一种对闸门垂向自动消能减振调控系统的制作方法

本专利属于水利工程中闸门减振设计技术领域，尤其是涉及实现减小闸门垂向振动的功能的调控系统。

背景技术：

水工闸门的流激振动问题，是影响水利工程高效、安全、稳定运行的重要因素。当水流流经闸门底缘位置时，过流断面面积减小，水流流速较其他位置高。闸门阻水作用引起闸下流场变化，在闸门的底缘位置往往会出现非均匀脉动压力载荷，而这种水动力载荷是引起闸门垂向振动的直接因素。闸门底缘上非均匀水动力载荷，直接作用于闸门的门体上，导致闸门在垂向产生振动，持续的闸门振动可能会对闸门的吊环、拉杆以及上部启闭设备造成严重的危害，尤其是对于一些高水头水电站、高坝泄水洞等泄水建筑物中的闸门而言，这种水动力载荷对闸门垂向振动效果和对闸门机构的破坏作用更为严重，而一旦出现故障，则会对工程本身以及下游河道、社会活动均会产生及其严重的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种对闸门垂向自动消能减振调控系统，本系统可以降低闸门的垂向振动效应，使得作用于闸门底缘处的垂直水动力载荷能量在消能减振机构中得到有效的耗散，减小闸门垂向振动对拉杆、上部启闭机构造成疲劳损伤而发生冲击破坏的可能性，以保证闸门设施的有效安全运行。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种对闸门垂向自动消能减振调控系统，所述调控系统布置于闸门下部横梁的下部空间，包括消振板和消能减振机构，所述消能减振机构由从上到下依次相连的上连接杆、第一消能装置、平衡体、第二消能装置和下连接杆组成，所述第一消能装置和第二消能装置均由并列设置的弹簧元件和阻尼元件组成；所述消振板沿着闸门宽度方向等间距的排列设置于消能减振机构下方，消振板的位置高于闸门挡水面板的底端，所述消振板的前后两端分别与消能减振机构的下连接杆连接，所述消能减振机构的上连接杆与下部横梁连接。

进一步的，所述第一消能装置、平衡体和第二消能装置设置在一密封盒体内，所述上连接杆和下连接杆分别伸出密封盒体的上端和下端实现与外界连接。

进一步的，消振板是由弹性材料制作，主要承载区域应具有足够的刚度，其他区域在水动力载荷作用下可以作适当的变形，以适应水流流线的平顺稳定。水流可以进入消振板上面的闸门底缘空间，利用内部空间水体重力作用来减小消振板上的载荷作用。在顺水流方向上，消振板的前后缘呈曲线型式，其中前缘向下弯曲，后缘向上弯曲，并在消振板前后缘的弯曲部分分别布置过流栅孔，保证水流在进出底缘空间时流线平顺。

进一步的，闸门底缘的水动力载荷作用在消振板上，面板将载荷作用通过杆系传递到消能减振机构中，弹簧元件出现拉压形变，减小活动防冲板的垂向振动作用。弹簧元件带动平衡体产生上下振动，平衡体与阻尼元件间产生耦合联动，阻尼元件会消耗平衡体的振动能量，实现闸门垂向振动能量的耗散，减小闸门垂向的振动量级。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.消振板的上部与消能减振机构固定连接，将作用于消振板上的水动力载荷，通过下连接杆将载荷传递到密封的消能减振机构中，其内部的弹簧元件可以起到直接减振的效果，并减小对闸门横梁的动力冲击作用。同时消能减振机构中的弹簧元件受载荷作用而产生拉压形变，此时消能减振机构开始工作。弹簧元件形变使消能减振机构中的平衡体产生振动，平衡体与阻尼元件之间实现耦合联动，振动的阻尼元件可以消耗平衡体的振动能量，即消耗作用于防冲板上的载荷能量。消振板持续的振动过程，使作用于闸门底缘上的水动力载荷能量在消能减振机构中得到有效耗散，减小对整个闸门门体上的振动作用，降低闸下水动力载荷对闸门的直接振动效果。

2.消振板的前后缘呈曲线型式，其中消振板的前缘向下弯曲，后缘向上弯曲，并在消振板前后缘的弯曲部分分别布置过流栅孔，可保证水流在进出底缘空间时流线平顺，减小水流对消振板的侧向振动效应，避免相邻消振板间发生侧向的碰撞。

附图说明

图1是本发明的正视结构示意图。

图2是本发明的侧视结构示意图。

图3是本发明的俯视局部结构示意图。

图4本发明中消能减振机构的结构示意图。

附图标记：1-下部横梁，2-滚轮，3-消能减振机构，4-挡水面板，5-消振板，6-阻尼元件，7-弹簧元件，8-平衡体，9-上连接杆，10-过流栅孔，11-下连接杆

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图4所示，一种对闸门垂向自动消能减振调控系统，调控系统布置于闸门下部横梁1的下部空间，包括消振板5和消能减振机构3，本实施例中闸门通过两侧的滚轮2在滑道内上下滑动，消能减振机构由从上到下依次相连的上连接杆9、第一消能装置、平衡体8、第二消能装置和下连接杆11组成，第一消能装置和第二消能装置均由并列设置的弹簧元件7和阻尼元件6组成；第一消能装置、平衡体和第二消能装置设置在一密封盒体内，上连接杆9和下连接杆11分别伸出密封盒体的上端和下端实现与外界连接。

消振板5沿着闸门宽度方向等间距的排列设置于消能减振机构3下方，消振板5的位置高于闸门挡水面板4的底端，保证闸门闭门时，消振板不会与闸底板接触，防止出现消振板与闸底板间的冲撞破坏，同时消振板5的布置不会对闸门的止水设备及其结构布置造成影响。消振板5的前后两端分别与消能减振机构3的下连接杆11连接，消能减振机构3的上连接杆9与下部横梁1连接。消振板5是由弹性材料制作，主要承载区域应具有足够的刚度，其他区域在水动力载荷作用下可以作适当的变形，以适应水流流线的平顺稳定。水流可以进入消振板上面的闸门底缘空间，利用内部空间水体重力作用来减小消振板上的载荷作用。在顺水流方向上，消振板的前后缘呈曲线型式，其中前缘向下弯曲，后缘向上弯曲，并在消振板前后缘的弯曲部分分别布置过流栅孔10，流栅孔的数目可根据消振板的宽度作适当增减，其目的是为了保证进出底缘空间的水流过流平顺稳定。

当水流流经闸门底缘位置，水流流速较其他位置大，闸门阻水作用引起附近流场变化，在闸门底缘位置出现非均匀脉动压力区，尤其是对于一些高水头的水电站，坝身泄流等条件下的闸门而言，这种载荷作用效果更为显著，振动量级增加明显。考虑到载荷的随机过程，沿闸门宽度方向上等间距平行布置若干块消振板，消振板的布置形式类似于钢琴的按键，能够适应在不同闸门底缘位置处载荷作用的差异。水流可以进入消振板上面的闸门底缘空间，形成一个小范围的消能减振出流区域。

当载荷作用较大时，为防止消振板发生脆性变形破坏，消振板是由具有弹性的材料制作而成，在水动力载荷作用下可以作适当的变形，主要承载区域应具有足够的刚度。载荷作用于消振板面上，使消振板发生垂向运动。消振板上部连接消能减振机构，在顺水流方向，消振板除上下振动外，还可以前后振动以适应消振板上载荷非均匀特征。

作用于消振板上的载荷通过连接杆将载荷传递到密封的消能减振机构中，弹簧元件受力产生拉压形变，内部的弹簧元件可以起到减振的效果，此时消能减振系统开始工作。为快速消除消振板的振动能量，消能减振机构中布置两组消能装置，并在中间由平衡体将二者连接。弹簧元件形变使消能装置之间的平衡体产生振动，平衡体与阻尼元件之间实现耦合联动，两组消能装置中振动的阻尼元件可以消耗平衡体的振动能量。消振板持续的振动过程，将作用于底缘上的水动力载荷在消能减振机构中得到有效耗散，避免了这部分水动力能量直接作用于闸门门体上，减小闸门门体在垂向上的振动效应。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。