高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能适应高寒地区低温环境的水封。
【背景技术】
[0002]闸门水封在保证水库兴利以及促进闸门稳定等方面有着显著作用。高水头闸门水封通常都采用充压伸缩式水封，其充压介质主要为水，其优点是可以利用水库水压作背压，其缺点是由于高寒地区低温环境的特殊性，在水封内腔的水介质会因冰冻而失效，甚至会导致水封装置破坏，使其应用受到限制。因此，针对高寒地区超高水头闸门常规充气式山型水封存在的问题，本专利通过对水封断面优化计算，提出一种新型充气山型水封结构，并通过数值模拟计算证明该水封能用于高寒区超高水头闸门中。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是要提供一种不仅适应普通环境，更能适应高寒地区低温环境的水封。
[0004]实现上述目的的技术方案如下:
[0005]寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，包括外压板、内压板、底板、水封，底板设置有水封槽，水封槽内放置充气袋，其特征在于:所述水封包括封头、水封主体，封头安装在水封主体上，其中水封的封头具有主头、副头，使封头形成主、副头型式，主头与副头连接。
[0006]本发明中调整传统水封的封头结构，使水封为分体式结构，同时封头形成主、副头型式；而且水封材料采用分区布置，满足水封各位置变形以及工作应力要求。
[0007]优选的，所述充气袋为椭圆结构。水封槽可以为矩形。
[0008]优选的，水封底部中间位置设置有凹槽。凹槽可以是椭圆形结构，凹槽使充气袋上部能与水封底部完全接触，避免了充气袋做无用功，避免充气袋向下位移，使其不容易被刺破，同时满足最大接触应力要求。
[0009]优选的，水封槽的尖角处圆弧过渡。
[0010]优选的，所述充气袋的壁厚为6_。
[0011]优选的，所述水封的主头与副头为弧形结构，其中主头圆弧半径为33mm，副头圆弧半径为1mm0
[0012]优选的，所述封头采用高强度，高硬度的橡胶材料，水封除去封头位置的材料选用具有弹性、满足水封伸缩要求的材质。
[0013]优选的，所述水封主体结构分为支体与支臂，支臂两侧的自由端为翼头，支体与支臂选用邵氏硬度为45度的sd007材料，翼头采用sd005材料。
[0014]优选的，所述充气袋材料采用sd007。
[0015]本发明不仅适应普通环境，更能适应高寒地区低温环境。
【附图说明】
[0016]图1为本发明分体示意图
[0017]图2为本发明示意图
[0018]图3为本发明尺寸示意图
[0019]附图序号说明:外压板1、内压板2、水封3、底板4、充气袋5、凹槽6、主头3-1、副头3-2、水封主体3-3、支体3-3-1、支臂3-3-2，、翼头3_3_3
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明做详细的说明。
[0021]高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，包括外压板1、内压板2、水封3、底板4，上述结构的安装与现有技术相同，现在大体的描述下上述结构的安装关系，外压板1、内压板2结构对称，分布在水封封头的两侧，水封3包括封头和水封主体3-3，且封头和水封主体为分体式结构，底板4设置有水封槽，水封槽内放置充气袋5。
[0022]本发明的最大改进点在于:(1、)水封断面设计方面，本申请中调整传统水封的封头结构，使封头形成主副头的形式，避免了封头挤入量，同时增加封头接触应力。(2、)材料方面，采用分区布置，水封封头采用邵氏硬度A为75度且具有高强度、高硬度的橡胶材料sd006;支臂与水封主体需要弹性良好、满足水封伸缩要求的材料，因此采用邵氏硬度A为45度的sd007材料，同时，封头与水封主体采用分体式结构，其具体结构如下:
[0023]水封的封头具有主头3-1、副头3-2，使封头形成主、副头型式，主头与副头连接(主头与副头为一体式结构)，封头安装在水封主体3-3上，主头3-1与副头3-2为圆弧结构，优选主头圆弧半径为33mm，副头圆弧半径为10mm，分体式的结构避免了封头与内外压板之间的挤入量，防止水封封头回退困难时发生剪切破坏。
[0024]封头的底部具有凸块，相应的，在水封主体上设置凹槽，凸块插入凹槽内，通过凸块与凹槽的配合将封头与水封主体连接在一起。
[0025]本申请中充气袋采用椭圆形结构，水封槽大体为矩形结构，优选水封槽的尖角处进行圆弧过渡，使水封槽与充气袋结构相适应，避免膨胀时充气袋被水封槽拐角处的金属毛刺刺破而导致破裂，也防止充气袋与水封槽变形形状不佳时两者之间产生挤压。
[0026]充气袋安装时应该考虑其预压变形和充气袋材料的应力，通过对壁厚为2_、3_、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm进行对比研宄，在充气袋应力不超过材料极限应力的情况下，选出了接触应力最大的壁厚，即最优的壁厚，6mm为充气袋最优壁厚，这个最优壁厚是指充气袋没有充气时的壁厚。
[0027]水封主，3-3底部中间位置设置有弧形凹槽6。弧形凹槽的设计使充气袋上部能与其完全接触，避免了其做无用功，避免充气袋向下的位移，使其不容易被刺破，同时满足最大接触应力要求。
[0028]本申请中的整体材料采用国内专门研制的sd系列超高水头系列材料，但是由于水封各位置变形和工作应力不一样，因此本申请中各部分材料选用结果也不一样，本申请中的材料采用分区布置，具体的水封封头采用高强度，高硬度橡胶材料sd006，水封主体3-3再具体的分为支体3-3-1与支臂3-3-2，支臂3_3_2的两个自由端为翼头3_3_3，翼头3-3-3分别填塞在内压板、外压板、底板的凹槽内，支臂与支体需要弹性良好，满足水封伸缩要求的材质，采用邵氏硬度A为45度的sd007材料，翼头要有良好的伸缩性和较高的硬度，采用sd005材料。充气袋变形比较大，材料采用sd007。
[0029]最优水封的选择，需遵循以下评价准则，进而选出的水封才能适应高寒地区高水头闸门的运行条件:
[0030]第一:封头接触应力要大于库水压力，接触应力越大，水封设计越合理。
[0031]第二:在保证接触应力的前提下，水封各个部分的材料的应力不能超过其允许强度。
[0032]第三:水封头部向下游挤入量不能太大，在闸门泄水时以免发生撕裂。
[0033]第四:水封安装完毕后，在水封头部不能伸出压板的前提下，越接近闸门面板越合理，这样可以减少伸缩量。
[0034]第五:在材料不能超过其允许强度的前提下，接触应力最大的壁厚是最优壁厚。
[0035]以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。
【主权项】
1.高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，包括外压板、内压板、底板、水封，底板设置有水封槽，水封槽内放置充气袋，其特征在于:所述水封包括封头、水封主体，封头安装在水封主体上，其中水封的封头具有主头、副头，使封头形成主、副头型式，主头与副头连接。
2.根据权利要去I所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:所述充气袋为椭圆结构。
3.根据权利要去I所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:水封底部中间位置设置有凹槽。
4.根据权利要去2所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:水封槽的尖角处圆弧过渡。
5.根据权利要去I所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:所述充气袋的壁厚为6mm。
6.根据权利要去I所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:所述水封的主头与副头为弧形结构，其中主头圆弧半径为33mm，副头圆弧半径为10mm。
7.根据权利要去I所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:所述封头采用高强度，高硬度的橡胶材料，水封主体的材料选用具有弹性、满足水封伸缩要求的材质。
8.根据权利要去7所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:所述水封主体结构分为支体与支臂，支臂两侧的自由端为翼头，支体与支臂选用邵氏硬度为45度的sd007材料，翼头采用sd005材料。
9.根据权利要去I所述的高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，其特征在于:所述充气袋材料采用sd007。
【专利摘要】本发明涉及以一种高寒地区超高水头底孔闸门充气山型水封，包括外压板、内压板、底板、水封，底板设置有水封槽，水封槽内放置充气袋，所述水封的封头具有主头、副头，形成主、副头型式，主头与副头连接，封头安装在水封主体上，本发明不仅适应普通环境，更能适应高寒地区低温环境。
【IPC分类】E02B8-02
【公开号】CN104790358
【申请号】CN201510175659
【发明人】王正中, 谭显文
【申请人】西北农林科技大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月14日