水工建筑物及其闸门系统的制作方法

1.本技术涉及水利水运工程技术领域，尤其涉及一种水工建筑物及其闸门系统。


背景技术：

2.目前，为了减轻自重和降低启闭难度，挡潮闸门通常采用弧形闸门。由于弧形闸门在使用时，启闭装置通过背水侧的支臂带动门叶转动，而门叶在迎水侧受到水流冲击时，大部分冲击力会通过门叶传递给支臂，容易对支臂造成破坏而使得闸门整体失稳。


技术实现要素：

3.本技术公开一种水工建筑物及其闸门系统，以防止闸门失稳。
4.为了解决上述问题，本技术采用下述技术方案：
5.第一方面，本技术提供一种闸门系统，用于水工建筑物，所述闸门系统包括门叶、支臂组件、闸墩和启闭装置，所述闸墩具有过水通道，所述门叶活动设置于所述过水通道；在所述门叶的宽度方向上，所述门叶自其中部向边缘呈弧状弯曲设置，且弯曲方向朝向所述门叶的背水侧；
6.所述支臂组件设置于所述门叶的背水侧，且所述支臂组件的两端分别与所述门叶和所述启闭装置相连，所述启闭装置通过所述支臂组件驱动所述门叶可在第一状态和第二状态之间切换；其中，在所述第一状态时，所述门叶封堵所述过水通道，在所述第二状态时，所述门叶避开所述过水通道。
7.第二方面，本技术提供一种水工建筑物，包括本技术第一方面提供的闸门系统。
8.本技术采用的技术方案能够达到以下有益效果：
9.在本技术的闸门系统中，启闭装置可通过支臂组件驱动门叶在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态时，门叶封堵过水通道，以对其迎水侧的水体进行阻挡；在第二状态时，门叶避开过水通道，以进行泄水。如此，即可实现闸门系统的正常运行。
10.由于在门叶的宽度方向上，门叶自其中部向边缘呈弧状弯曲设置，且弯曲方向朝向门叶的背水侧，如此情况下，当门叶在迎水侧承受正向水头时，门叶的边缘会受压而与闸墩相抵接，进而将水头压力传递给闸墩，如此就能够避免过大的水头压力直接传递给支臂组件；同时，弧状弯曲的门叶可对水体进行导流，水体顺着门叶的弧面而被导流至门叶在宽度方向上的边缘，如此可进一步地将水头压力传递给闸墩，避免过大的水头压力直接传递给支臂组件。
11.基于上述内容，相较于现有的相关技术，本技术的闸门系统无疑能够避免过大的水头压力传递至支臂组件，而对支臂组件起到保护作用，进而防止闸门系统失稳。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
13.在附图中：
14.图1为本技术实施例公开的闸门系统的俯视图；
15.图2为本技术实施例公开的闸门系统的左视图；
16.图3为图1中a处的局部放大图；
17.图4为本技术实施例公开的闸墩的局部结构示意图。
18.附图标记说明：
19.100
‑
门叶、110
‑
滑动件、120
‑
第一预应力张拉组件、130
‑
第二预应力张拉组件、140
‑
第一桁架、
20.200
‑
支臂组件、210
‑
第一支臂子组、211
‑
第一支臂、212
‑
第二支臂、213
‑
传动部、214
‑
第二桁架、220
‑
第二支臂子组、
21.300
‑
闸墩、310
‑
过水通道、320
‑
抵靠面、330
‑
底槛、
22.400
‑
启闭装置、410
‑
第一驱动机构、411
‑
驱动电机、412
‑
配重件、420
‑
第二驱动机构、
23.500
‑
止水材料件。
具体实施方式
24.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
25.以下结合附图，详细说明本技术各个实施例公开的技术方案。
26.请参考图1～图4，本技术实施例公开一种闸门系统，用于水工建筑物。本实施例不限制该闸门系统应用于的水工建筑物的具体类型，其主要可应用于挡潮建筑物，此时该闸门系统即为挡潮闸门系统，当然，其也可以应用于泄水建筑物、进水建筑物、输水建筑物等。
27.本实施例的闸门系统包括门叶100、支臂组件200、闸墩300和启闭装置400。
28.其中，门叶100是该闸门系统的主体构件，其起到阻挡水体的作用，进而实现挡潮、蓄水等功能。具体地，闸墩300具有过水通道310，基于过水通道310，就可以实现泄水、通航等功能，门叶100活动设置于过水通道310，也即门叶100可在过水通道310内进行相对运动，以改变门叶100的设置状态。
29.在本实施例中，未限制门叶100的具体形状，通常，门叶100可选为方形结构件。需要说明的是，本实施方式中的方形形状是指门叶100在水流方向视角下的形状；如此设置下，门叶100的边缘形状较为平直规则，更便于门叶100在边缘区域与预埋件、闸墩300等相配合；当然，门叶100也可选为诸如椭圆形等其他形状的结构件。
30.支臂组件200为该闸门系统的支持构件，其设置于门叶100的背水侧，且与门叶100相连，并用于支撑门叶100而承受来自迎水侧的水头压力。
31.启闭装置400为该闸门系统的动力构件，其可以为改变门叶100的设置状态而提供驱动力，具体地，支臂组件200的两端分别与门叶100和启闭装置400相连，启闭装置400通过支臂组件200驱动门叶100可在第一状态和第二状态之间切换，启闭装置400可驱动支臂组件200而由支臂组件200间接驱动门叶100，并使得门叶100在第一状态和第二状态之间顺利
切换。
32.同时，在第一状态时，门叶100封堵过水通道310，在第二状态时，门叶100避开过水通道310。应理解的是，当水工建筑物需要实施蓄水、挡潮等功能时，即可将门叶100切换至第一状态，此时，门叶100能够对水体进行阻挡，水体难以从闸门系统通流；当水工建筑物需要实施泄水、通航等功能时，即可将门叶100切换至第二状态，此时，门叶100避开过水通道310，水体可顺利从过水通道310中通流。
33.在本实施例中，在门叶100的宽度方向上，门叶100自其中部向边缘呈弧状弯曲设置，且弯曲方向朝向门叶100的背水侧。应理解的是，在典型的闸门系统中，支臂组件200通常承受全部门叶100传递来的水头压力，此时闸门系统如果进行启门作业，支臂组件200极容易在阻力矩、自重的共同作用下被折断，而导致闸门系统失稳。针对该技术问题，本实施例的门叶100在宽度方向上自其中部向边缘呈弧状弯曲设置，且弯曲方向朝向门叶100的背水侧，如此设置下，当门叶100承受正向水头时，其宽度方向上的两侧边缘由于呈弧状弯曲，相较于典型的平板闸门，无疑能够更接近于闸墩300，而在受力时就会与闸墩300相抵接，因此能够将部分水头压力直接传递给闸墩300，而减少门叶100传递给支臂组件200的水头压力，这样最终能够降低闸门系统在启门时支臂组件200被折断的风险概率。
34.与此同时，基于门叶100在其宽度方向上呈弧状弯曲设置的结构特征，当门叶100承受正向水头时，门叶100在迎水侧的弧面会对水体起到导流作用，并引导这些水体朝向门叶100的边缘流动，如此就进一步地使得大部分水头压力是通过门叶100的边缘传递至闸墩300，进而降低支臂组件200受到的水头压力。
35.需要说明的是，典型的闸门系统难以承受巨大的水头压力，因此传统的挡潮闸门系统会在尺寸上受到一定的限制，在宽度尺寸上难以实现大跨度的闸门设计，特别是在强涌潮河口的闸门设计方面存在极大的难度。基于本技术实施例的闸门系统，能够显著降低门叶100背水侧的支臂组件200承受的水头压力，而将迎水侧的水头压力大部分转移至闸墩300，因此能够满足30m以上的大跨度闸门(门叶100)的设计要求。
36.由上述说明可知，在本技术实施例的闸门系统中，启闭装置400可通过支臂组件200驱动门叶100在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态时，门叶100封堵过水通道310，以对其迎水侧的水体进行阻挡；在第二状态时，门叶100避开过水通道310，以进行泄水。如此，即可实现闸门系统的正常运行。
37.由于在门叶100的宽度方向上，门叶100自其中部向边缘呈弧状弯曲设置，且弯曲方向朝向门叶100的背水侧，如此情况下，当门叶100在迎水侧承受正向水头时，门叶100的边缘会受压而与闸墩300相抵接，进而将水头压力传递给闸墩300，如此就能够避免过大的水头压力直接传递给支臂组件200；同时，弧状弯曲的门叶100可对水体进行导流，水体顺着门叶100的弧面而被导流至门叶100在宽度方向上的边缘，如此可进一步地将水头压力传递给闸墩300，避免过大的水头压力直接传递给支臂组件200。
38.在本实施例中，门叶100的运动方式有多种，例如，在闸门系统整体的高度方向上，门叶100可进行上下的升降运动；或者，在闸门系统整体的宽度方向上，门叶100可进行左右的水平移动，闸墩300在对应门叶100的区域可开设有容纳腔室，门叶100可收容于容纳腔室中而切换至第二状态。
39.如图2所示，在另一种具体的实施方式中，本实施例的门叶100可转动地设置于过
水通道310，也即门叶100可在过水通道310中相对于闸门进行相对转动，且转动轴线与门叶100的宽度方向相平行，如此门叶100就不会与闸门产生干涉，并可顺利地实现转动动作，门叶100在其宽度方向上的两侧边缘与闸墩300滑动配合，如此能够减少门叶100的边缘与闸墩300之间的摩擦阻力，不仅能够降低启门难度，且可以减少支臂组件200受到的阻力矩。
40.同时，启闭装置400驱动支臂组件200转动，通常，启闭装置400通过支铰与支臂组件200连接，门叶100随支臂组件200转动，在门叶100的高度方向上，门叶100自其中部向边缘呈弧状弯曲设置，且弯曲方向朝向门叶100的背水侧。如此设置下，在门叶100的高度方向上，其相当于弧形闸门结构类型，由于支臂组件200在门叶100的背水侧对门叶100起到支持作用，如此便能够方便地将支臂组件200设置在门叶100的径向上，当门叶100承受正向水头时，水头压力大致完全通过门叶100的形心，进而可使得门叶100在由第一状态切换至第二状态(即实现闸门系统的启门动作过程)受到的阻力矩尽量被减小，以降低启门难度。
41.需要说明的是，在该实施方式中，结合前述门叶100在宽度方向上的弧状弯曲设置特征，门叶100就在宽度方向和高度方向上均呈弧面延伸，此时门叶100即为双曲弧面结构件；当然，门叶100还可以在更多方向维度上进行弧状弯曲，在最极致地情况下，门叶100可为球弧面结构件。
42.在本实施例中，未限制门叶100在其宽度方向上的边缘与闸墩300的具体滑动组配方式，例如，在典型的方案中，闸墩300上可设置有滑槽，门叶100在其宽度方向上的边缘可设置有滑块，门叶100的滑块嵌设在闸墩300的滑槽内，滑块可在滑槽内滑动配合。但是，在上述典型的方案中，由于本实施例的门叶100是在其宽度方向和高度方向上均呈弧状弯曲设置，门叶100边缘的弯曲结构会容易在滑槽内产生干涉，而导致加工难度加大，甚至导致门叶100难以在第一状态和第二状态之间切换。
43.基于此，如图3和图4所示，本实施例的门叶100在其宽度方向上的两侧边缘可以设置有滑动件110，闸墩300设置有抵靠面320，抵靠面320相对于水流方向倾斜设置，且与滑动件110相对，滑动件110可与抵靠面320相抵接而滑动配合。
44.具体而言，相较于现有的滑槽结构，抵靠面320作为敞开式结构，其解除了对门叶100边缘的约束，如此便避免门叶100边缘在滑槽内的干涉问题。由于门叶100在其宽度方向上的两侧边缘呈弧状弯曲设置，因此上述门叶100的边缘相对于闸墩300会存在一定的斜度，也即门叶100在其宽度方向上的两侧端面相对于水流方向是倾斜得，而本实施例的抵靠面320也被设置为相对于水流方向倾斜设置，且与滑动件110相对，如此情况下，在门叶100受到正向水头时，门叶100在其宽度方向上的两侧边缘就会朝向抵靠面320移动并能够顺利与抵靠面320相抵接，此时，门叶100即可将受到的水头压力转移至闸墩300上。
45.同时，在闸墩300的高度方向上，抵靠面320呈弧状延伸设置，以与门叶100的转动轨迹相适配。应理解的是，本实施例的门叶100是通过转动的方式来切换第一状态和第二状态，且门叶100在其高度方向上呈弧状弯曲设置，因此门叶100的转动轨迹也是呈弧状；而本实施例的抵靠面320在闸墩300的高度方向上也是呈弧状延伸设置，因此当门叶100转动时抵靠面320会始终与门叶100在其宽度方向上的两侧边缘相抵接，门叶100可一直将其承受的水头压力传递给闸墩300。
46.通常，闸墩300设置有底槛330，底槛330与抵靠面320的底部相连，在门叶100处于第一状态时，底槛330可对门叶100起到支撑作用。需要说明的是，本实施例不限制门叶100、
抵靠面320的具体弧度以及门叶100的具体转动弧度，只要门叶100在转动时不与抵靠面320产生干涉即可。
47.为了避免水体从门叶100与闸墩300之间的缝隙中流走，本实施例的门叶100通常通过止水材料件500与闸墩300密封配合，止水材料件500的具体类型有多种，例如金属片、塑料片、塑料棒、黏性与无黏性材料、反滤料等，可选地，本实施例的止水材料件500可选为橡胶带。
48.由于本实施例的门叶100在其宽度方向上的边缘是通过滑动件110与抵靠面320滑动配合，而为了确保滑动件110与抵靠面320之间的密封配合关系，门叶100在其宽度方向上的边缘端面上设置有安装板，滑动件110固定安装在安装板的中部，安装板的两侧可通过止水材料件500与抵靠面320密封配合。如此设置下，滑动件110和止水材料件500通过安装板集成为一个模组，无疑能够提升滑动件110和止水材料件500在门叶100上的装拆效率。当然，本实施例未限制滑动件110和止水材料件500在安装板上的具体组配方式，以及安装板在门叶100上的具体组配方式，举例来说，它们可以通过螺纹连接、卡接、粘接等方式来实现组配。
49.在存在止水材料件500的情况下，可以将滑动件110预设为在门叶100承受静水头时与抵靠面320间隔设置，如此，由于门叶100在承受动水头时会承受更大水头压力，滑动件110与抵靠面320的间隙可以作为门叶100的边缘的移动余量，避免滑动件110随之过量移动而在与抵靠面320相抵时损坏。
50.通常情况下，滑动件110可直接选为滑动块，其加工成本较低，能够节约成本。当然，本实施例未限制滑动件110的具体类型，其也可选为滚轴组件、滚珠组件等结构。
51.由于门叶100的尺寸不同，或者驱动要求不同，本实施例未限制支臂组件200和启闭装置400的具体组成，例如支臂组件200仅为单个支臂结构，启闭装置400为驱动电机411，支臂组件200的两端分别连接与启闭装置400和门叶100的中心相连，启闭装置400驱动支臂组件200转动而带动门叶100转动。
52.在另一种具体的实施方式中，如图1所示，本实施例的支臂组件200可以包括第一支臂子组210和第二支臂子组220，在门叶100的宽度方向上，第一支臂子组210和第二支臂子组220沿门叶100的中轴线对称分布，启闭装置400包括第一驱动机构410和第二驱动机构420，第一驱动机构410和第二驱动机构420分别设置于过水通道310两侧的闸墩300上，第一支臂子组210的两端分别与门叶100和第一驱动机构410相连，第二支臂子组220的两端分别与门叶100和第二驱动机构420相连。
53.应理解的是，第一支臂子组210和第二支臂子组220可以分担门叶100传递而来的水头压力和阻力矩，而避免了单个支臂负载过大，如此也降低了第一驱动机构410驱动第一支臂子组210和第二驱动机构420驱动第二支臂子组220的驱动难度；同时，在门叶100的宽度方向上，第一支臂子组210和第二支臂子组220沿门叶100的中轴线对称设置，二者所承受的水头压力和阻力矩大致呈平均分布，如此确保了闸门系统内部的受力均匀性，而避免了闸门系统内部因为受力不均而出现结构破坏。
54.进一步地，如图2所示，本实施例的第一支臂子组210和第二支臂子组220可以均包括第一支臂211和第二支臂212，第一支臂211和第二支臂212的一端均与门叶100相连，且间隔排布，第一支臂211和第二支臂212的另一端相连且形成有传动部213，第一驱动机构410
通过传动部213与第一支臂子组210相连，第二驱动机构420通过传动部213与第二支臂子组220相连。
55.应理解的是，如此设置下，两个第一支臂211和两个第二支臂212相当于在门叶100的凹面形成了四个支撑点，如此可进一步地分担由门叶100传递的水头压力和阻力矩；基于传动部213，第一驱动机构410和第二驱动机构420均能够实现对第一支臂211和第二支臂212的同时驱动，进而达到减少驱动机构的数量，以节约成本。
56.与此同时，在门叶100的高度方向上，第一支臂211和第二支臂212沿门叶100的中轴线对称分布，且传动部213位于门叶100的中轴线上，具体而言，如此设置下，在门叶100的高度方向上，第一支臂211和第二支臂212所承受的水头压力和阻力矩大致呈平均分布，如此可进一步地确保闸门系统内部的受力均匀性，而避免了闸门系统内部因为受力不均而出现结构破坏。
57.在上述的实施方式中，第一支臂211和第二支臂212可设置于门叶100的径向上，此时，传动部213也位于门叶100的形心上，门叶100将水头压力传递给第一支臂211和第二支臂212时，由于第一支臂211和第二支臂212抗压抗拉的性能更优秀，无疑可提升支臂组件200抵抗失稳风险的能力，进而到达防止闸门系统失稳的效果。
58.如前所述，本实施例未限制第一驱动机构410和第二驱动机构420的具体组成，在一种具体的实施方式中，本实施例的第一驱动机构410和第二驱动机构420可以均包括驱动电机411、齿轮传动组件和配重件412，驱动电机411通过齿轮传动组件与传动部213相连，配重件412与驱动电机411的输出轴相连，且位于驱动电机411的输出轴的周向，并用于在启门时为驱动电机411的输出轴提供正向的驱动作用。
59.在具体的工作过程中，驱动电机411可驱动齿轮传动组件，齿轮传动组件带动传动部213转动，第一支臂子组210和第二支臂子组220可随着传动部213转动并带动门叶100在第一状态和第二状态之间切换。由于齿轮传动组件具备传动精度高、平稳性好等优点，进而可提升闸门系统内部的工作稳定性。通常，齿轮传动组件可以包括设置于驱动电机411的输出轴上的第一齿轮，以及设置于传动部213上的齿圈或第二齿轮，第一齿轮与齿圈或第二齿轮相啮合即可顺利实现传动。
60.应理解的是，在本实施例的闸门系统进行启门作业时，驱动电机411通过驱动传动部213来提供驱动作用，并需要克服由支臂组件200传递而来的阻力矩，本实施例的配重件412基于其自身的重量可对驱动电机411的输出轴施加一定的驱动作用，而抵消部分由支臂组件200传递而来的阻力矩，因此可降低驱动电机411的输出力矩，而确保驱动电机411选择较小功率类型也能够正常工作，不仅降低了功耗也节约了成本。
61.在前述的实施方式中，门叶100在多个方向上呈弧状弯曲设置，也即门叶100在多个方向上存在一定的弧度，如此情况下，门叶100在长期使用后由于水头压力的冲击其弧度可能会减小，也即门叶100会恢复形变而使得预拱度降低，进而导致门叶100抵抗失稳风险的能力降低。
62.基于此，本实施例的门叶100的背水侧可以设置有第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130，第一预应力张拉组件120的两端与门叶100在高度方向上的两侧边缘相连，第二预应力张拉组件130的两端与门叶100在宽度方向上的两侧边缘相连。具体而言，第一预应力张拉组件120可以在门叶100的高度方向上预先施加拉力，第二预应力张拉组件
130可以在门叶100的宽度方向上预先施加拉力，即便门叶100在长期使用后存在恢复形变的趋势，但是第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130施加的拉力会抵消门叶100恢复形变的内部应力，进而使得门叶100保持预拱度。
63.为了提升第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130的整体刚度，本实施例的门叶100的背水侧可以设置有第一桁架140，门叶100通过第一桁架140与第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130相连。应理解的是，基于第一桁架140，可以强化门叶100与第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130的连接关系，如此可进一步地优化门叶100、第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130的整体性，无疑能够提升第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130的整体刚度，而防止第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130在长期使用后被破坏。
64.当然，第一桁架140也可以连接第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130，以进一步地提升第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130的整体刚度。
65.本实施例未限制第一预应力张拉组件120和第二预应力张拉组件130的具体类型，其可选为预应力钢筋、预应力锚杆等。
66.在前述第一支臂子组210和第二支臂子组220包括第一支臂211和第二支臂212的实施方式中，第一支臂211和第二支臂212之间可以设置有第二桁架214，第二桁架214可优化第一支臂211和第二支臂212的整体性，而提升第一支臂子组210和第二支臂子组220的整体刚度，进而提升支臂组件200抵抗失稳风险的能力。
67.基于前述的闸门系统，本技术实施例还公开一种水工建筑物，该水工建筑物包括前述的闸门系统。本实施例的水工建筑物可选为挡潮建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、输水建筑物等，具体可为水坝、堤、水塘、溢洪道、泄水或输水隧洞等。
68.本技术上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
69.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。