专利名称：用于人字闸门的门叶和包括这类门叶的人字闸门的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于人字闸门的门叶。此外，本发明还涉及包括两扇根据本发明的门叶的人字闸门。这类人字闸门可用作水道中的水闸。所谓人字闸门，是指一种能够拦截具有自由表面的液流的结构。当人字闸门运行时，人字闸门将下游槽池与要蓄积的液流位于其中的上游槽池分隔开。液流使人字闸门承受根据时间和到闸门底部的距离变化的分布压力。由于人字闸门承受循环应力，因而其疲劳工作。
背景技术：
人字闸门的每扇门叶具有与闸墙进行铰接的一边侧、和在水道中间与人字闸门的另一门叶进行接合的一边侧。现有技术的用于人字闸门的一扇门叶包括一通常是平的壳板(tdlede bord6)和两个立柱，所述两个立柱分别位于壳板的铰接侧和接合侧。壳板用于经受由位于人字闸门上游的液流所施加的压力，这引起两种机械应力模式。门叶侧端部一铰接侧和接合侧，传递压缩力。在这两个侧端部之间，门叶弯曲和压缩工作，弯曲工 作在门叶的中心部分中是占优势的。在这两个侧端部之间，壳板弯曲工作。门叶的结构由水平梁与竖直的及水平的加强件组成，它们由相互间固连的薄板形成。不过，在现有技术的用于人字闸门的门叶中，壳板所承受的压缩力沿交替地经过这些水平薄板和这些竖直薄板的力线，从门叶的一端部被传递到门叶的另一端部。这种交替引起在这些组成件之间、特别是在水平梁和一方面两个立柱及另一方面竖直加强件之间相对高的应力集中。然而，这类应力集中减弱门叶的疲劳强度，因而缩短其使用寿命。
发明内容
本发明特别是旨在通过提出其结构引起相对较低的应力集中的一种门叶，来消除这些弊端。为此，本发明的对象在于用于人字闸门的一种门叶，所述门叶包括—壳板,壳板用于经受由液流施加的压力；和一至少两个立柱，所述至少两个立柱分别位于壳板的每一边侧上，立柱与壳板相固连，壳板总体上具有一柱体部分的形状，柱体的纵向轴线基本平行于立柱。每个立柱总体上沿柱体的母线延伸。每个立柱包括至少一支撑元件，所述至少一支撑元件相对于壳板凸出布置，每个支撑元件包括一支撑面，用于使支撑元件支撑在闸墙上或支撑在人字闸门的另一门叶上。每个支撑元件的支撑面与相切于壳板的一平面相交，而不受所述支撑面相对所述平面的朝向的影响。在根据本发明的一门叶中，壳板的柱体形状允许将应力分布在门叶的每一边侧上。此外，立柱在壳板延长部分中的位置因此允许两个立柱直接地承接由壳板所传递的压缩力，这避免产生应力集中。此外，由于每个支撑元件的支撑面与相切于壳板的一平面相交而不受所述支撑面相对所述平面的朝向的影响，因而压缩力最优地被传递给壳板，这有利于门叶的机械强度。根据本发明的有利的而非强制性的其它特征一它们单独地采用或根据任何技术上可行的组合采用一至少一支撑元件的支撑面垂直于一中平面，该中平面平行于相切于壳板的平面和在支撑元件侧上延长壳板的中性轴(fibre moyenne)；一支撑面在中平面上定中心；一至少一支撑元件的支撑面是平坦的；一至少一支撑元件的支撑面具有呈柱体部分的形状，该柱体的纵向轴线平行于确定壳板形状的柱体的纵向轴线；一每个支撑元件由一成型件组成； 一柱体具有椭圆形底部；一柱体具有圆形底部；一柱体具有抛物线形底部；一第一比率具有-以柱体的曲率半径作为分子和一以在两个立柱之间测得的壳板宽度作为分母，第一比率在O. 6到13之间；一门叶此外包括多个薄的且平的腹板，每个腹板在一横向于壳板的平面中具有与壳板相吻合的弯曲度，每个腹板向其中心扩宽和向其端部收窄，每个腹板与壳板相固连；一每个腹板被开通有至少一凹空部，并且，门叶包括至少一加强件,所述至少一加强件总体上是直线形的，经过分别属于多个腹板的凹空部延伸；一至少一加强件是管形的；一该或每个加强件利用在垂直于柱体轴线的平面中实现的焊缝被固定在多个腹板上；一门叶此外包括用于固定门叶致动机构的固定部件，固定部件与加强件的一端部相连。此外，本发明的对象在于包括两扇如前文所述的门叶的一种人字闸门。第二比率具有一以在最远的两个立柱之间测得的人字闸门的宽度作为分子，和一以柱体的曲率半径作为分母，第二比率在O. 6到I. 8之间。
通过下述说明，本发明将得到很好地理解和其优点也将得到展示，所述说明仅仅作为非限定性示例给出和参照附图进行，附图中一图I是根据本发明的门叶的从下游看的和局部去除的透视图；一图2是图I的门叶的从上游看的透视图；一图3是图I的门叶沿图I的平面III的剖视图；一图4是图I的门叶沿图I的箭头IV的俯视图；一图5是包括图I到图4的门叶的根据本发明的人字闸门的水平剖视图；一图6是图5的细部VI的更大比率的视—图7是图5的细部VII的更大比率的视图；一图8是图6的细部VIII的更大比率的视图；和一图9是与图8相似的、但根据本发明另一实施方式的门叶的一侧端部的视图。
具体实施例方式图I示出一扇门叶1，该扇门叶包括一壳板2和两个立柱4和6。壳板2在门叶I的几乎整个上游面上延伸。朝图I后侧取向的壳板2的外表面用于朝向上游槽池。 当在使用中所述门叶I安装在人字闸门中时，蓄积的水使门叶I承受在壳板2上分布的压力P。在图I上，压力P以矢量场的形式表示，而图3和图5示出压力P的合力。在本申请中，参照当人字闸门处于打开位置时通常的水流动方向使用术语“上游” 和“下游”。壳板2具有一中心区域和两个侧向区域或两个边侧区域24和26。立柱4和6分别位于壳板2的每边侧24和26上。立柱4和6平行于方向Z延伸，当门叶位于使用位置时，方向Z基本是竖直的，如图5所示。每个立柱4和6沿方向Z在门叶I的整个高度上延伸。如图I到图5所示，壳板2总体上呈柱体C2的一部分的形状。如更为特别地图4和图5所示的，柱体C2构成壳板2处于其中的柱形包络面。柱体C2的纵向轴线Z2基本平行于立柱4和6。换句话说，当门叶I位于使用位置时，轴线Z2总体上是竖直的，如图5所
/Jn ο如图8更为特别地示出的，壳板2由上游面22和下游面28界定。在使用中，上游面22和下游面28分别用于朝向上游槽池侧和下游槽池侧。确定壳板2形状的柱体C2部分与壳板2的上游面22相吻合。在此情形下，柱体C2具有曲率半径为R2的圆形底部。换句话说，柱体C2是半径为R2的围绕唯一轴线Z2的回转圆柱。柱体C2的曲率半径R2相对于壳板的宽度L2较大。在图I到图7的示例中，曲率半径R2大约等于13. lm。宽度L2大约等于7. 5m。更为确切的说，第一比率是这样的-以柱体C2的曲率半径R2作为分子，且一以壳板2的宽度L2作为分母，其中，壳板2的宽度L2在垂直于轴线Z2的平面如图4或图5的平面中在立柱4和6之间测得。该第一比率大约等于I. 7。在设计上，曲率半径R2可在2m到40m之间，而宽度L2可在3m到19m之间。第一比率可在O. 6到13之间。换句话说，柱体的曲率半径特别是随门叶宽度变化，门叶宽度等于宽度L2。这类第一比率允许实施这样的壳板2 :其以最优的方式分布源自压力P的压缩力和弯曲力。每个立柱4或6总体上沿柱体C2的相应的母线Z24或Z26延伸。换句话说，立柱4总体上沿母线Z24延伸和立柱6总体上沿母线Z26延伸。立柱4和6因此相互间平行。换句话说，每个立柱4或6在柱体C2上处于壳板2的延长部分中。立柱4和6因而分别邻近边侧24和26。立柱4和6与壳板2相连接。因此，立柱4和6可承接由壳板2所传递的压缩力。这些压缩力通过分别在图6和图7上的箭头F4和F6来表示。在立柱4和6与壳板2之间的连接可通过焊缝或其它等同的固连部件来实现。在垂直于轴线Z2的平面如图3、图4、图5、图6或图8的平面中，压缩力F4和F6具有分力，所述分力以分别在每个边侧24或26上基本局部相切于壳板2的方向进行承载。因此，压缩力F4或F6的这类分力，基本在每个相应的边侧24或26处相切于壳板2的上游面22或柱体C2的相应平面P4或P6中延伸。平面P4和P6在图3和图5上是可看到的。更为确切的说，和如在图8上清晰可看到的，压缩力F4在中平面P40中延伸，该中平面在边侧24上延长壳板2的中性轴M，中性轴M位于离壳板2的上游面22和下游面28相等的距离处。考虑到实际中产生的不精确性，压缩力F4并没有精确地在中平面P40中延伸，而是大致在中平面P40中延伸。相似地，压缩力F6大致在未显示的中平面P60中延伸，中平面P60在边侧26延长所述中性轴M。每个立柱4或6包括一各自的支撑兀件40或60,所述支撑兀件相对于壳板2凸出布置，以传递各自的压缩力F4或F6。支撑元件40支撑着闸墙5的倾斜表面，特别是当门叶I位于如在图5、图6、图7和图8上所示的封闭位置时。 立柱4此外包括扁平梁41、以及撑板43。扁平梁41、撑板43和支撑元件40沿方向Z在门叶I的大部分高度上延伸。支撑元件40这里由呈直线形轨形式的成型件形成。在壳板2那侧上，支撑元件40具有基座，基座固定在撑板43上。撑板43本身固定在扁平梁41上。由扁平梁41、撑板43和支撑元件40形成的组件相对于平面P4近似地对称。更为确切的说，支撑元件40相对于中平面P40对称。因此，支撑元件40在中平面P40上定中心，换句话说，支撑元件至少部分地沿着中平面P40延伸。因此，支撑元件40在壳板2的边侧24处局部地相切于壳板2。扁平梁41与门叶I的结构相固连，如在下文中所描述的。支撑元件40在与壳板2相对的那侧上，具有平坦的支撑面42，该支撑面被设置用以门叶I在闸墙5上的支撑。支撑面42局部地垂直于这样的曲线该曲线在垂直于轴线Z2的平面中确定柱体C2的底部。此外，支撑面42垂直于中平面P40和在中平面P40上定中心。另一方面，支撑面42总体上在边侧24上的平面P4的延长部分中。换句话说，支撑面42在平面P4的延长部分中定位和与平面P4相交，因为其垂直于平面P4。在立柱4总体上沿母线Z24和围绕母线Z24延伸的范围内，压缩力F4直接地从壳板2传递到闸墙5，而不会引起较大的应力集中。如图I到图4所示，门叶I此外包括多个腹板31. 0,31. 1,31. 2,31. 3,31. 4,31. 5、31. 6、31· 7、31· 8、31· 9、31· 10和31. 11，这些腹板是薄的且平坦的。每个腹板31. O到31. 11在相对壳板的横向平面如图I上的平面P31. 2即平面III中，具有与壳板2相吻合的曲度。换句话说，每个腹板31. 11在上游侧具有圆柱形的弯曲度。每个腹板31. O到31. 11向其中心扩宽和向其端部、即向壳板的边侧24和26则收窄。此外，每个腹板31. O到31. 11被开有两个呈贯穿圆形孔形式的凹空部。因此，腹板31. 2开通有两个凹空部32. 21和32. 22，这两个凹空部在腹板31. 2的中心区域中位于相对门叶I的中平面近似对称的部位。此外，门叶I包括两加强件33. I和33. 2，所述两加强件总体上是直线形的，穿过分别属于多个腹板31. O到31. 11的凹空部32. 21、32. 22和等同槽部延伸。在此情形下，每个加强件32. 21和32. 22是管形的。加强件32. 21和32. 22的这类形状允许限制应力集中。
每个腹板31. O到31. 11与壳板2相固连,例如通过焊接相固连。通过在垂直于轴线Z2的平面如图I的平面P31. 2中实施的焊缝，将每个加强件32. 21或32. 22固定于多个腹板31. O到31. 11。因此，将腹板31. O到31. 11与加强件32. 21和32. 22相固连的焊缝呈在门叶I位于使用位置时在水平面中延伸的圆弧的形式。在门叶I所承受的压缩力和弯曲力基本沿一些水平平面传递的范围内，在压缩力和弯曲力基本通过壳板2传递的情况下，这类焊缝布置允许在腹板和加强件的界接处限制应力集中。立柱6此外包括扁平梁61、以及撑板63。扁平梁61、撑板63和支撑元件60沿方向Z在门叶I的大部分高度上延伸。支撑元件60这里由呈直线形轨形式的成型件形成。支撑元件60在壳板2那侧上具有基座，该基座固定在撑板63上。撑板63本身固定在扁平梁61上。由扁平梁61、撑板63和支撑元件60形成的组件相对于平面P6近似地对称。更为确切的说，支撑元件60相对于中平面P60对称。因此，支撑元件60在中平面P60上定中心，换句话说，支撑元件部分地沿着中平面 P60延伸。因此,支撑兀件60在壳板2的边侧26处局部地相切于壳板2。扁平梁61与门叶I的结构相固连，如在下文中所描述的。支撑元件60在与壳板2相对的那侧上具有平坦的支撑面62，该支撑面被设置以用于门叶I在人字闸门100的另一门叶101上的支撑。支撑面62局部地垂直于这样的曲线该曲线在垂直于轴线Z2的平面中确定柱体C2的底部。此外，支撑面62垂直于中平面P60和在中平面P60上定中心。另一方面，支撑面62总体在边侧26上的平面P6的延长部分中。换句话说，支撑面62在平面P6的延长部分中定位和与平面P6相交，因为其垂直于平面P6。在立柱6总体上沿母线Z26和围绕母线Z26延伸的范围内，压缩力F6直接地从壳板2传递到闸墙5，而不会引起较大的应力集中。在使用时，借助处在壳板2延长段中的支撑元件40和60的布置，压缩力F4和F6从一立柱4或6主要经过壳板2而传递到另一立柱。支撑元件40和60的支撑面42和62保证压缩力F4和F6在闸墙5与立柱4和6之间最优地传递，因为这些支撑面垂直于压缩力F4和F6。此外，由于支撑元件40和60的支撑面在中平面P40或P60上定中心，压缩力F4和F6最优地被传递给壳板2。考虑到压缩力F4和F6没有经过或极少地经过腹板31. O到31. 11，腹板31. O到31. 11与壳板2之间的接合部没有承受或很少地承受疲劳现象，这有助于改善门叶I的疲劳强度，其中，如有需要所述接合部通过焊缝实现。如图I、图4和图5所示，门叶I此外包括用于将致动机构8如液压作动筒连接到门叶I的连接部件7。连接部件7与加强件32. 21的一端部相连。因此，形成致动机构8的液压作动筒具有与连接部件7相连的一端部、和与闸墙5相连的另一端部。宽度LlOO大约等于14. 3mο第二比率是这样的一以人字闸门100的宽度LlOO作为分子，其中人字闸门100的宽度LlOO是在最远的两个立柱4和104之间测得的，且-以柱体C2的曲率半径R2作为分母，该第二比率大约等于I. I。宽度LlOO可在6m到36m之间。第二比率在O. 6到I. 8之间。换句话说，此外，在所有情况都是同等的下，闭合角(angle de buse) AlOO越小，曲率半径R2就越小。闭合角AlOO可在110°到160°之间。这类第二比率允许优化源自压力P的压缩力F4、F6和等同力在门叶I和101与它们各自的立柱4和6、104和106之间的分布。图9示出本发明的一变型，其中，支撑元件40由凸形支撑面42界定，凸形支撑面具有呈柱体C42的一部分的几何形状。柱体C42的纵向轴线Z42平行于确定壳板2几何形状的柱体C2的纵向轴线Z2，和包含在中平面P40中。换句话说，轴线Z42位于壳板2的中性轴M的延长部分中。支撑面42局部地垂直于中平面P40和在中平面P40上定中心。另一方面，支撑面42在边侧24上的平面P4的延长部分中延伸。 支撑面42支撑在台垫52上，台垫52由凹形面54界定和固定在闸墙5上。凹形面54具有的曲率半径略大约柱体C42的曲率半径。支撑面42支撑在台垫52的凹形面54上。根据一些未显示的变型一多个立柱可沿门叶的高度并置；—形成壳板的包络面(enveloppe)的柱体可具有椭圆形底部；在椭圆形底部的两焦点重合的特定情形中，底部是圆形的，如同对于壳板2的圆柱体C2 ；一形成包络面的柱体可具有抛物线形底部；一更为一般性地，包围壳板的柱体可具有弯曲底部，弯曲底部由凸形曲线段和/或凹形曲线段并置而构成；一将致动机构连接于门叶的连接部件可与除加强件之外的一门叶部分相连。根据本发明的门叶允许将压缩力传递给门叶的每个立柱。根据本发明的门叶的组成件的位置和结构允许限制应力集中，因此允许提高根据本发明的人字闸门的疲劳强度和使用寿命。
权利要求
1.用于人字闸门(100)的门叶(1，101)，所述门叶(1，101)包括 一壳板(2 )，所述壳板用于经受液流所施加的压力(P );和 一至少两个立柱(4，6)，所述至少两个立柱分别位于所述壳板(2)的每一边侧(24，26)上，所述立柱(4，6)与所述壳板(2)相固连， 所述壳板(2)总体上呈柱体(C2)的一部分的形状，所述柱体(C2)的纵向轴线(Z2)基本平行于所述立柱(4，6)，每个立柱(4，6)总体上沿所述柱体(C2)的母线(Z24，Z26)延伸，每个立柱(4，6 )包括至少一支撑元件(40，60 )，所述至少一支撑元件相对于所述壳板(2 )凸出布置，每个支撑元件(40，60)包括一支撑面(42，62)，用以使所述支撑元件(40，60)支撑在闸墙(5)上或支撑在所述人字闸门(100)的另一门叶(1，101)上， 所述门叶(I，101)的特征在于，每个支撑元件(40，60 )的支撑面(42，62 )与在所述壳板(2 )的对应所述支撑元件(40，60 )的边侧(24，26 )处相切于所述壳板(2 )的一平面(P4，P6 )相交，而独立于所述支撑面(42，62)相对所述平面(P4，P6)的朝向。
2.根据权利要求I所述的门叶(1，101)，其特征在于，至少一支撑元件(40，60)的支撑面(42，62)垂直于中平面(P40)，所述中平面平行于相切于所述壳板(2)的所述平面(P4，P6)和在所述支撑元件(40，60)侧上延长所述壳板(2)的中性轴(P2)。
3.根据权利要求2所述的门叶(1，101)，其特征在于，所述支撑面(42，62)在所述中平面(P40)上定中心。
4.根据前述权利要求中任一项所述的门叶(1，101)，其特征在于，至少一支撑元件(40，60)的支撑面(42，62)是平坦的。
5.根据权利要求I到3中任一项所述的门叶(1，101)，其特征在于，至少一支撑元件(40，60)的支撑面(42，62)呈柱体(C42)的一部分的形状，该柱体的纵向轴线(Z42)平行于确定所述壳板(2)形状的所述柱体(C2)的纵向轴线(Z2)。
6.根据权利要求I到5中任一项所述的门叶(1，101)，其特征在于，每个支撑元件(40，60)由一成型件构成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的门叶(1，101)，其特征在于，所述柱体(C2)具有椭圆形底部。
8.根据权利要求7所述的门叶(1，101)，其特征在于，所述柱体(C2)具有圆形底部。
9.根据权利要求I到6中任一项所述的门叶(1，101)，其特征在于，所述柱体(C2)具有抛物线形底部。
10.根据权利要求8所述的门叶(1，101)，其特征在于，第一比率以所述柱体(C2)的曲率半径(R2)作为分子且以在所述两个立柱(4，6)之间测得的所述壳板(2)的宽度(L2)作为分母，所述第一比率在O. 6到13之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的门叶(1，101)，其特征在于，所述门叶此外还包括多个薄的和平的腹板(31. 0-31. 11)，每个腹板(31. 0-31. 11)在相对所述壳板(2)的横向平面(P31.2)中具有与所述壳板(2)吻合的弯曲度，每个腹板(31. 0-31. 11)向其中心扩宽和向其端部收窄，每个腹板(31. 0-31. 11)与所述壳板(2)相固连。
12.根据权利要求11所述的门叶(1，101)，其特征在于，每个腹板(31.0-31. 11)被开通有至少一凹空部(32. 21,32. 22);并且，所述门叶(1，101)包括至少一加强件(33. 1，.33. 2)，所述至少一加强件总体上是直线形的，穿过分别属于多个腹板(31. 0-31. 11)的凹空部(32. 21,32. 22)延伸。
13.根据权利要求12所述的门叶(1，101)，其特征在于，至少一加强件(32.21，32. 22)是管形的。
14.根据权利要求12或13所述的门叶(1，101)，其特征在于，所述至少一加强件(32. 21,32. 22)利用在垂直于所述柱体(C2)的轴线(Z2)的平面(P31.2)中实现的焊缝被固定于多个腹板(31. 0-31. 11)。
15.根据权利要求12到14中任一项所述的门叶(1，101)，其特征在于，所述门叶此外还包括用于固定门叶(1，101)致动机构(8)的固定部件(7)，所述固定部件(7)与加强件(32. 21,32. 22)的一端部相连。
16.人字闸门(100)，其包括两扇门叶(1，101)，其特征在于，每扇门叶(1，101)是根据前述权利要求中任一项所述的门叶；并且，第二比率以在最远的两个立柱(4，104)之间测得的所述人字闸门(100)的宽度(L100)作为分子，且以所述柱体(C2)的曲率半径(R2)作为分母，所述第二比率在O. 6到I. 8之间。
全文摘要
用于人字闸门的门叶(1)，包括壳板(2)，壳板用于经受由液流施加的压力(P)；和至少两个立柱(4，6)，它们分别位于壳板(2)的每一边侧(24，26)上，立柱(4，6)与壳板(2)相固连。壳板(2)总体上具有柱体(C2)的一部分的形状，柱体(C2)的纵向轴线基本平行于立柱(4，6)。每个立柱(4，6)总体上沿柱体(C2)的母线(Z24)延伸。每个立柱(4，6)包括至少一支撑元件(40，60)，支撑元件相对于壳板(2)凸出布置和每个支撑元件(40，60)包括一支撑面，用于使支撑元件(40，60)支撑在闸墙上或人字闸门的另一门叶上。每个支撑元件(40，60)的支撑面总体上在相切于壳板(2)的平面(P4，P6)的延长部分中。
文档编号E02B7/20GK102762794SQ201080064354
公开日2012年10月31日 申请日期2010年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者M·卡迪, M·梅尔穆 申请人:阿尔斯通水电设备法国公司