水力自动单板浮动闸门及其应用方法与流程

本发明涉及水利工程的闸门技术领域，尤其涉及到水力自动单板浮动闸门及其应用方法。

背景技术：

水闸作为一种广泛使用的水工建筑物，已在水利工程中得到了充分的利用，并发挥着巨大作用。水工闸门种类很多，都有各自不同的特点，但一般闸门主要是依靠外动力启闭，完成泄水、拦水任用，不仅闸门要求的提升较大，而且需要修建专用的启闭房，造价较高，管理繁琐。有些自动闸门如水力自动翻板闸门等，靠水及闸门重力作用力能自动启闭，节省能源、兼有泄洪、蓄水功能。但是，水力自动翻板闸门仍存在着很多的缺陷：如水力自动翻板闸门的水力特性较复杂、使闸板及闸墩受力太大，不利于闸门的稳定；闸门支墩处于下泄水流中间，产生了巨大的阻力，严重地扰动了水流状态，闸门在运行中会出现周期性来回拍击支墩或坝坎的“拍打”现象，破坏性极大；开启不灵活，有的甚至无法开启。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种水力自动单板浮动闸门及其应用方法，可使闸门泄水时，闸门开度随着上游来水水位的高低变化而随时自动调节，而且蓄水深度还可以根据实际需要灵活调节，闸门渐开性好，开启、关闭更加省力、灵活；本发明无需外动力，完全由上游来水作为动力，实现闸门的自动启闭。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种水力自动单板浮动闸门，包括位于两相邻闸墩之间且宽度与两相邻闸墩间距适配的单板闸门、开设在两闸墩内壁上且位于单板闸门下游侧的轨道槽，以及与单板闸门连接且沿轨道槽移动的支撑架，所述轨道槽向下游倾斜，轨道槽上游一端低于下游一端。

本方案在使用时，单板闸门的上游侧为上游来水，当上游来水量变化后，使水源水位会发生改变，这样作用在单板闸门上的浮力及侧向水压力也会随之变化，单板闸门在浮力及侧向水压力作用下，可自动地沿着轨道槽上移或下降，能自动完成闸门的开启和关闭。

作为优化，支撑架包括一端通过铰件ⅰ相铰接的拉杆和连杆，拉杆的另一端通过铰件ⅱ与单板闸门铰接，连杆的另一端通过铰件ⅲ与单板闸门铰接，连杆上安装有沿轨道槽移动的滚轮。本优化方案的支撑架结构简单，拉杆、连杆与单板闸门形成三角形，保证了结构的稳定性，相互之间铰接连接，安装时更加方便，通过滚轮沿轨道槽移动，减小了单板闸门移动时的摩擦阻力，使单板闸门的自动调节更灵活。

作为优化，所述拉杆为可伸缩杆。本优化方案的拉杆设置为可伸缩杆，通过拉杆的伸缩改变拉杆的长度，实现对单板闸门安置方向的调节。

作为优化，所述拉杆包括与单板闸门铰接的前拉杆、与连杆铰接的后拉杆，以及位于前拉杆和后拉杆之间的液压活塞装置，所述液压活塞装置的一端与前拉杆连接、另一端与后拉杆连接。本优化方案的拉杆结构简单，通过液压活塞装置的伸缩调节拉杆长度，调节方便省力，液压活塞装置可为单杆液压缸或者双杆液压缸。

作为优化，两轨道槽相对的侧面敞口设置，滚轮位于轨道槽的槽顶和槽底之间。本优化方案的轨道槽设置为侧面开口，轨道槽的槽顶和槽底限制滚轮脱出，保证滚轮沿轨道槽移动，从而保证了本闸门使用的可靠性。

作为优化，闸门关闭时，闸门与两侧闸墩及闸底板之间的缝隙处设置有止水，且止水固定在闸墩及闸底板上。本优化方案可以有效地进行止漏，防止漏水现象的产生，达到蓄水的要求，以便于兴利使用。

作为优化，两闸墩相对的侧面上设有位于单板闸门上游侧的检修闸门槽，检修闸门槽竖向布设。本优化方案通过设置检修闸门槽，可以在检修闸门槽中插设闸板，进行水流阻断，以方便检修和维护闸门。

本方案还提供一种水力自动单板浮动闸门的应用方法，包括如下方面：

a、闸门上游水位低于需要泄水的水位时，闸门的自重大于闸门受到的上游水的浮力及侧向水压力的和，闸门处在关闭状态；

b、闸门上游侧水位升高，上游来水作用在闸门上的沿轨道槽方向的分力大于闸门自重在轨道槽方向的分力及滚轮与轨道槽之间摩擦力时，通过水的作用力使闸门沿轨道槽方向向上移动，闸门自动打开泄水；此时，闸门处于平衡状态，并且闸门顶始终保持与水位之间一定的高差不变；

c、上游来水流量维持一定量不再变化时，闸门上游侧水位保持稳定，闸门处在平衡状态，闸门开度保持不变；

d、闸门上游侧水位下降，闸门受到的浮力减小，闸门在自重作用下向下移动，闸门开度自动减小，从而减小下泄流量；闸门上游侧水位继续下降到一定高度时，闸门在自重作用下自动关闭，以保持蓄水状态；

e、通过改变拉杆的长度可以调节单板闸门的倾斜角度，使闸门在轨道方向的分力得到调节，同时，也调节了闸门受到的浮力和侧向水压力，既而可以实现对蓄水量的调节。

本发明的有益效果为：

1、依靠上游水位高低变化能即时自动地控制其开度大小，结构简单，无需机电设备等外动力启闭，不需要专人操作控制，完全由上游来水情况自动调控，与一般闸门相比，具有节省人力、物力，使用方便等特点，闸门实现了无人值守运行；

2、能准确、及时地自动调节闸门开度，随着上游水位的升降，闸门能逐渐、自动、准确、即时开启和关闭，完成泄水和蓄水过程，使下泄流量与闸前来水流量维持动态平衡；

3、水力自动单板浮动闸门门板为钢结构或钢筋混凝土结构，与可以蓄水和泄水的橡胶坝相比，使用寿命长，无需配置专门的坝袋充压装置，无需人工控制，运行成本低，管理方便；

4、与浆砌石坝相比，解决了泄水、行洪、泥沙淤积等难题；

5、与一般的横轴式水力自动翻板相比，开启更加灵活方便，解决了横轴式水力自动翻板经常会无法开启、无法关闭的矛盾，解决了闸门、闸门支承结构受力过大的问题，解决了水力自动翻板闸门支承结构在泄水水流之中，而影响泄水的矛盾，解决了泄水、蓄水能有机结合的问题。

附图说明

图1为水力自动单板浮动闸门平面结构示意图；

图2为图1中ⅰ-ⅰ剖视图；

图中所示：

1、检修闸门槽，2、闸墩，3、单板闸门，4、铰件ⅱ，5、拉杆，6、液压活塞装置，7、铰件ⅰ，8、轨道槽，9、轮支座，10、滚轮，11、连杆，12、铰件ⅲ，13、闸底板，14、水源水位。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1和图2所示一种水力自动单板浮动闸门，包括闸室、单板闸门、支撑架、轨道槽和液压活塞装置。

闸室包括闸底板和固定在闸底板上的两闸墩，闸墩对称地垂直布置在闸底板的两侧，闸墩和闸底板浇筑成一个整体。闸墩为两侧直立的对称布置的钢筋混凝土结构或混凝土结构或浆砌石结构，视上游水深大小而定，闸墩高度应大于上游水深，以在一定的设计保证率时，确保闸门安全运行为依据。闸底板为钢筋混凝土结构或混凝土结构或浆砌石结构，同样视上游水深大小而定。闸室为现场浇筑，并浇筑成一个完整的整体结构，以增加其稳定性。

单板闸门是由一定重量的矩形板构成；闸门通过铰件固定于拉杆和连杆组成的支撑结构上。单板闸门可为钢结构、预制钢筋混凝土结构或具有一定刚性、强度的其它材料，要求闸门质地均匀，单板闸门的自重根据蓄水要求、上游设计水深及泄水要求确定，以保证在浮力及上游水压力作用下，以能自由启闭、满足蓄水要求及泄水要求，并保证安全为原则。

单板闸门3位于两相邻闸墩2之间、闸底板13之上，单板闸门3的宽度与两相邻闸墩间距适配，单板闸门3的两侧边与闸墩内侧面密封接触。两闸墩相对的侧面上开设有位于单板闸门下游侧的轨道槽8，轨道槽是设置在两侧闸墩内侧的凹槽，轨道槽向下游倾斜，轨道槽上游一端低于下游一端，轨道槽与水平面之间形成倾斜的α夹角，α的大小根据闸门受力分析合理选定。两轨道槽相对的侧面敞口设置，滚轮位于轨道槽的槽顶和槽底之间，在轨道槽的上、下两侧均布置有轨道，轨道采用铸钢或合金材料，并通过锚固结构固定在轨道槽内，上、下两轨道正好将滚轮卡在中间，滚轮可在上、下两轨道之间滚动，这样能很好地固定闸门，使闸门只能沿着轨道槽方向，上、下移动，且只允许闸门沿着轨道槽方向上、下移动。这样，当自动单板浮动闸门在水流的作用下，而上、下移动时，可以带动滚轮在滚轮槽中上、下移动，实现闸门在倾斜方向的升、降，从而可以完成开启和关闭闸门的目的。

支撑架与单板闸门连接且沿轨道槽移动，具体的，支撑架包括一端通过铰件ⅰ7相铰接的拉杆5和连杆11，拉杆5的另一端通过铰件ⅱ4与单板闸门3铰接，连杆11的另一端通过铰件ⅲ12与单板闸门3铰接，拉杆与单板闸门之间、连杆与单板闸门之间、拉杆与连杆之间，均可以通过铰件相互转动。连杆上安装有沿轨道槽移动的滚轮10，为方便滚轮安装，本实施例在连杆下方固定有轮支座9，滚轮固定在轮支座下方，这样滚轮通过轮支座固定在连杆下方，滚轮设置在轨道槽内。滚轮采用铸钢或合金材料，并做防锈处理；单板闸门通过滚轮固定在轨道上，以方便闸门在轨道上滚动。

拉杆5为可伸缩杆，具体的，拉杆5包括与单板闸门铰接的前拉杆、与连杆铰接的后拉杆，以及位于前拉杆和后拉杆之间的液压活塞装置6，所述液压活塞装置6的一端与前拉杆连接、另一端与后拉杆连接。液压活塞装置采用现有技术中的单杆液压缸或者双杆液压缸，通过液压杆的伸出或缩回调节拉杆长度，从而调节闸门的倾斜角度，以调节蓄水深度和蓄水量。

当闸门关闭时，闸门与两侧闸墩2及闸底板13之间的缝隙处设置有止水，且止水固定在闸墩及闸底板上，可以有效地进行止漏，防止漏水现象的产生，达到蓄水的要求，以便于兴利使用。

两闸墩相对的侧面上设有位于单板闸门上游侧的检修闸门槽1，检修闸门槽1竖向布设，以方便工作闸门的检修。

本发明工作时，当上游来水量变化后，使水源水位会发生改变，这样作用在闸门上的浮力及侧向水压力也会随之变化，闸门在浮力及侧向水压力作用下，可自动地沿着轨道上移或下降，能自动完成闸门的开启和关闭；

当上游水位低于某一水位时，闸门的自重大于闸门受到的上游水的浮力及侧向水压力的和，闸门处在关闭状态；

当上游来水量增大，闸门前即单板闸门上游侧的水位升高到一定高度时，上游来水作用在闸门上的浮力和侧向水压力也会增大；当两种力的合力在轨道方向上的分力大于闸门自重在轨道方向的分力及滚轮与轨道之间摩擦力时，闸门即沿轨道方向向上移动，闸门自动打开，水流就会从闸门与闸底板之间的孔口中泄向下游，自动完成泄水任务；此时，闸门在水的浮力及侧向水压力作用下，闸门被“飘浮”在轨道上，处于平衡状态，并且闸门顶始终保持与水位之间一定的高差不变；

若上游来水流量维持一定量不再变化时，上游水源水位不变，闸门位置不变，则闸门下泄流量不变，并与上游来水量相等，所以，闸门前水位保持稳定，闸门一直处在平衡状态，闸门开度保持不变；

如果上游来水量进一步增加，则闸门前水位进一步升高，在上游来水的浮力作用及侧向水压力作用下，闸门则会进一步地自动地沿着轨道升高，使下泄流量进一步增加，若当上游来水量增大到一定量不再变化时，闸门前水位保持稳定，闸门下泄流量与上游来水量相等，则闸门又会处在平衡状态，闸门的开度又会保持稳定。

当上游来水量减小时，闸门前水位会随之下降，使得闸门受到的浮力减小，闸门在自重作用下，使滚轮产生滚动，闸门随之向下移动，使得闸门自动向着关闭方向移动，则闸门的开度会自动减小，从而减小下泄流量；

若当上游来水量减小到一定量不再变化时，则闸门前水位保持稳定，闸门下泄流量与上游来水量相等，并保持不变，则闸门又会处在平衡状态，闸门的开度保持稳定；

当上游来水量进一步减小时，水位进一步下降，使得闸门进一步自动向着关闭的方向移动，则闸门的开度会进一步自动减小，从而使下泄流量进一步减小；当上游来水量减小到一定程度，闸门前水位下降到一定高度时，闸门在自重作用下自动关闭，以保持蓄水状态。如果上游来水量又增大，则闸门又会自动开启，下泄多余水量，如果来水减少，闸门又会自动关闭，周而复始，循环进行。

当闸门关闭后，由于在闸门于两侧闸墩及闸底板之间设置有止水，可以有效进行止漏，防止漏水现象的产生，达到蓄水的要求，以便于兴利使用。

此外，如果想调节闸前蓄水水位，以改变蓄水深度，从而调节蓄水量多少，可通过活塞调节拉杆的长度，以调节闸门的倾斜角度，使闸门在轨道方向的分力得到调节，同时，也调节了闸门受到的浮力和侧向水压力，既而可以实现对蓄水量的调节，这也是本发明的创新之处。

现有技术中可以蓄水和泄水的橡胶坝，橡胶老化快，使用寿命短，5~7年就需更换，且需配置专门的充压装置，防洪更需专人值守，运行成本高，管理不方便。本发明的水力自动单板浮动闸门的工作完全是由上游水位的高低来即时自动调控的。随着上游来水量的变化，闸门自动开启、关闭，以自动完成泄水和蓄水的需要，实现了闸门无人值守的工作方式，方便实践中推广应用。该闸门设计独特，无论在原理上、技术上，还是使用性能等方面，具有较好的优势。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。