一种重力启闭的双扉水工闸门

1.一种重力启闭的双扉水工闸门，其特征是：
由两侧闸墩(1)和闸底板(2)形成闸孔，在所述闸孔内设置双扉闸门，所述双扉闸门分体设置为上闸门(3)和下闸门(4)；支撑闸门的排架包括顶梁(6)和T形截面立柱(5)，在所述顶梁(6)的底部固定有定滑轮(7)，闸门位于由所述闸墩(1)、闸底板(2)、立柱(5)和顶梁(6)形成的断面中；
在所述上闸门(3)的顶部设置上闸门吊耳(8)，在所述下闸门(4)顶部设置下闸门吊耳(9)，绕过定滑轮(7)的定长钢索(10)的两端分别与上闸门吊耳(8)和下闸门吊耳(9)固定连接，使所述上闸门(3)和下闸门(4)利用定长钢索(10)的悬吊呈竖直状态并能在对应的上闸门槽(11)和下闸门槽(12)内上下平移联动；
设置所述上闸门(3)具有内腔，以所述内腔为蓄水腔，所述蓄水腔分别设置顶部进水口(13)、底部排水口(14)和顶部通气孔(15)，利用所述顶部进水口(13)向所述内腔中注水以增加上闸门(3)的重量，利用所述底部排水口(14)排出内腔中的蓄水以减轻上闸门(3)的重量，利用所述顶部通气孔(15)实现在注水或排水时的排气或进气，在所述底部排水口(14)上设置有控制阀；
令：
下闸门(4)的重量为W11，下闸门所受最大浮力为W12；并有：W1＝W11-W12；
上闸门(3)在内腔排空时的重量为W2，在内腔充水时的重量为W3；
所述W1、W2、W3以及W11同时满足条件一和条件二：
条件一：W2小于W1，使得在上闸门(3)的内腔排空时，下闸门(4)依重力能够下降，闸门打开；
条件二：W11小于W3，使得在上闸门(3)的内腔注水后，上闸门(3)依重力能够下降，闸门关闭；
在所述下闸门(4)所在断面位置闸底板(2)以下的地基中设置U形下潜闸门槽(16)，使所述下闸门(4)在下降时能够完全沉入所述U形下潜闸门槽(16)中；所述U形下潜闸门槽(16)的结构空间由左右两侧闸墩下伸段(26)、上下游两侧U形下潜闸门槽侧壁(27)以及U形下潜闸门槽底板(28)围护而成；
设置所述定长钢索(10)的长度与上闸门(3)及下闸门(4)的配合高度为：上闸门(3)上升至开度最大时，下闸门(4)完全沉入在U形下潜闸门槽(16)中，闸门呈全开状态；上闸门(3)下降且下闸门(4)上升之后，所述上闸门(3)和下闸门(4)在河道中上下纵向对接，闸门呈全关状态。
2.根据权利要求1所述的重力启闭的双扉水工闸门，其特征是：
在所述上闸门(3)的顶部进水口(13)上依次连接进水管(17)、注水泵(18)和吸水管(19)，所述吸水管(19)位于闸门上游靠近闸墩布置，所述注水泵(18)在闸墩(1)侧壁上固定布置，所述进水管(17)采用柔性管道与顶部进水口(13)相连接；
在上游侧达到设定开闸水位时，打开上闸门(3)的底部排水口(14)上的控制阀，使上闸门(3)在排水后上升、同时下闸门(4)下降，实现开闸控制；
在上游侧达到设定闭闸水位时，关闭底部排水口(14)、开启注水泵(17)，使上闸门(3)在注水后下降，同时下闸门(4)上降，实现闭闸控制。
3.根据权利要求1所述的重力启闭的双扉水工闸门，其特征是：
在所述U形下潜闸门槽(16)的一侧闸墩(1)和闸墩下伸段(26)内设置冲淤进水管(20)，所述冲淤进水管(20)的取水口位于上游一侧并处于闸底板(2)的上方，在所述冲淤进水管(20)的取水口设置取水控制阀(21)，所述冲淤进水管(20)的出口位于U形下潜闸门槽(16)的对应一侧底部；在所述U形下潜闸门槽(16)的另一侧的底部连接排放管(22)；所述排放管(22)的前半段布置在所述U形下潜闸门槽(16)的另一侧闸墩下伸段(26)中，排放管(22)的后半段埋设在地基中，排放管的出口位于下游侧消力池斜坡面(23)上；
在闸门关闭时，打开所述取水控制阀(21)，经冲淤进水管(20)对U形下潜闸门槽(16)进行冲淤，并通过排放管(22)进行排污。
4.根据权利要求1所述的重力启闭的双扉水工闸门，其特征是：
沿所述T形截面立柱(5)的近闸门侧内折角竖直向下在闸墩一侧布置凹式上闸门槽(11)，所述上闸门槽(11)的底部应保证上闸门(3)的闭闸行程，并作为上闸门(3)的下降止挡；
沿所述T形截面立柱(5)的近闸门侧翼缘侧面竖直向下在闸墩一侧布置凹式下闸门槽(12)，所述下闸门槽(12)与U形下潜闸门槽(16)平顺对接并形成贯通。
5.根据权利要求1所述的重力启闭的双扉水工闸门，其特征是：
在所述上闸门(3)的底边并朝向下游一侧设置上闸门45°斜面(24)，在所述下闸门(4)的顶边并朝向上游一侧设置下闸门45°斜面(25)，所述上闸门45°斜面(24)和下闸门45°斜面(25)在闸门全关状态下相贴合。

一种重力启闭的双扉水工闸门\n技术领域\n[0001] 本发明涉及水工闸门，更具体的说是一种将闸门一分为二、依靠重力实现启闭、下闸门下潜的双扉水工闸门。\n背景技术\n[0002] 目前，我国常用的水工闸门主要有直立式平面钢闸门、弧形闸门与传统双扉闸门，已有的闸门形式都需要依靠大功率启闭机完成闸门的启闭过程，启闭过程中启闭机过载或电力不足造成启闭失灵或无法启闭的现象时有发生。大功率启闭机对于配电基础设施有一定要求。这使得在条件偏差环境下，比如山区库容小、水头高的中小型水库，传统水工闸门技术存在与实际运行环境不相匹配问题，从而降低了水闸运行的可靠性。同时，现有水工闸门均为上行开闸，造成启闭平台结构高度过大，结构抗震能力差。\n发明内容\n[0003] 为避免上述现有技术所存在的不足，本发明提出一种重力启闭的双扉水工闸门，以期针对偏远山区、基础条件偏差的库容小、水头高中小型水库，避免采用大功率启闭机的驱动形式和偏高大的闸门结构，减少了单扇闸门尺寸和重量，增加抗震性能，提高水闸运行的可靠性，保障水利设施的安全可靠运行。\n[0004] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：\n[0005] 本发明重力启闭的双扉水工闸门的结构特点是：\n[0006] 由两侧闸墩和闸底板形成闸孔，在所述闸孔内设置双扉闸门，所述双扉闸门分体设置为上闸门和下闸门；支撑闸门的排架包括顶梁和T形截面立柱，在所述顶梁的底部固定有定滑轮，闸门位于由所述闸墩、闸底板、立柱和顶梁形成的断面中；\n[0007] 在所述上闸门的顶部设置上闸门吊耳，在所述下闸门顶部设置下闸门吊耳，绕过定滑轮的定长钢索的两端分别与上闸门吊耳和下闸门吊耳固定连接，使所述上闸门和下闸门利用定长钢索的悬吊呈竖直状态并能在对应的上闸门槽和下闸门槽内上下平移联动；\n[0008] 设置所述上闸门具有内腔，以所述内腔为蓄水腔，所述蓄水腔分别设置顶部进水口、底部排水口和顶部通气孔，利用所述顶部进水口向所述内腔中注水以增加上闸门的重量，利用所述底部排水口排出内腔中的蓄水以减轻上闸门的重量，利用所述顶部通气孔实现在注水或排水时的排气或进气，在所述底部排水口上设置有控制阀；\n[0009] 令：\n[0010] 下闸门的重量为W11，下闸门所受最大浮力为W12；并有：W1＝W11-W12；\n[0011] 上闸门在内腔排空时的重量为W2，在内腔充水时的重量为W3；\n[0012] 所述W1、W2、W3以及W11同时满足条件一和条件二：\n[0013] 条件一：W2小于W1，使得在上闸门的内腔排空时，下闸门依重力能够下降，闸门打开；\n[0014] 条件二：W11小于W3，使得在上闸门的内腔注水后，上闸门依重力能够下降，闸门关闭；\n[0015] 在所述下闸门所在断面位置闸底板以下的地基中设置U形下潜闸门槽，使所述下闸门在下降时能够完全沉入所述U形下潜闸门槽中；所述U形下潜闸门槽的结构空间由左右两侧闸墩下伸段、上下游两侧U形下潜闸门槽侧壁以及U形下潜闸门槽底板围护而成；\n[0016] 设置所述定长钢索的长度与上闸门及下闸门的配合高度为：上闸门上升至开度最大时，下闸门完全沉入在U形下潜闸门槽中，闸门呈全开状态；上闸门下降且下闸门上升之后，所述上闸门和下闸门在河道中上下纵向对接，闸门呈全关状态。\n[0017] 本发明重力启闭的双扉水工闸门的结构特点也在于：\n[0018] 在所述上闸门的顶部进水口上依次连接进水管、注水泵和吸水管，所述吸水管位于闸门上游靠近闸墩布置，所述注水泵在闸墩侧壁上固定布置，所述进水管采用柔性管道与顶部进水口相连接；\n[0019] 在上游侧达到设定开闸水位时，打开上闸门的底部排水口上的控制阀，使上闸门在排水后上升、同时下闸门下降，实现开闸控制；\n[0020] 在上游侧达到设定闭闸水位时，关闭底部排水口、开启注水泵，使上闸门在注水后下降，同时下闸门上降，实现闭闸控制。\n[0021] 本发明重力启闭的双扉水工闸门的结构特点也在于：\n[0022] 在所述U形下潜闸门槽的一侧闸墩和闸墩下伸段内设置冲淤进水管，所述冲淤进水管的取水口位于上游一侧并处于闸底板的上方，在所述冲淤进水管的取水口设置取水控制阀，所述冲淤进水管的出口位于U形下潜闸门槽的对应一侧底部；在所述U形下潜闸门槽的另一侧的底部连接排放管；所述排放管的前半段布置在所述U形下潜闸门槽的另一侧闸墩下伸段中，排放管的后半段埋设在地基中，排放管的出口位于下游侧消力池斜坡面上；\n[0023] 在闸门关闭时，打开所述取水控制阀，经冲淤进水管对U形下潜闸门槽进行冲淤，并通过排放管进行排污。\n[0024] 本发明重力启闭的双扉水工闸门的结构特点也在于：\n[0025] 沿所述T形截面立柱的近闸门侧内折角竖直向下在闸墩一侧布置凹式上闸门槽，所述上闸门槽的底部应保证上闸门的闭闸行程，并作为上闸门的下降止挡；\n[0026] 沿所述T形截面立柱的近闸门侧翼缘侧面竖直向下在闸墩一侧布置凹式下闸门槽，所述下闸门槽与U形下潜闸门槽平顺对接并形成贯通。\n[0027] 本发明重力启闭的双扉水工闸门的结构特点也在于：\n[0028] 在所述上闸门的底边并朝向下游一侧设置上闸门45°斜面，在所述下闸门的顶边并朝向上游一侧设置下闸门45°斜面，所述上闸门45°斜面和下闸门45°斜面在闸门全关状态下相贴合。\n[0029] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：\n[0030] 1、本发明依靠重力实现闸门的开启和关闭，取消了大功率启闭机、启闭机房及相应的配电设施，大大节省了造价和运行管理费用；\n[0031] 2、本发明将一般平板闸门一分为二形成双扉闸门，单扇闸门尺寸小，整体结构简单，造价低，易于实施；\n[0032] 3、本发明下闸门采用下潜式，不占用上部空间，有效降低了水工建筑物的整体高度，节省了造价，提高了建筑的抗震稳定性，同时兼起防渗体作用；\n[0033] 4、本发明配合设置控制电路可以实现全自动控制，在挡水高度稍高的水闸工程中更具优势，尤其适于偏远山区，可以实现无人值守，远程管控。\n附图说明\n[0034] 图1为本发明平面示意图；\n[0035] 图2a为图1中I-I剖视结构示意图；\n[0036] 图2b为图1中II-II剖视结构示意图；\n[0037] 图3a为图2a中III-III剖视结构示意图；\n[0038] 图3b为图2a中IV-IV剖视结构示意图；\n[0039] 图4为图3a中V-V截面图；\n[0040] 图5a为图3a中左侧闸墩VI-VI截面图；\n[0041] 图5b为图3a中左侧闸墩VII-VII截面图；\n[0042] 图5c为图3a中左侧闸墩立柱VIII-VIII截面图；\n[0043] 图中标号：1闸墩，2闸底板，3上闸门，4下闸门，5立柱，6顶梁，7定滑轮，8上闸门吊耳，9下闸门吊耳，10钢索，11上闸门槽，12下闸门槽，13进水口，14排水口，15通气孔，16为U形下潜闸门槽，17进水管，18注水泵，19吸水管，20冲淤进水管，21取水控制阀，22排放管，23消力池斜坡面，24上闸门45°斜面，25下闸门45°斜面，26闸墩下伸段，27为U形下潜闸门槽侧壁，28为U形下潜闸门槽底板。\n具体实施方式\n[0044] 本实施例中重力启闭的双扉水工闸门的结构形式是：\n[0045] 参见图1、图2a、图2b、图3a和图3b，本实施例由两侧闸墩1和闸底板2形成闸孔，在闸孔内设置双扉闸门，该双扉闸门分体设置为上下对拉的上闸门3和下闸门4；支撑闸门的排架包括顶梁6和T形截面立柱5，在顶梁6的底部固定有定滑轮7，闸门位于由闸墩1、闸底板\n2、立柱5和顶梁6形成的断面中。\n[0046] 如图2a、图2b、图3a和图3b所示，本实施例中在上闸门3的顶部设置上闸门吊耳8，在下闸门4顶部设置下闸门吊耳9，绕过定滑轮7的定长钢索10的两端分别与上闸门吊耳8和下闸门吊耳9固定连接，使上闸门3和下闸门4利用定长钢索10悬吊呈竖直状态并能在对应的上闸门槽11和下闸门槽12内上下平移联动，由于定长钢索10的联动，当上闸门3上升时，下闸门4下降；而当上闸门3下降时，下闸门4为上升。\n[0047] 如图2a所示，设置上闸门3具有内腔，以内腔为蓄水腔，蓄水腔设置顶部进水口13、底部排水口14和顶部通气孔15；利用顶部进水口13向内腔中注水以增加上闸门3的重量，利用底部排水口14排出内腔中的蓄水以减轻上闸门3的重量，利用顶部通气孔15实现在注水或排水时的排气或进气，在底部排水口14上设置控制阀，用于实现上闸门3的排水可控。\n[0048] 令：下闸门4的重量为W11，下闸门所受最大浮力为W12；并有：W1＝W11-W12；上闸门\n3在内腔排空时的重量为W2，在内腔充水时的重量为W3；W1、W2、W3以及W11同时满足条件一和条件二：条件一：W2小于W1，使得在上闸门3的内腔排空时，下闸门4依重力能够下降，闸门打开；条件二：W11小于W3，使得在上闸门3的内腔注水后，上闸门3依重力能够下降，闸门关闭。\n[0049] 设置顶梁2的高度应满足闸门打开过流能力的开度及上闸门3和下闸门4吊出检修要求。\n[0050] 如图2a所示，本实施例中在下闸门4所在断面位置闸底板2以下的地基中设置U形下潜闸门槽16，使下闸门4在下降时能够完全沉入U形下潜闸门槽16中；U形下潜闸门槽16结构空间由左右两侧闸墩下伸段26、上下游两侧U形下潜闸门槽侧壁27以及U形下潜闸门槽底板28围护而成。图2a、图2b、图3b和图4表示不同位置处U形下潜闸门槽16的结构剖视，在U形下潜闸门槽16的底板顶面可布设防撞缓冲结构。\n[0051] 设置定长钢索10的长度与上闸门3及下闸门4的配合高度为：上闸门3上升至开度最大时，下闸门4完全沉入在U形下潜闸门槽16中，闸门呈全开状态；上闸门3下降且下闸门4上升之后，所述上闸门3和下闸门4在河道中上下纵向对接，闸门呈全关状态。\n[0052] 具体实施中，相应的结构设置也包括：\n[0053] 如图2a所示，在上闸门3的顶部进水口13上依次连接进水管17、注水泵18和吸水管\n19，吸水管19位于闸门上游靠近闸墩布置，注水泵18在闸墩1侧壁固定布置，进水管17采用柔性管道与进水口13连接。\n[0054] 当上游侧达到设定开闸水位时，打开上闸门3的排水口14上的控制阀，使上闸门3在排水后上升、同时下闸门4下降，实现开闸控制；当上游侧达到设定闭闸水位时，关闭排水口14、开启注水泵17，使上闸门3在注水后下降，同时下闸门4上降，实现闭闸控制。\n[0055] 图1、图2a、图3a、图4和图5a给出了不同位置处冲淤进水管20的剖视结构示意，在U形下潜闸门槽16的一侧闸墩1和闸墩下伸段26内设置冲淤进水管20，冲淤进水管20的取水口位于上游一侧，并处于闸底板2的上方，在冲淤进水管20的取水口设置取水控制阀21，冲淤进水管20的出口位于U形下潜闸门槽16的对应一侧底部，在U形下潜闸门槽16的另一侧的底部连接排放22。\n[0056] 图1、图2b、图3a、图3b和图4给出了不同位置处排放管22的剖视结构示意，排放管\n22的前半段布置在U形下潜闸门槽16的另一侧闸墩下伸段26中，排放管22的后半段埋设在地基中，排放管的出口位于下游侧消力池斜坡面23上。\n[0057] 在闸门关闭时，打开取水控制阀21，经冲淤进水管20对U形下潜闸门槽16进行冲淤，并通过排放管22进行排污，排放管22在进口水平弯折到闸墩下伸段26下游侧端面之后，在与斜坡面23上的出口之间应呈直线布置，并位于闸墩下方，以保证管道较短、排污顺畅。\n[0058] 具体实施中，相应的结构设置还包括：\n[0059] 图1、图2a、图2b、图3a和图5b给出了不同位置处上闸门槽11的剖视结构示意，图5c为T形截面立柱5在闸墩轴线一侧部分的截面示意，沿T形截面立柱5的近闸门侧内折角竖直向下在闸墩一侧布置凹式上闸门槽11，上闸门槽11的底部应保证上闸门3的闭闸行程，并作为上闸门3的下降止挡；图1、图2a、图2b、图3b、图5a和图5b给出了不同位置处下闸门槽12的剖视结构示意，沿T形截面立柱5的近闸门侧翼缘侧面竖直向下在闸墩一侧布置凹式下闸门槽12，下闸门槽12与U形下潜闸门槽16平顺对接并形成贯通。\n[0060] 如图2a和图2b所示，本实施例中在上闸门3的底边并朝向下游一侧设置上闸门45°斜面24，在下闸门4的顶边并朝向上游一侧设置下闸门45°斜面25，上闸门45°斜面24和下闸门45°斜面25在闸门全关状态下相贴合。\n[0061] 工作方式：\n[0062] 当需要关闭闸门时，启动注水泵18从河道内取水，经由吸水管19、进水管17、通过顶部进水口13将水注入上闸门3的空腔内，随着注入水量的增加，上闸门3的重量逐渐增大，当上下两扇闸门的重量之差足以克服摩擦等阻力时，在定长钢索10的联动下，上闸门3下行且下闸门4上行，直至关闭闸门；\n[0063] 当需要开启闸门时，打开上闸门3上的底部排水口14，上闸门3空腔内的水排出，随着水的排出上闸门3重量逐渐减轻，直至两扇闸门重力之差足以克服摩擦等阻力时，在定长钢索10的联动下，上闸门3上行且下闸门4下行，直至打开闸门；\n[0064] 当需要对U形下潜闸门槽16进行冲淤时，在闭闸状态下，打开控制阀21，通过冲淤进水管20引水，经下闸门4和U形下潜闸门槽16所形成的流道，冲淤水流通过另一侧的排放管22直排到水闸下游消力池。