一种闸门垂向减振和底缘可调节系统的制作方法

本专利属于水利工程中闸门减振设计技术领域，尤其是涉及实现闸门垂向减振和水动力的自动调节功能的系统。

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。闸门底缘底缘型式的变化直接影响过闸水流的出流条件，在底缘部位产生不均匀的压力脉动区，形成脉动荷载直接作用于闸门的垂向上，使闸门在垂向上产生振动，直接增加了对闸门结构金属构件、闸门槽等部位引发振动破坏的可能性。同时闸门底缘处的垂直水动力量级对闸门启闭机容量选择有着直接影响，尤其是对于部分工程中的事故闸门。由于事故闸门往往是采用绞索联系启闭机和闸门，所以在闸门下落过程中，启闭机无法像螺杆式连接系统为闸门提供使闸门闭合的压应力作用，都存在闸门门体不能完全下落的问题，而这种不利情形在工程实际中以及在科研的物理模型试验中都已经得到的证实，而且这类问题对下游构筑物、机电设备都有可能会造成极其严重的危害。

闸门垂直水动力是引起闸门垂向振动的直接因素，同时对于闸门的启门、闭门过程中启闭力的计算有着重要的意义。本专利是对闸门底缘设计一种可调节装置，可以实现闸门在垂向减振、改善闸下水流流态以及调节闸门底缘所受垂向水动力的效果。

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，提供一种闸门垂向减振和底缘可调节系统，由于闸门垂直水动力是引起闸门垂向振动的直接因素，同时对于闸门的启门、闭门过程中启闭力的计算有着重要的意义。本系统可以实现闸门在垂向减振、改善闸下水流流态以及调节闸门底缘所受垂向水动力的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种闸门垂向减振和底缘可调节系统，包括橡胶囊袋、充气导管、充气泵、压力阀、电磁反馈系统及箱格，所述箱格设置于闸门的底梁下部，所述箱格与底梁通过减振装置固定连接；所述橡胶囊袋通过螺栓固定于箱格内部，所述箱格的宽度小于闸门宽度，所述充气泵、压力阀和电磁反馈系统均固定于闸门门体的上方，所述充气导管的一端与充气泵连接，另一端穿过底梁和箱格与所述橡胶囊袋连接。

进一步的，所述减振装置由从上到下依次相互连接的第一连接杆、第一阻尼装置、平衡压块、第二阻尼装置和第二连接杆构成；所述第一阻尼装置和第二阻尼装置均由弹簧和阻尼器构成。

进一步的，所述充气导管为金属结构。

进一步的，所述电磁反馈系统和压力阀依次设置于充气导管上。

进一步的，所述闸门的底梁上设有用于充气导管穿过的孔洞。

进一步的，所述电磁反馈系统直接调控压力阀和充气泵二者间的工作状态，对于不同的启闭工况，通过电磁反馈系统输入参数，改变橡胶囊袋中气体压强。

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.对于不同的启闭工况，通过电磁反馈系统输入参数，电磁反馈系统直接指导压力阀和充气泵二者间的工作状态，改变橡胶囊袋中气体压强。橡胶囊袋内部气体压强和过闸水流的脉动载荷二者共同作用于橡胶囊袋而发生稳定的变形，改变了闸门底缘型式，通过气体的可压缩性增大闸门垂向上的阻尼，实现减小闸门垂向振动的目标。

2.持续水动力载荷作用于橡胶囊袋上，由于载荷频率与橡胶囊袋变形频率的不一致，橡胶囊袋有可能出现整体的运动情况，与橡胶囊袋固结箱格也会出现振动。减振装置布置在箱格与底梁之间，由于箱格的振动，减振装置内部弹簧发生拉压变形，带动平衡压块的运动，阻尼器与平衡压块实现耦合联动，并由阻尼器消耗弹簧变形能，即消耗箱格的振动能量，减小闸门门体的振动效应。

附图说明

图1是本发明的正视结构示意图。

图2是图1中a-a向的剖视结构示意图。

图3-1、图3-2和图3-3分别是本发明中闸门处于局开状态、开启状态和闭门状态的局部放大结构示意图。

图4是充气泵、电磁反馈系统和压力阀的连接状态示意图。

图5是箱格与减振装置连接俯视结构示意图。

图6是减振装置的安装位置示意图。

图7是减振装置的结构示意图。

附图标记：1-滚轮，2-箱格，3-橡胶囊袋，4-充气导管，5-底梁，6-充气泵，7-电磁反馈系统，8-压力阀，9-螺栓，10-上部结构，11-减振装置，12-阻尼器，13-弹簧，14-平衡压块，15-连接杆，16-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和图2所示，一种闸门垂向减振和底缘可调节系统，包括闸门、橡胶囊袋、充气导管、充气泵、压力阀、电磁反馈系统及箱格，本实施例中闸门通过两侧的滚轮1在滑道内上下滑动，箱格2设置于闸门的底梁5下部，箱格2与底梁5通过减振装置固定连接，箱格2与底梁5是通过减振装置11两端伸出的连接杆15和连接杆16连接的，矩形箱格2在四个角位置连接减振装置11，见图5和图6。橡胶囊袋3通过螺栓9固定于箱格2内部，箱格的宽度小于闸门宽度，闸门门体的上方设置有上部结构10，上部结构10内包括充气泵6、压力阀8和电磁反馈系统7，充气导管4的一端与充气泵6连接，另一端穿过底梁5和箱格2与橡胶囊袋3连接，充气导管4由金属制成。电磁反馈系统7和压力阀8依次设置于充气导管4上，见图4。闸门的底梁5上设有用于充气导管4穿过的孔洞；箱格和橡胶囊袋上相对应的设有连接孔。

橡胶囊袋中气体压强实际上反映了作用于闸门底缘垂直水动力的大小，通过压力阀的表盘读数，可以得到实时的垂向水动力载荷，将载荷效应、压力阀、充气泵同电磁反馈系统联系起来，电磁反馈系统直接调控压力阀和充气泵二者间的工作状态，对于不同的启闭工况，通过电磁反馈系统输入参数，改变橡胶囊袋中气体压强。橡胶内部气体压强和过闸水流的脉动载荷二者共同作用于橡胶囊袋而发生稳定的变形，改变了闸门底缘型式，通过气体的可压缩性增大闸门垂向上的阻尼，达到减小闸门垂向振动的目标。

考虑到闸门下部水流的冲击作用，该系统用于减小闸门的垂向振动，调节闸门底缘处的水动力值，保证过闸水流流态稳定，避免闸门启闭过程中一些不利工况的发生。闸门运行条件主要分为三类：闸门局开、闸门开启和闸门关闭，上述三个状态分别对应于图3-1、3-2、3-3所示工况，则调控系统的工作原理由上述三种工况进行分别叙述。

1.闸门局开

在不改变上下游止水形式的条件下，在底梁下面布置箱格，布设橡胶囊袋，通过改变上部结构中压力阀与充气泵之间的联系，改变橡胶囊袋中的压强，进而改变了底缘形态，同时过闸水流的水动力作用改变了原闸门结构底缘附近的压力分布形式，同时橡胶囊袋可以适应因压力变化带来的局部区域的变形，使闸门的底缘型式达到可调整的效果。同时作用于橡胶囊袋的垂向作用力，改变了橡胶囊袋的体积，使橡胶囊袋中气体压缩，增大了闸门在垂向上的振动阻尼，起到减小闸门垂向振动的效果。

闸门开启

闸门开启主要着眼于垂直水动力对启门力的贡献，减小启闭机所需的容量。启闭机是通过螺杆与闸门连接以控制闸门启闭，启闭机布置在机房中，机房中有各种的机电设备，如启闭机、配电柜、修理间、值班室等。在闸门开启的整个过程，未运动之前，通过充气泵对橡胶囊袋进行充气，使橡胶囊袋体积增加，增大了闸门门体所受的浮力，使得闸门不再是处于全关状态，闸门出现极小的垂向位移，与传统闸门开启过程，会避免闸门启动时启闭机出现瞬间最大值。在开启过程中，闸门底缘所受水压力减小加之通过充气泵增大气囊的压强，使得拉杆或绞索的拉应力减小，启闭机拥有充足的安全余量，并减轻了拉杆等疲劳效应。气囊的弹性特征能够很好的保证闸下水流具有平顺稳定的出流特征。

闸门关闭

闸门关闭过程则关注于增大闸门底缘的水动力中的下吸效果，以此减小启闭机对螺杆上的压力，防止出现压杆稳定问题出现，尤其是对于事故闸门而言。通过打开压力阀放出部分气体，减小橡胶囊袋中的气体压强，使得箱格区域内呈现“凹”，水流偏转明显，增大闸门底缘附近的负压区，使闸门下吸作用显著，增加闸门下落运动的趋势。同时橡胶囊袋的弹性作用也会稳定水流，避免闸下出现不良流态。

在上述三种工况中，载荷作用有可能使得橡胶囊袋不能及时发生变形，出现橡胶囊袋和箱格整体振动，而这部分振动能量由箱格与底梁之间的减振装置11来承担。减振装置见图7，箱格振动压缩减振装置中的弹簧13，弹簧13带动平衡压块14产生振动，阻尼器12与平衡压块14产生耦合联动，并通过阻尼器12进行消耗振动能量的作用。减振装置的布置是对橡胶囊袋消能减振的补充，实现对闸门消能减振的双重保证。

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。