一种充气式水电站生态尾水闸门及操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种充气式水电站生态尾水闸门，属于水利水电工程中尾水闸门技术领域。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的发展，在河流上大规模筑坝修建水电站，是河流生态环境受人为影响最显著、最广泛、最严重的事件之一。近年来，我国水电站的建设更是发展迅猛，其中仅云南省已规划建设的大型水电站就有50多座。水电站的建设不仅产生了巨大的防洪、发电、航运等经济效益，同时作为一种相对清洁的发电模式，还有效的保护了环境，带来了巨大的环境效益。然而任何水利工程的兴建对于河流及人类社会来说都是把双刃剑，水电站在给人类带来经济和环境利益的同时，也会对河流及其下游生态系统产生一定的负面影响。
[0003]水电站的尾水闸门，作为水电站里面的一个比较重要的设施，它的主要作用为机组停机检修或机组做调相运行时封闭尾水出口，阻挡下游尾水进入水轮机流道系统，以进行水电站水下部分的检修等工作。尾水闸门对于水电站的安全运行和维护起着非常重要的作用。
[0004]目前常用的尾水闸门有平板闸门和叠梁闸门等，其主体部分都是由钢材制成，重量较大，需要通过起重设备进行开启或关闭的操作，所以启闭的时间通常都比较长，启闭操作程序也较为复杂，抗震性能和抗冲击性能都比较差。
[0005]另一方面，很多水电站为满足发电取水的要求，进水口通常设置在上游水库死水位以下，因此通过水电站水轮机下泄的水通常来自水库中层或底层。而由于水深较大，通常底层或中层水体溶解氧含量较低，这就会导致水电站下泄水流中的溶解氧含量偏低，对下游水体的水生生物造成一定的影响。
[0006]因此，目前亟需一种操作简便，运行灵活、启闭时间短，抗震性能和抗冲击性能强，并且能够给下游水体提供氧气的新型尾水闸门，以弥补传统尾水闸门的一些弊端，使水电站能够更好的发挥其兴利除弊的作用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种充气式水电站生态尾水闸门，可以实现对闸门的快速启闭，增强尾水闸门的抗震性能和抗冲击性能，提高水电站运行的安全性和灵活性，极大的降低工程造价，并且在实现水电站尾水闸门功能的同时还具有改变下游水质的生态优化功能。
[0008]为了实现上述的技术特征，本发明所采用的技术特征是:一种充气式水电站生态尾水闸门，它包括上门叶和下门叶，所述上门叶和下门叶都采用橡胶门板制成;所述橡胶门板的上、下顶端都设置有支撑钢片，支撑钢片的两端分别与左侧闸门槽和右侧闸门槽构成滑动配合;所述上门叶和下门叶对称布置在双层套管的两侧，上门叶的下端和下门叶的上端都与双层套管相连;所述双层套管的两端固定安装在整个闸门的中间部位，它包括外管和内管；所述外管套装在内管的外部;所述内管的左侧设置有进气口，右侧设置有出气口，所述外管与上门叶和下门叶相配合的位置分别加工有上外管通气槽和下外管通气槽，所述内管的侧面与上门叶和下门叶相对位置分别加工有上内管通气槽和下内管通气槽;所述内管的左侧末端设置有自动启闭装置;所述内管通过三通阀、逆止阀及连接管与水电站供气主管和排气主管连接。
[0009]所述外管的侧面与上外管通气槽和下外管通气槽相交90°的外圆周且朝向下游的一面加工有多个等间距的下游排气孔。
[0010]所述上门叶的底部沿其长度方向设置有左上气压传感器和右上气压传感器，用于检测上门叶内部气压值。
[0011]所述下门叶的顶部沿其长度方向设置有左下气压传感器和右下气压传感器，用于检测下门叶内部气压值。
[0012]所述自动启闭装置包括电动机，电动机的输出轴上安装有主动链轮，主动链轮通过传动链条与从动链轮构成链传动，从动链轮安装在内管的左侧末端。
[0013]所述左侧闸门槽和右侧闸门槽的截面形状都为弧形，分别与支撑钢片的左侧半圆弧和右侧半圆弧相配合。
[0014]所述上外管通气槽、下外管通气槽、上内管通气槽和下内管通气槽的长度都为上门叶和下门叶长度的2/3。
[0015]所述橡胶门板采用能够伸缩折叠的橡胶材料制成。
[0016 ]所述橡胶门板采用氯丁橡胶材料。
[0017]—种充气式水电站生态尾水闸门的操作方法，它包括以下步骤，I)闸门的开启步骤，初始状态时上门叶和下门叶的橡胶门板都未充气，此时支撑钢片将上门叶和下门叶都挤压紧贴在双层套管上，水流能够自由的通过闸门，当需要开启时，首先启动电动机，电动机带动主动链轮，主动链轮通过传动链条带动从动链轮进而带动内管逆时针方向旋转，使上内管通气槽与上外管通气槽对齐，下内管通气槽与下外管通气槽对齐，通过内管的进气口往上门叶和下门叶内部充气使橡胶门板膨胀，同时支撑钢片就会迫使上门叶和下门叶和沿着左侧闸门槽和右侧闸门槽竖直方向伸展，实现对闸门的开启，当四个气压传感器检测到达预定的气压值，停止充气，保证门叶内部的压强大于水对闸门的压强有效的起到闸门拦水的目的；充气完毕之后电动机反向转动一定角度，使上内管通气槽与上外管通气槽、下内管通气槽与下外管通气槽之间错开一定角度，从而将上门叶和下门叶进行封闭，保证气压的稳定，当气压下降到一定值再次进行充气作业。
[0018]2)闸门的关闭步骤，当闸门处于开启状态时，上门叶和下门叶内部充满高压气体，进而起到闸门作用，当需要关闭时，首先启动电动机，电动机带动主动链轮，主动链轮通过传动链条带动从动链轮进而带动内管顺时针方向旋转，使上内管通气槽与上外管通气槽对齐，下内管通气槽与下外管通气槽对齐，通过内管的出气口将上门叶和下门叶内部气体抽出，此时橡胶门板将沿左侧闸门槽和右侧闸门槽收缩，最终收缩紧贴在双层套管的两侧，实现闸门的关闭。
[0019]3)通过闸门向下游供气步骤，当闸门处于开启状态，下游水体存在缺氧现象，通过启动电动机，电动机带动内管沿顺时针方向旋转，使上内管通气槽与下游排气孔对齐，上外管通气槽和下外管通气槽将处于封闭状态，关闭内管的出气口，通过进气口往内管内充气，气体沿下游排气孔进入下游水体。
[0020]本发明有如下有益效果:
1、实现闸门的功能。通过采用橡胶门板制成的上门叶和下门叶能够在充气之后膨胀，进而在支撑钢片的作用下沿着左侧闸门槽和右侧闸门槽在竖直方向伸展，实现对闸门的开启。当需要关闭是只需要将上门叶和下门叶内部的气体抽出即可。
[0021 ] 2、便于实现自动化控制。由于充气过程和放气过程都只需要采用自动启闭装置，只需要远程控制电动机的转动，通过电动机带动内管转动，进而实现内管上的通气槽与外管上的通气槽之间配合，完成充气和放气作业，最终实现充气和放气的自动控制，也就是自动实现闸门的开启和关闭。
[0022]3、具有防漏效果。当上门叶和下门叶内部的气压高于水压时，支撑钢片就会在高压作用下与左侧闸门槽和右侧闸门槽之间紧密贴合，同时在高压作用下，上门叶和下门叶的两侧边缘也会与左侧闸门槽和右侧闸门槽的半圆形槽紧密贴合，进而起到防漏水效果。
[0023]4、向下游水库进行供气作业。由于下游水体存在缺氧现象，严重影响下游水质，通过启动电动机，电动机带动内管沿顺时针方向旋转，使上内管通气槽与下游排气孔对齐，上外管通气槽和下外管通气槽将处于封闭状态，关闭内管的出气口，通过进气口往内管内充气，气体沿下游排气孔进入下游水体，从而为下游水体供气，有效的改善水体环境。
[0024]5、此尾水闸门具有抗震性能和抗冲击性能。由于采用了充气式的闸门，具有很好的缓冲效果，在承受较大冲击时，通过气压进行缓冲，而且还能起到一定的抗震效果，提高提尚水电站运彳丁的安全。
[0025]6、采用充气式闸门降低了工程造价。传统的闸门采用金属材料制成，金属材料笨重，而且在其开启和关闭过程中需要用到大型的起吊装置，还需要其他的辅