百叶门与转轴的偏心设置，无论在水下还是在水上，百叶门都能保持自动关闭状态。这是本领域技术人员根据需要能够设计的。

本申请中，浮箱为依靠浮力和自身重力悬浮于表层水的箱体，其作用是利用压重，提供百叶门旋转的驱动力。当水位变化时，浮箱沿着所述导向轨道移动，通过百叶单元的堆叠设置，在所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽接触的地方产生扭矩，使百叶门开启，而在所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽之外不接触的地方，百叶门保持关闭状态，从而实现自动表层取水发电。

本申请中，所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽“接触”产生扭矩的方式没有具体限定，只要使所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽之间的接触面产生相互作用力，给所述扭矩传递装置施加保持百叶门处于开启状态的扭矩即可。例如，在浮箱向上移动的过程中，所述扭矩滑槽对所述扭矩传递装置产生一个向上旋转的扭矩，所述扭矩传递装置将该扭矩传递给百叶门，百叶门相应地保持开启。而在浮箱向下移动的过程中，所述扭矩滑槽对所述扭矩传递装置产生一个向下旋转的扭矩，所述扭矩传递装置将该扭矩传递给百叶门，百叶门相应地保持向相反方向开启。在第一滑槽的上部或者下部设置过渡段，随着浮箱移动，过渡段与所述扭矩传递装置接触并使之旋转，随着浮箱继续移动，所述扭矩传递装置的旋转角度进一步增大，所述扭矩传递装置脱离过渡段进入扭矩滑槽内，并在维持百叶门开启的状态下在扭矩滑槽内滑动。例如，将所述过渡段设置成倾斜状滑槽，而所述扭矩滑槽为垂直滑槽，随着浮箱移动，所述扭矩传递装置首先与倾斜状滑槽接触，倾斜状滑槽能够向所述扭矩传递装置提供旋转弧线的切线方向上的分力，随着浮箱进一步移动驱动百叶门旋转，当百叶门完全开启时，所述扭矩传递装置进入垂直滑槽，即所述扭矩滑槽，并在维持百叶门开启的状态下在扭矩滑槽内滑动。所述的过渡段的设置是本领域技术人员能够根据需要设计的。

在本申请中，所述扭矩传递装置的具体结构没有限制，本领域技术人员能够根据本申请公开的内容，自主设计各种形式的所述扭矩传递装置。在一些实施方式中，所述扭矩传递装置为拐臂装置，包括第一拐臂，与所述第一拐臂连接的第一拐臂导轮，第二拐臂，和与所述第二拐臂连接的第二拐臂导轮，所述拐臂装置的设置能够使浮箱在不同方向上移动时均能够与拐臂作用产生扭矩，例如，所述浮箱沿着所述导向轨道向下移动时，所述第一拐臂通过所述第一拐臂导轮与所述扭矩滑槽接触产生向下的扭矩，所述百叶门保持开启；所述浮箱沿着所述导向轨道向上移动时，所述第二拐臂通过所述第二拐臂导轮与所述扭矩滑槽接触产生向上的扭矩，所述百叶门保持开启。在这样的设置下，当水位上升或者下降，浮箱都能驱动百叶门旋转开启，而在浮箱经过之后，百叶门自然关闭。所述第一拐臂和第二拐臂形成一定的角度，所述角度大于等于30°且小于等于150°，例如为45°至135度之间，例如为80°至100°之间，从而使得浮箱沿着不同方向运动时，均能使所述第一拐臂和第二拐臂与滑槽接触并具备足够力矩，并驱动百叶门产生足够偏转角度，例如偏转60°至120°，例如偏转80°至100°，例如偏转90°。在一些实施方式中，第一拐臂和第二拐臂与百叶门之间形成一定的角度，第一拐臂与百叶门之间形成的角度称为第一拐臂夹角，第二拐臂与百叶门之间形成的角度称为第二拐臂夹角，所述第一拐臂夹角和第二拐臂夹角各自独立地为大于等于30度小于等于90度，例如为大于等于40度小于等于80度，例如为大于等于40度小于等于60度，例如为45度。

在一些实施方式中，所述扭矩传递装置与所述转轴固定连接或一体成型，从而实现与所述百叶门固定连接，能够很好地传递扭矩，用以驱动百叶门结构。

在一些实施方式中，所述扭矩滑槽的高度(即长度)大于等于2个百叶门的高度，从而能够同时开启多个百叶门。扭矩滑槽的高度决定了所开启的百叶门数量，处在水面以下的开启的百叶门数量决定了取水深度，本领域技术人员可以依据发电引流需求，确定百叶门开启数量，并相应设置扭矩滑槽的高度，方便地调解自动出水量。

在一些实施方式中，所述浮箱为密封箱体结构，自上而下设置有密封室和压重室。其作用是利用浮力及压重，提供百叶门偏转的驱动力。

在一些实施方式中，所述百叶单元包括至少2个，例如至少3个，例如至少4个百叶门。

在一些实施方式中，所述支承框架由顶梁、底梁和边梁构成，所述支承框架叠放于门槽中。所述支承框架通常为框型结构，横向布置顶梁和底梁，竖向两侧布置两个边梁，均为槽钢型截面。边梁受力结构为多点受百叶门传来集中荷载的简支梁形式，其截面应满足强度、刚度和稳定性要求；顶梁和底梁起连接和固定边梁的作用，由于横跨孔口，其断面应尽可能减少挡水面积。边梁上端还可设置适合抓梁抓取的吊孔。为防止支承框架侧向移动，在边梁设置止动板。边梁的高度H_b＝n×h_B+B_d+B_b+C₀，其中，n为单个框架内百叶门数量；h_B为单个百叶门高度；B_d为底梁翼缘宽度；B_b为顶梁翼缘宽度；C₀为考虑吊孔后边梁加高。

在一些实施方式中，所述的挡水闸门还包括支承轨道，所述支承轨道设置于门槽中，所述支承框架通过边梁与所述支承轨道接触，从而将百叶门传来的载荷传递到支承轨道上。

在一些实施方式中，所述导向轨道安装在门槽中。在门槽混凝土内埋设导向轨道，通过限制浮箱上安装的浮箱导轮，达到限制浮箱只能沿轨道，随着水位上下浮动而不发生侧移或倾覆现象。同时，限制百叶门框架的位移，并将百叶门框架的水平荷载传递到闸井混凝土上。

本申请另一方面公开了一种高坝的发电进水口，其包括上述任一实施方式中所述的挡水闸门。

以上所述的范围可以单独使用或者组合使用。通过下面实施例，能够更容易理解本申请。

实施例

实施例1

本实施例提供了一种挡水闸门，其包括堆叠设置的百叶单元100、浮箱200。

如图1所示，所述百叶单元100包括支承框架110、四个百叶门120，所述支承框架110包括顶梁111、底梁112、边梁113。

如图2所示，所述百叶门120通过转轴130和轴承140与所述支承框架110实现可旋转连接，所述转轴130还固定连接有扭矩传递装置150。

图3示出了百叶门与转轴的截面示意图，所述百叶门120为焊接结构件，断面为长圆孔形，其内部的两端设置有加强筋，所述转轴130设置在百叶门120的几何中心，通过在所述百叶门120的内部一端设置重物实现偏心设置，从而使得百叶门在水下和水面以上都可以自动关闭。

图4示出了扭矩传递装置150的结构，所述扭矩传递装置150为拐臂装置，包括第一拐臂151，与所述第一拐臂151连接的第一拐臂导轮152，第二拐臂153，和与所述第二拐臂153连接的第二拐臂导轮154，所述第一拐臂151和第二拐臂153之间形成90°夹角。

如图5所示，所述浮箱200为焊接而成的密封箱体结构，其断面为矩形，所属箱体自上而下分为密封室和压重室(图中未示出)，其通过固定连接的两个浮箱导轮220与导向轨道300连接，所述导向轨道300埋设于门槽混凝土500内，使得所述浮箱200随水位升降沿着所述导向轨道300移动而不发生侧移或倾覆现象。所述浮箱200侧面设置有扭矩滑槽210，但所述浮箱200沿着所述导向轨道300移动时，所述扭矩传递装置150与所述扭矩滑槽210接触产生扭矩，并将扭矩传递给所述百叶门120，使百叶门120保持开启。所述的扭矩可以是浮箱200沿着所述导向轨道300向上移动时产生的向上的扭矩，也可以是浮箱200沿着所述导向轨道300向下移动时产生的向下的扭矩。所述门槽混凝土500内还埋设有支承轨道400，所述百叶门120传来的荷载通过边梁传递到所述支承轨道400上。

单个百叶门120在浮箱200下沉时的工作循环原理见图6，当水位下降时，此时浮箱200随着水位下沉，扭矩滑槽给第一拐臂施加扭矩，使百叶门保持打开，上部脱离扭矩滑槽的百叶门，在自重作用下偏转至关闭状态。

单个百叶门120在浮箱200上浮时的工作循环原理见图7，当水位上升时，此时浮箱200随着水位上浮，扭矩滑槽给第二拐臂施加扭矩，使百叶门保持反方向的打开，下部脱离扭矩滑槽的百叶门，在自重及浮力的共同作用下偏转至关闭状态。

如图8所示，所述挡水闸门通常布置在发电进水口拦污栅600的下游，将分节的百叶单元一次放入门槽，沉入水下，在框架中设置的百叶门120在浮力和自重的共同作用下，自动转至关闭状态。拦污栅600栅槽与百叶门120门槽间距，应保证百叶门120全开位时，与拦污栅600不发生干涉。浮箱滑槽的高度决定了百叶门120开启数量，应根据引水流量，确定百叶门120开启数量，从而确定浮箱滑槽长度。考虑到百叶门120及拦污栅600的检修条件，应在适当位置预留足够的检修槽，同时要考虑设置起吊拦污栅600及百叶门120的起吊设备。

当浮箱沿门槽放入水中，在自重及压重的作用下，浮箱下沉，与此同时，浮箱滑槽驱动摆臂旋转，依次打开百叶门；当浮箱下沉至一定深度时，浮箱的浮力大于自重与压重之和，浮箱就会悬停，此时，在浮箱滑槽高度范围内的百叶门均处于开启状态，其余百叶门处于关闭状态，水由开启的百叶门流入。

本发明技术方案的效果是：在高坝大库的发电进水口中，可实现自动取表层水发电，解决现有技术中采用挡水闸门后操作频率高，人工工作量大，不能自动化的问题。

以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (14)

1.一种挡水闸门，其特征在于，包括：

堆叠设置的至少三个百叶单元，所述百叶单元包括：

支承框架；

至少一个百叶门，所述百叶门通过转轴和轴承与所述支承框架实现可旋转连接，所述百叶门与所述转轴偏心设置，从而使得在水下和重力的作用下可以自动关闭；

扭矩传递装置，所述扭矩传递装置与所述百叶门固定连接；

浮箱，所述浮箱具有扭矩滑槽；和

与所述浮箱固定连接的至少两个浮箱导轮，其与外部的导向轨道连接，从而限制浮箱运动方向，

所述浮箱在水的浮力和本身的重力作用下能够沿着所述导向轨道移动，使所述扭矩传递装置与所述扭矩滑槽接触产生扭矩，并将扭矩传递给所述百叶门，使百叶门开启。

2.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述扭矩传递装置为拐臂装置，包括第一拐臂，与所述第一拐臂连接的第一拐臂导轮，第二拐臂，和与所述第二拐臂连接的第二拐臂导轮，所述第一拐臂和第二拐臂形成一定的角度，所述角度大于等于30°且小于等于150°。

3.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述扭矩传递装置与所述转轴固定连接或一体成型，从而实现与所述百叶门固定连接。

4.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述扭矩滑槽的高度大于等于2个百叶门的高度，从而能够同时开启多个百叶门。

5.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述浮箱为密封箱体结构，自上而下设置有密封室和压重室。

6.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述百叶单元包括至少2个百叶门。

7.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述支承框架由顶梁、底梁和边梁构成，所述支承框架叠放于门槽中。

8.根据权利要求7所述的挡水闸门，其特征在于，还包括支承轨道，所述支承轨道设置于门槽中，所述支承框架通过边梁与所述支承轨道接触，从而将百叶门传来的载荷传递到支承轨道上。

9.根据权利要求7所述的挡水闸门，其特征在于，所述导向轨道安装在门槽中。

10.一种高坝的发电进水口，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的挡水闸门。

11.根据权利要求2所述的挡水闸门，其特征在于，所述角度为45°至135度之间。

12.根据权利要求2所述的挡水闸门，其特征在于，所述角度为80°至100°之间。

13.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述百叶单元包括至少3个百叶门。

14.根据权利要求1所述的挡水闸门，其特征在于，所述百叶单元包括至少4个百叶门。

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