扇形空心取水闸门.pdf

本发明涉及一种扇形空心取水闸门，包括扇形空心闸门、闸墩、闸底板、工作桥、机械减振装置、止水、空心轴、轴承或铰、水泵、进水管和闸阀；扇形空心闸门的圆心角一端通过空心轴及轴承(或绞)固定在与闸底板相交处的两侧闸墩上；扇形空心闸门的宽度与两侧闸墩之间的净距相等；扇形空心闸门在立面上的高度与闸墩高度相等或略低；扇形空心闸门顶部的闸门背面门板上端通过机械减振装置固定在工作桥上；进水管和水泵进水管分别设置在左右两侧闸墩上。本发明可使闸门引水时只引取水源表层的水，其泥沙含量最小，水温最高，最适宜作物生长需要，适宜用户用水需要。

1.  一种扇形空心取水闸门，其特征在于包括扇形空心闸门、闸墩、闸底板、工作桥、机械减振装置、止水、空心轴、轴承或铰、进水管、水泵进水管、水泵和闸阀；
所述的闸墩对称地垂直布置在闸底板的两侧；
所述扇形空心闸门是由闸门弧面门板、闸门背面门板、闸门底面门板和两个闸门侧面板密封组成的一个内部中空的扇形闸门；闸门侧面板呈扇形，闸门背面门板和闸门底面门板呈矩形；扇形空心闸门内部设有相互垂直的横隔板和纵隔板；纵隔板及横隔板上均设置有若干孔洞；所述扇形空心闸门的圆心角一端通过空心轴、轴承或绞固定在与闸底板相交处的两侧闸墩上，扇形空心闸门可绕着空心轴轴向转动；扇形空心闸门的宽度与两侧闸墩之间的净距相等；扇形空心闸门在立面上的高度与闸墩高度相等或略低；
所述机械减振装置由闸门绞、螺杆、绞支螺母和绞支螺母支架构成；扇形空心闸门顶部的闸门背面门板上端与闸门铰连接，闸门铰依次与螺杆、铰支螺母和绞支螺母支架连接，绞支螺母支架固定在工作桥上；所述空心轴为内部中空的门轴；空心轴用于布置进水管和水泵进水管；所述进水管前段水平布置在左侧闸墩内，进水管进口伸出闸墩上游迎水面，进水管进口与水源相通；进水管进口处设置有闸阀，闸阀阀体设置在闸墩上游迎水面的外面，闸阀的阀体通过长轴与布置在闸墩顶部的闸阀手柄相连，闸阀控制进水管流量；进水管后段布置在空心轴左端的内部，且使进水管的出口与扇形空心闸门内腔相通；进水管向扇形空心闸门内供水；所述水泵进水管前端固定在扇形空心闸门底面门板上且靠近扇形空心闸门的最低端；水泵进水管与扇形空心闸门内部相通；水泵进水管的中间段布置在空心轴右端的内部；水泵进水管的后段布置在右侧闸墩 内，并与水泵相连；水泵进水管连通扇形闸门内部水体和水泵；水泵布置在闸墩顶部或工作桥上。

扇形空心取水闸门
一、技术领域：
本发明涉及一种扇形空心取水闸门。
二、背景技术
水闸作为一种目前最广泛使用的取水建筑物，已经在广大水利工程中得到了充分的使用，在水利工程中发挥着巨大的作用！水工闸门种类很多，按构造特征可分为梁式闸门、平面闸门、屋顶闸门、弧形闸门、鼓形闸门、圆管式闸门、拱形闸门、球形闸门、浮箱式闸门等，各种闸门由于结构上的差异，都有各自不同的特点。如取水闸门，目前一般只是在外力作用下，来提升闸门，使水能在水压力作用下，由闸门底部和闸底板之间的过水通道中流向下游，获得水量。用来控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水的需要闸门，用于控制入渠流量大小，实践当中应用更为广泛。
一般取水闸都修建在渠道的渠首位置，所以这种水闸又被叫做渠首闸。为保证能引进需要的流量和尽量减少泥沙进入引水渠道，防止推移质泥沙被挟带入渠，在满足正常引水要求的前提下，通常在进水闸前常设冲沙闸和导沙坎，进水闸底槛高程应比河底高程、冲沙闸底槛高程高一些。即使这样也常常引入大量泥沙。再者，目前基本上所有的引水闸大都采用垂直启闭式闸门，致使操纵力较大；引水时一般是向上提升，水从闸门底部与闸墩之间的过水断面中流向下游，引入的水是水源深层部位的水，若水中泥沙含量较大，引入的泥沙含量最高，不利于使用。同时，水温最低，非常不适合灌区引水的要求。
三、发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种扇形空心取水闸门，可使闸门引水时只引取水源表层的水，其泥沙含量最小，水温最高，最适宜作物生长需要， 适宜用户用水需要。
一种扇形空心取水闸门，包括扇形空心闸门、闸墩、闸底板、工作桥、机械减振装置、止水、空心轴、轴承或铰、水泵、进水管和闸阀；
所述扇形空心闸门，是由闸门弧面门板、闸门背面门板、闸门底面门板、和两个闸门侧面板密封组成的一个内部中空的扇形闸门；闸门侧面板呈扇形，闸门背面门板和闸门底面门板呈矩形；扇形空心闸门内部设有相互垂直的横隔板和纵隔板；由于纵隔板和横隔板的作用，使闸门的强度及刚度增大，增加了闸门的稳定性；纵隔板及横隔板上均设置有若干孔洞，能使水在扇形空心闸门内自由流动。同时，由于扇形空心闸门内部是密封的空腔，扇形空心闸门会受到上游水的浮力作用，相应地减轻了控制扇形空心闸门转动时的操控力；所述扇形空心闸门的圆心角一端通过空心轴及轴承(或绞)固定在与闸底板相交处的两侧闸墩上，扇形空心闸门可以绕着空心轴轴向转动；所述的闸墩对称地垂直布置在闸底板的两侧，两侧闸墩和闸底板浇筑成一个整体，共同构成闸室；扇形空心闸门的宽度与两侧闸墩之间的净距相等；扇形空心闸门在立面上的高度与闸墩高度相等或略低；
所述机械减振装置(兼作闸门提升装置)由闸门绞、螺杆、绞支螺母和绞支螺母支架构成，扇形空心闸门顶部的闸门背面门板上端与闸门铰连接，闸门铰依次与螺杆、铰支螺母和绞支螺母支架连接，绞支螺母支架固定在工作桥上；闸门工作时，扇形空心闸门在浮力作用下漂浮在水面上时，为了防止闸门随着水位的波动而产生较强烈的振动，可以通过机械减振装置的作用，将闸门适当压入水中一点，这样可以有效地防止闸门的振动；同时，可以保证扇形空心闸门顶到上游水位之间的垂直距离(即引水水头H)，确保引水量的大小，以实现衡量取水的目的；机械减振装置(兼作闸门提升装置)的另一个作用在于不取 水时，利用螺杆提升扇形空心闸门，以使扇形空心闸门关闭，防止水量浪费；所述空心轴为内部中空的门轴；空心轴用于布置进水管和水泵进水管；所述进水管前段水平状布置在左侧闸墩内(右侧闸墩内布置水泵进水管，或者反向布置，即右侧布置进水管，左侧布置水泵进水管)，进水管进口伸出闸墩上游迎水面，进水管进口与水源相通；进水管进口处设置有闸阀，闸阀阀体设置在闸墩上游迎水面的外面，闸阀的阀体通过长轴与布置在闸墩顶部的闸阀手柄相连，闸阀可以控制进水管流量；进水管后段布置在空心轴左端的内部，且使进水管的出口与扇形空心闸门内腔相通；进水管可向扇形空心闸门内供水；所述水泵进水管前段固定在扇形空心闸门底面门板上，并靠近扇形空心闸门的最低端，水泵进水管与扇形空心闸门内部相通，这样可以将扇形空心闸门中的水尽量多地抽出，以减轻闸门内水的数量，从而减轻闸门与闸门内部水的总重量，方便闸门升起；水泵进水管的中间段布置在空心轴右端的内部；水泵进水管的后段布置在右侧闸墩内，并与水泵相连；水泵进水管连通扇形闸门内部水体和水泵；所述水泵，可布置在闸墩顶部或布置在工作桥上，水泵可采用自吸泵，以省去水泵的充水系统。
进水管为扇形闸门供水，而水泵通过水泵进水管将扇形空心闸门中的水抽出；通过进水管和水泵装置(即水泵进水管与水泵机组的组合体)可调节闸门中的水量，从而可以控制闸门的上升和下降运动。当扇形空心闸门需要减少引水量时，通过水泵将扇形空心闸门中的水抽出，减少扇形空心闸门内的水量，使扇形空心闸门上升；当扇形空心闸门需要加大引水量时，可开启闸阀，通过进水管向扇形闸门内注入水量，使扇形空心闸门下降；通过调节闸门中的水量以调节闸门受到的浮力大小，来控制闸门顶到上游水位之间的垂直距离，保证 一定的引水水头，控制引水量大小；扇形空心闸门最高点设有通气管，以防止扇形空心闸门内形成真空状态，方便扇形空心闸门进水和水泵抽水。
本发明工作时，当上游来水量变化后，使水位发生改变，可使扇形空心闸门在浮力作用下，使扇形空心闸门绕着门轴转动，以使扇形空心闸门产生上升或下降运动，使扇形空心闸门的顶部高程低于上游水源水位一定高度，且保持不变，完成定量取水的目的，由于引水是引取的水源表层的水，实现了引水水温较高并减少泥沙引入的目的：
上游水量一定时，其水位为一定值，通过进水管引水到扇形空心闸门中，或通过水泵将扇形空心闸门中的水抽出一定量的方法，来调节扇形空心闸门中的水量，使扇形空心闸门门顶保持与水源水位一定的垂直高差，保证引水水头不变，从而保证引水量的稳定，由于扇形空心闸门引水，是从扇形空心闸门顶部将水引出的，所以，扇形空心闸门相当于拦沙坎，河床底部的泥沙就不容易引入，保证引入的泥沙含量最小，同时，由于引取的是水源表层的水，其温度一般较高，更容易满足灌溉及其他部分用水的需要；为保证水源的水能通过进水管自流到扇形空心闸门中，以及在水泵向外抽水时，扇形空心闸门内不形成真空状态，在闸门的最高点设置有通气管。
如果上游来水量增大，闸前水位升高，扇形空心闸门会升高，则通过进水管引水到扇形空心闸门中，或通过水泵将扇形空心闸门中的抽出一定量的方法，来调节扇形空心闸门中的水量，使闸门保持在一定位置，使扇形空心闸门门顶保持与水源水位一定的垂直高差，保证引水水头不变，从而保证引水量的稳定。如果水源水位再升高，在水的浮力作用下，扇形空心闸门则继续旋转，而使闸门进一步升高，还是通过控制扇形空心闸门中的水量，使扇形空心闸门门顶部一直保持与水源水面一定的高差，以满足引水需要，扇形空心闸门可达到的最 大高度，是由当地水源来水状况，按一定设计保证率设计的，以在设计状况下能正常工作为依据；
如果引水过程中，上游来水量减小，水源水位下降，扇形空心闸门也随之下降，还是通过控制扇形空心闸门中的水量，使扇形空心闸门门顶部一直保持与水源水面一定的高差，以满足引水需要；当水源水位下降到一定程度时，扇形空心闸门下降到最低点，扇形空心闸门达到最大开度，此时，扇形空心闸门支承在闸底板上，闸门背面门板处于水平状态，以保证最大的引水需要；为了保证扇形空心闸门在引水过程不产生较强烈的振动，设置有机械减振系统；机械减振系统(兼作闸门提升装置)，还承担着不引水时，提升闸门的作用：如果引水完毕，则可通过提升闸门装置，将扇形空心闸门提起，使扇形空心闸门向上旋转，达到扇形空心闸门关闭位置，此时，由于在扇形空心闸门周边均设置有止水，可以防止漏水现象的产生，保证不产生漏水损失。
四、附图说明
图1扇形空心取水闸门结构图
图2图1中沿Ⅰ-Ⅰ剖面右视图(即闸门关闭状态图)
图3图1中沿Ⅰ-Ⅰ剖面左视图
图4引水状态示意图
1-闸墩；2-闸阀；3-工作桥；4-通气管；5-闸门绞；6-螺杆；7-绞支螺母；8-绞支螺母支架；9-闸门背面门板；10-止水；11-水泵；12-空心轴；13-轴承；14-闸底板；15-闸门底面门板；16-水泵进水管；17-进水管；18-横隔板；19-纵隔板；20-闸门弧面门板；21-闸门侧面板
五、具体实施方式
闸墩、闸底板为混凝土结构、或钢筋混凝土结构、或浆砌石结构等，视上游水深大小而定；两侧闸墩与闸底板现场浇筑，并浇筑成一个完整的整体结构，以增加其稳定性；本发明中，闸墩墩顶高程应大于上游水位一定高度，以保证安全运行为依据；扇形空心闸门采用钢材或合金等材料，应保证闸门不漏水，扇形空心闸门应具有足够的刚性和强度，做好防锈处理，扇形空心闸门内设置有纵向和横向隔板，以增加其刚性和强度。
在扇形空心闸门与闸墩之间、与闸底板之间均设置有止水，以防止闸门产生漏水现象。
扇形空心闸门工作时的开度大小由闸门产生浮力来控制，所以，闸门的空间形状及体积大小应通过计算综合确定。
当扇形空心闸门不需要工作时，用闸门提升装置控制闸门关闭，以满足对扇形空心闸门的操控。
扇形空心闸门，具有以下优点：
(1)扇形空心闸门引水时只引取水源表层的水，解决了目前广泛使用的提升式闸门只能引取水源底层水的问题，引出的水泥沙含量小，水温较高，适宜供水需要，对于灌溉引水来说，由于引入的泥沙少，既防止了土地沙化，同时水温较高，适宜作物的长生。
(2)能实现衡量取水。通过闸门浮力作用，能随时随着上游水位的升降来调整扇形空心闸门的开度，保证扇形空心闸门顶到水源水面之间的垂直高差，保证一定的引水水头，保证引取水量大小。
本发明的创新点是：
①将目前弧形闸门开启和关闭完全依靠外力作用的控制方法，设计成了利用扇形空心闸门自身产生的浮力来控制闸门开度，大大减轻了闸门开启或关闭时需要的动力，从而使闸门工作更加稳定；
②利用了扇形空心闸门的浮力作用来自动控制闸门的开度，实现了对闸门开度的即时控制，实现了闸门的自动取水；
③扇形空心闸门引水时只引取水源表层的水，减少了泥沙含入量，同时，提高了引入水量的水温。
扇形空心闸门设计原理独特，解决了目前闸门无法取用表层水、引水泥沙过多、水温低及操控力较大等问题，无论在技术上，还是使用性能等方面，均产生了质的飞跃。