CN212533995U - 一种多功能闸门 - Google Patents

Abstract

一种多功能闸门，属于水利工程设备及机械技术领域。本实用新型由两扇相同的扇形闸门结构对合而实现，弧形闸门由若干挂片组合而成，实现在上游侧挡水、下游侧过水；可上下升降的主轴上有顶托，可在两扇形闸门对合时，卡在扇形闸门的凹陷结构内，以固定扇形闸门；底座由上转盘与下底盘两部分组成，可通过驱动底座内的齿轮带动上转盘转动，从而带动扇形闸门旋转；闸室两侧布置有可伸缩抓手，在有行洪需求时将两扇形闸门拉至闸室两侧；本实用新型还布置有喷水装置，起到景观喷水效果。本实用新型实现了鱼道与闸门合二为一，节约了成本；可实现诱鱼、旋转驱鱼、景观喷水、挡水、行洪排涝等多重功能。

Description

一种多功能闸门

技术领域

本实用新型属于水利工程设备及机械技术领域，具体涉及一种多功能闸门。

背景技术

鱼道是一种过鱼建筑物，是供鱼类洄游通过拦河建筑物的人工水槽，鱼道的设计主要考虑鱼类的上溯习性。在拦河建筑物的下游，鱼类常依靠水流的吸引进入鱼道，鱼类在鱼道中靠自身力量克服流速溯游至上游。随着大量水利设施的不断修建，鱼类的生存环境受到了严重的威胁，拦河建筑物隔断了上下游的水流，使得原来河流里的鱼类无法洄游，造成大量鱼类的减少甚至灭绝。现有的鱼道存在着不能满足不同鱼类洄游，过鱼效率低，需求不适用与高水头差拦河建筑物等缺点。

水闸是建在河道、渠道及水库、湖泊岸边，具有挡水和泄水功能的低水头水工建筑物。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的需要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水需要调节流量。拦河建筑物建成后，水闸成为上下游水体连通的重要通道，因此具备成为鱼类洄游通道的潜在条件。对水闸升级改造，实现水闸过鱼，利用水闸过鱼既可以降低单独建设鱼道所花费的成本，又可以解决鱼道占地面积大的问题，同时提高了水闸的利用率，益处颇多。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多功能闸门，将水闸和鱼道合二为一，在不影响水闸基本功能的前提下，对水闸进行升级改造、添加附加装置，利用水闸实现过鱼。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种多功能闸门，其特征是，该闸门包括两组相对布置的扇形闸门、可旋转的底座，每组扇形闸门由一弧形闸门、两块可过流的门叶连接形成扇形结构；该闸门的闸室外墙为外突的圆弧形结构，两组扇形闸门置于底座，通过控制底座旋转，使两块弧形闸门旋转于挡水位置或过流位置。

进一步的，该闸门的闸室底板设有下沉的闸室底部凹槽，所述底座位于闸室底部凹槽的中心位置，所述弧形闸门的底部布置有若干万向轮，所述万向轮的高度、底座的高度、闸室底部凹槽的深度相等；

该闸室底部凹槽的侧壁，在沿水流方向的两侧顶部边缘设有与弧形闸门底部相匹配的止水橡皮，且该闸门的岸墙在与闸室外墙连接处设有与弧形闸门配合的P形止水橡皮。

进一步的，所述底座中部设有可上下升降的主轴，所述主轴的顶部设有顶托，所述扇形闸门在其圆心角顶部设有凹陷结构，所述顶托的底部设有与扇形闸门凹陷结构相匹配的卡块，所述底座的顶面设有与门叶底部相匹配的门叶轨道凹槽；

所述闸室外墙内壁设有可伸缩抓手，所述可伸缩抓手包括安装于闸室外墙的电动剪叉结构以及电磁铁吸盘；通过控制主轴的升降，可使顶托卡块与对应的凹陷结构分离或卡合；通过可伸缩抓手，可实现两组扇形闸门的对合或分离。

进一步的，所述底座由上转盘、下底盘构成，所述下底盘固定于所述闸室底部凹槽内，其底部设有驱动电机，所述下底盘顶面安装有与驱动电机轴相连的下齿轮，所述上转盘的底部设有空腔，其空腔顶部中心位置设有与下齿轮啮合的上齿轮；

所述主轴为电动伸缩杆，其底部通过轴承与上齿轮的轴孔相连；所述上转盘的底部布置有若干滚珠，所述下底盘在与滚珠接触处设有一圈滚珠轨道凹槽；驱动电机工作，通过上、下齿轮以及滚珠、滚珠轨道凹槽的配合，使上转盘旋转，继而带动扇形闸门旋转。

进一步的，所述弧形闸门包括框架结构以及若干挂片，所述框架结构内设有若干排横杆，每排横杆上布置有若干可转动的挂片。

进一步的，所述挂片包括可活动叶片、转轴、凹形挂槽，所述可活动叶片通过转轴与凹形挂槽铰接，所述凹槽挂槽卡固于横杆，所述可活动叶片在水力作用下闭合或开启。

进一步的，相邻两块可活动叶片之间设有交叠的条形刚性片，所述条形刚性片表面设有塑性防水薄片，所述框架结构在与边侧的可活动叶片接触处设有止水橡皮，所述横杆在与对应的可活动叶片接触处设有止水橡皮。

进一步的，该闸门设有喷水装置，该装置包括潜水泵、安装于岸墙顶部位置的压力喷头、位移传感器、水管以及PLC控制器，所述位移传感器用于将弧形闸门的位置信号传输给PLC控制器，由PLC控制器控制潜水泵工作，使水流流经水管后由压力喷头加压后喷出。

进一步的，该闸门的闸室两端布置有水下监控设备。

本实用新型的多功能闸门的运行工况：

1）景观喷水工况

控制底座旋转，使弧形闸门与水流方向垂直，这一过程中，即闸门处于挡水状态或即将处于挡水状态时候，位移传感器因弧形闸门进入其感应范围而被触发，将接收到的信号传入PLC控制器，PLC控制器接收到信号并将控制信号传入潜水泵，潜水泵启动，水流通过PE水管至压力喷头，由压力喷头加压后喷出，形成喷水景观效果；

2）行洪排涝工况

步骤一：

控制底座旋转，使弧形闸门与水流方向平行，此时闸门处于可过流状态；

步骤二：

闸门处于可过流状态时，驱动两侧可伸缩抓手将电磁铁吸盘伸长至弧形闸门处，随后通电使电磁铁吸盘吸附在弧形闸门上；

步骤三：

控制主轴上伸，使顶托卡块脱离扇形闸门，此时驱动可伸缩抓手收缩，将对应的扇形闸门拉向闸室两侧靠近闸室外墙处，随后主轴收缩至极限位置，使顶托卡块卡在底座顶部的凹陷结构内，此时闸室形成一个流畅的通道，起到行洪排涝功能；

3）过鱼工况

布置在闸室下游的水下监控设备发现洄游鱼类的活动信息，在水压力的推力作用下，闸门结构内的水流打开下游侧的挂片，通过下游侧的弧形闸门排往下游，使流速产生细微波动，洄游鱼类对流速产生应激反应聚集到下游闸室前；此时驱动底座转动，从而驱动扇形闸门旋转，洄游鱼类在闸门旋转作用影响下跟随闸门旋转游向闸室内，并达到拦河建筑物上游，过鱼过程完成；

4）挡水工况

控制底座旋转，从而使弧形闸门处于挡水状态，此时上游水位高于下游水位，水压力会对弧形闸门产生作用力，在水压力作用下，上游侧的挂片紧贴在弧形闸门的横杆上，起到挡水作用。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型可通过水压力对挂片的作用调节水流流速，起到诱鱼功能；

2、本实用新型可通过驱动上转盘转动进而旋转扇形闸门，起到旋转驱鱼功能；

3、本实用新型可通过驱动上转盘进而旋转闸门使弧形闸门起到挡水功能；

4、本实用新型可通过可伸缩抓手将两扇扇形闸门拉于闸室两侧，使闸室形成一个无障碍通道，短暂起到行洪排涝功能；

5、本实用新型可在闸门处于挡水状态时实现喷水效果，起到景观闸门的功能；

6、本实用新型实现了水闸与鱼道的合二为一，节省了修建鱼道工程的投资成本和管理运营成本。

本实用新型由两扇相同的扇形闸门结构对合而实现，弧形闸门由若干挂片组合而成，实现在上游侧挡水、下游侧过水；可上下升降的主轴上有顶托，可在两扇形闸门对合时，卡在扇形闸门的凹陷结构内，以固定扇形闸门；底座由上转盘与下底盘两部分组成，可通过驱动底座内的齿轮带动上转盘转动，从而带动扇形闸门旋转；闸室两侧布置有可伸缩抓手，在有行洪需求时将两扇形闸门拉至闸室两侧；本实用新型还布置有喷水装置，起到景观喷水效果。本实用新型实现了鱼道与闸门合二为一，节约了成本；可实现诱鱼、旋转驱鱼、景观喷水、挡水、行洪排涝等多重功能。

附图说明

图1为本实用新型多功能闸门整体结构示意图；

图2为本实用新型多功能闸门无扇形闸门的示意图；

图3为本实用新型中扇形闸门结构示意图；

图4为本实用新型中弧形闸门结构示意图；

图5为本实用新型中挂片闭合时结构示意图；

图6为本实用新型中挂片打开时结构示意图；

图7为本实用新型中挂片单体结构与连接结构平面示意图；

图8为本实用新型中主轴与底座结构示意图；

图9为本实用新型中底座内部结构示意图；

图10为本实用新型中底座剖面结构示意图；

图11为本实用新型中可伸缩抓手与扇形闸门吸附示意图；

图12为本实用新型中喷水装置安装位置示意图；

图13为本实用新型中喷水装置喷水效果示意图；

图14a、14b、14c为本实用新型行洪排涝工况平面布置示意图；

图15a、15b、15c、15d为本实用新型水闸过鱼过程示意图；

图16为本实用新型挡水工况平面布置示意图；

图17为本实用新型检修工况平面布置示意图；

图中：1弧形闸门，1-1挂片，1-2横杆，1-3框架结构，1-1-1可活动叶片，1-1-2转轴，1-1-3凹形挂槽，1-1-4螺孔，1-1-5条形刚性片，2门叶，2-1凹陷结构，3可上下升降的主轴，3-1顶托，4底座，4-1上转盘，4-2下底盘，4-3下齿轮，4-4上齿轮，4-5凹陷结构，4-6门叶轨道凹槽，4-7滚珠，5万向轮，6可伸缩抓手，6-1可伸缩的电动剪叉结构，6-2电磁铁吸盘，7喷水装置，7-1压力喷头，7-2潜水泵，7-3位移传感器，7-4水管，8闸室外墙，8-1闸室底部凹槽，9岸墙，9-1 P形止水橡皮，10水下监控设备，11检修门槽，12检修闸门。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术实施方案和优点更加清楚，以下结合具体实例，对本实用新型作进一步详细说明。

天然河道中拦河建筑物的修建破坏了鱼类上溯洄游通道，影响水生态多样性，鱼道的设立在实现拦河建筑物功能的同时，提供鱼类上溯洄游通道，本实用新型提供的一种多功能闸门及其运行方法，既能解决传统闸门挡水、行洪问题又能解决鱼类上溯洄游问题。

如图所示，本实用新型提供的一种多功能闸门，此多功能闸门的运转由两扇相同的扇形闸门结构对合而实现，该扇形结构具体特征为：该多功能闸门由弧形闸门1、门叶2、可上下升降的主轴3、底座4、万向轮5、可伸缩抓手6、喷水装置7等组成。

如图3、4所示，弧形闸门1连接在两片开度为90°的门叶2之间，形成一扇形结构，弧形闸门1纵向上隔一定间距布置有一横杆1-2，横杆上相应位置布置有一定的螺孔以供安装挂片1-1。

如图5、6所示，挂片1-1由可活动叶片1-1-1、转轴1-1-2、凹形挂槽1-1-3、螺孔1-1-4四部分组成，转轴1-1-2连接可活动叶片1-1-1与凹形挂槽1-1-3，凹形挂槽1-1-3安装在横杆1-2上，且大小与其一致，并由螺孔1-1-4固定。挂片1-1上的可活动叶片1-1-1安装布置在弧形闸门1外侧，在水压力作用下可活动叶片1-1-1可开启或闭合（弧形闸门1外侧水压力大于内侧时，可活动叶片1-1-1闭合，反之开启，即当弧形闸门1位于上游侧时挡水、下游侧时放水）。

如图7所示，挂片1-1的可活动叶片1-1-1两侧各刚接一条形刚性板1-1-5，一侧位于活动叶片1-1-1中部以上，另一侧为中部以下，挂片1-1间的连接方式依靠两侧刚性片作交叠式连接，且每个刚性片上皆布置有塑性防水薄片，使其在水压力作用下，挂片1-1闭合时起到较好的挡水作用。

门叶2共两片且呈90°，一端连接弧形闸门1，另一端闭合，并在闭合位置（圆心角）的顶部设置凹陷结构2-1，门叶2面板为可过流结构（如图可设置成框架结构）。

可升降主轴3安装在底座4上，由底座4下端电动机控制升降并可左右转动。可升降主轴3杆最高高度略高于弧形闸门1高度，且顶端布置有顶托3-1，顶托3-1底部设置有与门叶2末端凹陷结构2-1大小相同的卡块，可在两扇扇形闸门结构对合时，先控制可升降的主轴3上升至最高处然后下降，使顶托3-1卡在两凹陷结构2-1内以固定扇形闸门结构。可升降的主轴3与底座4连接处布置有止水垫片，起到止水作用。

底座4为薄圆柱形结构，半径大小等同于弧形闸门1半径，由带门叶轨道凹槽4-6的上转盘4-1以及下底盘4-2组成。两盘内部布置有下齿轮4-3与上齿轮4-4，两齿轮通过齿轮啮合连接，下齿轮4-3下端连接驱动电机轴，由电机驱动下齿轮4-3转动，带动上齿轮4-4转动，从而带动上转盘4-1转动，进而实现闸门结构的旋转。带门叶轨道凹槽的上转盘4-1上在45°、135°与-45°、-135°方向共设置有4个门叶轨道凹槽，以便在闸门旋转时，对门叶底部限位，也便于随可伸缩抓手滑离底座。两盘转动间隙布置有一圈塑性止水，此塑性止水能起到较好的止水作用且不影响上转盘4-1的转动。

弧形闸门1下端安装有若干万向轮5，万向轮5高度与底座4高度相同，两扇闸门结构对合时，门叶下端置于上转盘4-1的门叶轨道凹槽，在闸门结构需要转动时，万向轮5跟随上转盘4-1带动闸门在闸室底部凹槽8-1内转动。

可伸缩抓手6由可伸缩的电动剪叉结构6-1与电磁铁吸盘6-2两部分组成，可伸缩的电动剪叉结6-1内部安装有电缆连接电磁铁吸盘6-2，可伸缩的电动剪叉结6-1由电机控制，采用较好的防水材料，电磁铁吸盘6-2作防水处理，使其使用寿命不受水中浸泡的影响。由于电磁铁吸盘6-2吸力的存在，扇形闸门在被拉向闸室两端时不会产生不稳定性问题，可通过万向轮在在闸室底部凹槽8-1内稳步位移。

喷水装置7由压力喷头7-1、潜水泵7-2、位移传感器7-3、PE水管7-4以及PLC控制器组成，压力喷头7-1安装在岸墙9靠上、下游侧顶端中部位置，且不影响闸门的旋转，潜水泵7-2安装在岸墙9靠上、下游侧底部位置，位移传感器7-3安装在岸墙9内侧。位移传感器7-3信号输出端与潜水泵信号输入端连接PLC控制器，当位移传感器7-3接收到信号时将信号传入PLC控制器，由PLC控制器将信号传入并启动潜水泵7-2，潜水泵7-2抽水通过PE水管7-4至压力喷头7-1，由压力喷头7-1加压后喷出，（PLC控制器布置在控制室内）形成喷水效果如图11所示。

闸室总体结构为圆柱形，半径大小略大于弧形闸门1半径，闸室外墙8为半径略大于闸室底板的圆弧形结构，闸室外墙8内侧安装有可伸缩抓手6，且与岸墙9之间的空间可容纳一个扇形闸门结构，以便扇形闸门的收缩。上、下游岸墙9间距略大于弧形闸门1宽度，且各岸墙9 内侧布置有P形止水橡皮9-1，在弧形闸门1处于挡水状态时填充弧形闸门1与岸墙9墙体间隙，起止水作用。

闸室两端布置有水下监控设备10，水下监控设备10包括水下摄像头、信号传输装置、安装有监控软件的电脑（计算机），水下摄像头为可转动水下摄像头，水下摄像头通过信号传输装置与计算机控制连接，通过安装有监控软件的电脑调整水下摄像头拍摄角度，安装有监控软件的电脑通过信号传输装置读取水下鱼类活动信息，并根据鱼类活动信息控制闸门旋转、启闭。

PLC控制器、水下监控设备等电气设备都采用电缆连接到控制室，便于统一控制。

闸室两端设置有检修门槽11，当闸室段有检修需求时，关闭检修闸门12并排空闸室段内水流，以便检修。

现结合不同运行工况说明其具体运行方法。

一、景观喷水工况：

喷水效果如图13所示，当闸门处于挡水状态或即将处于挡水状态的时候（弧形闸门1与水流方向垂直），位移传感器7-3因弧形闸门1进入其感应范围而被触发，位移传感器7-3接收到信号并将信号传入PLC控制器，PLC控制器接收到信号并将信号传入并启动潜水泵7-2，潜水泵7-2开始抽水通过PE水管7-4至压力喷头7-1，由压力喷头7-1加压后喷出，形成喷水景观效果。

二、行洪排涝工况：

如图14a、14b、14c所示，当洪涝汛期，天然河道有泄洪排涝需求时：

步骤一：

使闸门部分位于闸室内并驱动上转盘4-1旋转从而带动闸门部分旋转，使闸门部分处于可过流状态（弧形闸门1与水流方向平行），如图14a所示；

步骤二：

当闸门部分处于可过流状态时，驱动两侧可伸缩抓手6将电磁铁吸盘6-2伸长至弧形闸门1处，随后通电使电磁铁吸盘6-2吸附在弧形闸门1（横杆）上，如图14b所示；

步骤三：

驱动主轴3上伸，使顶托3-1脱离扇形闸门结构，此时驱动抓手6将扇形闸门结构拉向闸室两侧靠近闸室外墙9处，随后驱动电动机使主轴3收缩在底座4内，使顶托3-1卡在底座4顶部的凹陷结构4-5内，此时闸室形成一个流畅的通道，起到行洪排涝功能，如图14c所示。由于电磁铁吸盘6-2强大吸力的存在，在行洪排涝过程中，扇形闸门结构不会产生因水流冲刷而不稳定的现象。

三、过鱼工况：

如图15a、15b、15c、15d所示，当水闸结构有过鱼需求时：

布置在闸室下游的水下监控设备10发现洄游鱼类的活动信息，在水压力推力作用下，闸门结构内的水流通过下游侧的挂片1-1排往下游，使流速产生细微波动，洄游鱼类对流速产生应激反应聚集到下游闸室前；此时驱动上转盘4-1转动，从而驱动闸门结构旋转，洄游鱼类在闸门旋转作用影响下跟随闸门旋转游向闸室内，并达到拦河建筑物上游，过鱼过程完成；

四、挡水工况：

如图16所示，当拦河建筑物有拦蓄河水需求时：使闸门部分位于闸室内并驱动上转盘4-1旋转，从而带动闸门部分旋转使弧形闸门1处于挡水状态，此时上游水位高于下游水位，水压力会对弧形闸门1产生作用力，在水压力作用下上游侧挂片1-1紧贴在弧形闸门1的横杆1-2上，起到挡水作用。

五、检修工况：

如图17所示，当水闸结构有检修需求时：关闭检修闸门12并排空水闸闸室内的水，以便检修。

综上，本实用新型有效克服了现有技术的缺点而具有较高的经济价值。

上述内容已经用一般性文字和具体实施步骤对本实用新型作了较为详尽的描述，但并非是对本实用新型进行限制，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。在不偏离本实用新型精神的基础上所进行的相关修改、等同替换、改进，都属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种多功能闸门，其特征是，该闸门包括两组相对布置的扇形闸门、可旋转的底座(4)，每组扇形闸门由一弧形闸门(1)、两块可过流的门叶(2)连接形成扇形结构；该闸门的闸室外墙(8)为外突的圆弧形结构，两组扇形闸门置于底座，通过控制底座旋转，使两块弧形闸门旋转于挡水位置或过流位置。

2.根据权利要求1所述的一种多功能闸门，其特征是，该闸门的闸室底板设有下沉的闸室底部凹槽(8-1)，所述底座位于闸室底部凹槽的中心位置，所述弧形闸门的底部布置有若干万向轮(5)，所述万向轮的高度、底座的高度、闸室底部凹槽的深度相等；

该闸室底部凹槽的侧壁，在沿水流方向的两侧顶部边缘设有与弧形闸门底部相匹配的止水橡皮，且该闸门的岸墙在与闸室外墙连接处设有与弧形闸门配合的P形止水橡皮(9-1)。

3.根据权利要求2所述的一种多功能闸门，其特征是，所述底座中部设有可上下升降的主轴(3)，所述主轴的顶部设有顶托(3-1)，所述扇形闸门在其圆心角顶部设有凹陷结构(2-1)，所述顶托的底部设有与扇形闸门凹陷结构相匹配的卡块，所述底座的顶面设有与门叶底部相匹配的门叶轨道凹槽(4-6)；

所述闸室外墙内壁设有可伸缩抓手(6)，所述可伸缩抓手包括安装于闸室外墙的电动剪叉结构(6-1)以及电磁铁吸盘(6-2)；通过控制主轴的升降，可使顶托卡块与对应的凹陷结构分离或卡合；通过可伸缩抓手，可实现两组扇形闸门的对合或分离。

4.根据权利要求3所述的一种多功能闸门，其特征是，所述底座由上转盘(4-1)、下底盘(4-2)构成，所述下底盘固定于所述闸室底部凹槽内，其底部设有驱动电机，所述下底盘顶面安装有与驱动电机轴相连的下齿轮(4-3)，所述上转盘的底部设有空腔，其空腔顶部中心位置设有与下齿轮啮合的上齿轮(4-4)；

所述主轴为电动伸缩杆，其底部通过轴承与上齿轮的轴孔相连；所述上转盘的底部布置有若干滚珠(4-7)，所述下底盘在与滚珠接触处设有一圈滚珠轨道凹槽；驱动电机工作，通过上、下齿轮以及滚珠、滚珠轨道凹槽的配合，使上转盘旋转，继而带动扇形闸门旋转。

5.根据权利要求1或4所述的一种多功能闸门，其特征是，所述弧形闸门包括框架结构(1-3)以及若干挂片(1-1)，所述框架结构内设有若干排横杆(1-2)，每排横杆上布置有若干可转动的挂片。

6.根据权利要求5所述的一种多功能闸门，其特征是，所述挂片包括可活动叶片(1-1-1)、转轴(1-1-2)、凹形挂槽(1-1-3)，所述可活动叶片通过转轴与凹形挂槽铰接，所述凹形挂槽卡固于横杆，所述可活动叶片在水力作用下闭合或开启。

7.根据权利要求6所述的一种多功能闸门，其特征是，相邻两块可活动叶片之间设有交叠的条形刚性片(1-1-5)，所述条形刚性片表面设有塑性防水薄片，所述框架结构在与边侧的可活动叶片接触处设有止水橡皮，所述横杆在与对应的可活动叶片接触处设有止水橡皮。

8.根据权利要求1所述的一种多功能闸门，其特征是，该闸门设有喷水装置(7)，该装置包括潜水泵(7-2)、安装于岸墙顶部位置的压力喷头(7-1)、位移传感器(7-3)、水管(7-4)以及PLC控制器，所述位移传感器用于将弧形闸门的位置信号传输给PLC控制器，由PLC控制器控制潜水泵工作，使水流流经水管后由压力喷头加压后喷出。

9.根据权利要求1所述的一种多功能闸门，其特征是，该闸门的闸室两端布置有水下监控设备(10)。

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