CN213867690U - 一种抗磨蚀水工闸门 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种抗磨蚀水工闸门，即在传统的闸门面板和支架的基础上对闸门面板和支架的结构进行优化，增加抗磨蚀的碳纤维复合材料的敷层，提高闸门面板的抗磨蚀的能力，增加整流凸包调整水流的冲击力，支架增加液压缸可以调整闸门面板的迎水角度，增加与水流的接触面积，综合以上措施，可以对水流挟带的悬移质泥沙和推移质泥沙运动时，本身带有一定动能的硬质泥沙对水工闸门面板底部表面反复冲击和切削，做到最大化的减弱，充分保护水工闸门不受洪水冲击磨蚀，增加闸门的使用寿命。

Description

一种抗磨蚀水工闸门

技术领域

本实用新型涉及抗磨蚀技术领域，特别是涉及一种抗磨蚀水工闸门。

背景技术

随着世界科技的发展，高坝大库的兴建和金属结构制造水平的提高，高水头、大泄量、高流速的闸门不断涌现，其产生的磨蚀是不可忽视问题，成了影响水工闸门耐久性的重要因素。我国是一个多泥沙河流的国家，在众多河流中，有115条河流的年均输沙量在1000万吨以上，入海泥沙年均总量超过19.4亿吨。黄河是我国河流泥沙问题最严重的河流，同时在世界上也居于首位，多年均输沙量达16.3 亿吨。高速含沙水流对水工建筑物的磨蚀破坏，尤其对泄水闸门的磨蚀破坏是最常见的问题，当泄水闸门的过流速度超过30m/s，泄水冲沙闸门遭受的磨蚀破坏更严重，其中磨蚀是水流挟带的悬移质泥沙和推移质泥沙运动时，本身带有一定动能的硬质泥沙对水工闸门面板底部表面反复冲击和切削，与此同时高速水流在沿程压强变化的场合形成的空泡在压强高的区域破灭产生很大的冲击压强冲击水工闸门面板底部表面所造成破坏的统称，其包括水流中泥沙直接冲击所造成的磨损和由空化所产生的空泡溃灭在闸门面板底部表面引起的空蚀破坏的两种不同破坏过程。对于我国河流高含沙量、高水头的现状，水利枢纽中70％的泄水闸门都发生了磨蚀现象。磨蚀问题直接影响到水工闸门的安全性和耐久性，同时对下游人民生命财产安全和水轮机组的正常运行产生重大影响。

解决水工闸门面板表面抗高速含沙水流的冲磨破坏问题，除了改善过流结构体型设计、有效的消能措施、加强工程的建设运行管理等方法外，对水工闸门抗冲磨性能的提高主要从以下两个方面进行：一是采用高强钢制作闸门，从而导致闸门的生产制造费用高昂；二是对其面板表面进行处理，即从材料学和摩擦学的角度出发，选择高性能的抗冲蚀磨损的材料。

碳纤维复合材料(CFRP)就是其中的选择之一，其单层厚度一般为0.111mm、0.167mm、0.240mm、0.250mm、0.294mm和0.333mm等，弹性模量一般为230MPa，伸长率大于1.6％，极限抗拉强度大于 3400MPa，具强度高、能灵活用于抗弯、抗剪结构中；可自由裁切，搭接粘结，任意延长，施工便捷；适用于各种构件表面；耐酸碱盐等化学腐蚀的环境，本身无污染；特别适用于钢材等基体结构；永久荷载作用下抗蠕变和抗震性能好等优点。

采用碳纤维复合材料(CFRP)粘贴在闸门面板迎水面的具体施工工艺为：1)先对闸门面板迎水面进行表面处理，一般可采用高速喷砂处理，直到出现金属光泽即可；2)涂抹碳纤维结构胶，其中第一层先涂抹底胶，等粘贴碳纤维复合材料之后，再涂抹碳纤维浸渍胶，将碳纤维复合材料有效粘贴面板的迎水面，养护7天左右，其与钢材表面的剪切强度可达到50MPa以上；3)根据施工或抗磨蚀要求可以重复第2步，粘贴第二层或多层，已得到更好的抗磨蚀效果。将碳纤维复合材料粘贴在水工闸门面板迎水面，等碳纤维结构胶凝固后，碳纤维复合材料与闸门面板牢固地粘贴在一起，使碳纤维复合材料的硬度达到6.5到7.5，而泥沙的硬度一般在5.5左右，从而可用碳纤维复合材料来抵抗水流中悬移质泥沙和推移质泥沙对水工闸门面板的磨蚀作用，同时利用碳纤维复合材料的高强度和高韧性来抵抗其对水工闸门面板的空蚀破坏。此外，碳纤维复合材料与钢材表面的剪切强度明显高于现有的热喷涂防磨蚀的剪切强度(一般小于20MPa)。故采用碳纤维复合材料(CFRP)材料作为一种新的措施来防止水工闸门磨蚀具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种抗磨蚀水工闸门，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现防止高速含沙水流对水闸门的冲磨破坏。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于：包括闸门面板，碳纤维复合材料敷层，拱形整流盖，橡胶减震层，支架机构和起吊座。

所述闸门面板分为迎水面和背水面；所述拱形整流盖贯穿所述迎水面整面涂覆的所述碳纤维复合材料敷层，并与所述迎水面焊接；所述拱形整流盖焊接并覆盖所述迎水面；所述拱形整流盖竖直截面为多个连续拱形均布在所述迎水面上，所述拱形整流盖的拱形凸包横向设置于所述迎水面上；所述拱形整流盖连续两个拱形之间相接的部位，从其拱形最高点到最低点之间的区域设置为凹陷区域；所述拱形整流盖顶端、底端以及所述凹陷区域底端均焊接于所述迎水面上；所述拱形整流盖外露面全部涂覆橡胶减震层。

优选的，对闸门面板涂覆碳纤维复合材料，因为碳纤维复合材料具有比强度高、耐腐蚀性好、生产加工使用便捷、硬度较高、经济性好的优点，所以可以极大的增强闸门面板的抗磨蚀性能。

优选的，通过在闸门面板表面焊接拱形整流盖，并均布在所述迎水面上，可以使闸门面板在泄洪的过程中面对水流的冲刷时，形成文丘里效应，减轻凹陷区域的水压，同时也就减轻了洪水对凹陷区域的磨蚀，并且设计成拱形还可以增强拱形整流盖的强度，降低钢材的用量，降低制造和使用成本。

优选的，拱形凸包的最高点与拱形两端焊接点连线的垂直距离为 50cm-200cm。

优选的，在拱形整流盖上涂覆有橡胶减震层，可以在洪水的冲击过程中通过软胶质层弹性减震，通过橡胶层抵抗冲刷，最大程度上保护拱形整流盖不被直接冲击。

优选的，拱形整流盖的拱形凹陷区域一侧的中部即为拱形最高点到最低点之间3/4的中部区域。

所述支架机构包括液压缸销轴座，支架销轴座，液压缸，横梁，斜梁，加强梁，加强块，轴座支架和支撑梁固定座；所述液压缸销轴座和支架销轴座分别设置于闸门面板的顶端和底端，并与所述背水面固定连接；所述液压缸一端的活塞杆与液压缸销轴座铰接，另一端与所述轴座支架一端铰接；所述横梁一端与所述支架销轴座铰接，另一端与支撑梁固定座固定连接；所述斜梁一端与支撑梁固定座固定连接，另一端与所述加强梁一端固定连接；所述加强梁另一端与横梁固定连接；所述轴座支架与靠近所述加强梁的所述斜梁的一端固定连接。

优选的，液压缸与闸门面板铰接，可以实现通过液压缸的伸缩，调整闸门面板的角度的技术效果，这样可以在闸门面板部分位置挡水时，通过调节角度，增大了迎水面的面积，也就减轻了洪水冲刷的破坏力。

优选的，液压缸由外部液压装置通过压力管提供液压力，支撑梁固定座与外部销轴铰接。

所述闸门面板的背水面顶端设置有若干个起吊座。

优选的，起吊座通过缆绳、铁链连接外部的卷扬装置，且起吊座设置1个则设置于闸门面板中间，多于1个，则于闸门面板上端均匀布置，且不影响其他机构的动作。

所述斜梁与加强梁形成50°～90°的夹角。

所述加强块与所述液压缸分别设置于轴座支架两侧；所述加强块分别与所述斜梁两个侧面和顶面固定连接，且所述加强块一侧面与所述轴座支架的侧面固定连接。

优选的，加强块与斜梁固定连接后，可以在轴座支架后边形成强力的支撑，避免液压缸因为用力过大，导致轴座支架失效。

所述橡胶减震层为两层，与所述拱形整流盖贴合的一层为软胶质层，与所述软胶质层贴合的一层为合成橡胶层。

本实用新型公开了以下技术效果：通过对闸门面板的表面涂覆碳纤维复合材料，极大的增强了闸门面板自身的抗磨蚀性能，通过对闸门面板表面焊接拱形整流盖，应用流体力学的知识，其减轻了洪水对凹陷区域的冲刷，通过设置液压缸的伸缩，调整了闸门面板的迎水面角度，又减轻了与洪水直接对抗的迎水面的冲刷力。最后，在拱形整流盖上涂覆有橡胶减震层，通过弹性材料减轻水流冲击，为闸门面板做了最后的一层防护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构主视示意图。

图2为本实用新型的结构侧视示意图。

图3为本实用新型的闸门面板的主视示意图。

其中，1-闸门面板，2-碳纤维复合材料敷层，3-拱形整流盖，4- 橡胶减震层，5-支架机构，51-液压缸销轴座，52-支架销轴座，53- 液压缸，54-横梁，55-斜梁，56-加强梁，57-加强块，58-轴座支架， 59-支撑梁固定座，6-起吊座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于：包括闸门面板1，碳纤维复合材料敷层2，拱形整流盖3，橡胶减震层4，支架机构5和起吊座6。

闸门面板1分为迎水面和背水面；拱形整流盖3贯穿迎水面整面涂覆的碳纤维复合材料敷层2，并与迎水面焊接；拱形整流盖3焊接并覆盖迎水面；拱形整流盖3竖直截面为多个连续拱形均布在迎水面上，拱形整流盖3的拱形凸包横向设置于迎水面上；拱形整流盖3连续两个拱形之间相接的部位，从拱形最高点到最低点之间的区域设置为凹陷区域；拱形整流盖3顶端、底端以及凹陷区域底端均焊接于迎水面上；拱形整流盖3外露面全部涂覆橡胶减震层4。

支架机构5包括液压缸销轴座51，支架销轴座52，液压缸53，横梁54，斜梁55，加强梁56，加强块57，轴座支架58和支撑梁固定座59；液压缸销轴座51和支架销轴座52分别设置于闸门面板1 的顶端和底端，并与背水面固定连接；液压缸53一端的活塞杆与液压缸销轴座51铰接，另一端与轴座支架58一端铰接；横梁54一端与支架销轴座52铰接，另一端与支撑梁固定座59固定连接；斜梁 55一端与支撑梁固定座59固定连接，另一端与加强梁56一端固定连接；加强梁56另一端与横梁54固定连接；轴座支架58与靠近加强梁56的斜梁55的一端固定连接。

闸门面板1的背水面顶端设置有若干个起吊座6。

斜梁55与加强梁56形成50°～90°的夹角。

加强块57与液压缸53分别设置于轴座支架58两侧；加强块57 分别与斜梁55的两个侧面和顶面固定连接，且加强块57一侧面与轴座支架58的侧面固定连接。

橡胶减震层4为两层，与拱形整流盖3贴合的一层为软胶质层，与软胶质层贴合的一层为合成橡胶层。

本实用新型公开了以下技术效果：通过对闸门面板的表面涂覆碳纤维复合材料，极大的增强了闸门面板自身的抗磨蚀性能，再通过对闸门面板表面焊接拱形整流盖应用流体力学的知识，减轻了洪水对凹陷区域的冲刷，通过设置液压缸的伸缩，调整了闸门面板的迎水面角度，又减轻了与洪水直接对抗的迎水面的冲刷力。最后，在拱形整流盖上涂覆有橡胶减震层，通过弹性材料减轻水流冲击，为闸门面板做了最后的一层防护。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于，包括：闸门面板(1)，碳纤维复合材料敷层(2)，拱形整流盖(3)，橡胶减震层(4)，支架机构(5)和起吊座(6)；

所述闸门面板(1)分为迎水面和背水面；所述拱形整流盖(3)贯穿所述迎水面整面涂覆的所述碳纤维复合材料敷层(2)，并与所述迎水面焊接；所述拱形整流盖(3)焊接并覆盖所述迎水面；所述拱形整流盖(3)竖直截面为多个连续拱形均布在所述迎水面上，所述拱形整流盖(3)的拱形凸包横向设置于所述迎水面上；所述拱形整流盖(3)连续两个拱形之间相接的部位，从拱形最高点到最低点之间的区域设置为凹陷区域；所述拱形整流盖(3)顶端、底端以及所述凹陷区域底端均焊接于所述迎水面上；所述拱形整流盖(3)外露面全部涂覆橡胶减震层(4)。

2.根据权利要求1所述的一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于：所述支架机构(5)包括液压缸销轴座(51)，支架销轴座(52)，液压缸(53)，横梁(54)，斜梁(55)，加强梁(56)，加强块(57)，轴座支架(58)和支撑梁固定座(59)；所述液压缸销轴座(51)和支架销轴座(52)分别设置于闸门面板(1)的顶端和底端，并与所述背水面固定连接；所述液压缸(53)一端的活塞杆与液压缸销轴座(51)铰接，另一端与所述轴座支架(58)一端铰接；所述横梁(54)一端与所述支架销轴座(52)铰接，另一端与支撑梁固定座(59)固定连接；所述斜梁(55)一端与支撑梁固定座(59)固定连接，另一端与所述加强梁(56)一端固定连接；所述加强梁(56)另一端与横梁(54)固定连接；所述轴座支架(58)与靠近所述加强梁(56)的所述斜梁(55)的一端固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于：所述闸门面板(1)的背水面顶端设置有若干个起吊座(6)。

4.根据权利要求2所述的一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于：所述斜梁(55)与加强梁(56)形成50°～90°的夹角。

5.根据权利要求2所述的一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于：所述加强块(57)与所述液压缸(53)分别设置于轴座支架(58)两侧；所述加强块(57)分别与斜梁(55)两个侧面和顶面固定连接，且所述加强块(57)一侧面与所述轴座支架(58)的侧面固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种抗磨蚀水工闸门，其特征在于：所述橡胶减震层(4)为两层，与所述拱形整流盖(3)贴合的一层为软胶质层，与所述软胶质层贴合的一层为合成橡胶层。

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