磁力對開空間斜軸水力自控閘門一、所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種磁力對開空間斜軸水力自控閘門。二、

背景技術(shù)：
水力自動翻板閘門是一種節(jié)能、環(huán)保型閘門，在我國已經(jīng)有很廣泛地應(yīng)用，但存在著：水力特性較復(fù)雜、閘板及其支承結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大水流阻力、受到水流的巨大壓力作用、運行中會出現(xiàn)“拍打”破壞現(xiàn)象、啟閉不靈活等問題。為此，研發(fā)了斜軸式水力自控閘門等。斜軸式水力自控閘門，能很好地自動完成蓄、泄水對閘門工作的要求，可替代水力自動翻板閘門、常規(guī)閘門、漿砌石攔河壩、橡膠壩等設(shè)施進行蓄泄水工作，能隨著上游水位高低自動調(diào)整閘門的開度，自動完成蓄水、泄水工作，同時，自身受力小，使閘墩等建筑物受力減小，工作條件更加完善，解決了水力自動翻板閘門、常規(guī)閘門、漿砌石攔河壩、橡膠壩等蓄水建筑物受力大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，漏水淤積，改變了河道自然狀態(tài)，閘門工作需要外力控制等不足。但斜軸式水力自控閘門，由于斜軸式水力自控閘門只設(shè)計有一扇閘門，由于下泄水流不對稱，流態(tài)較為復(fù)雜，所以，研發(fā)了對開斜立軸式水力自控閘門(申請?zhí)枺?015203210641)，解決了水流狀態(tài)不對稱的問題。再者，斜軸式水力自控閘門及對開斜立軸式水力自控閘門由于斜軸只在垂直面內(nèi)傾斜，即斜軸為平面斜軸，當(dāng)閘門開度較大時，閘門自重產(chǎn)生的使閘門關(guān)閉的力矩減小，不利于閘門的關(guān)閉。為了使閘門水流狀態(tài)理穩(wěn)定，閘門受力更小，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定安全，使用更加靈巧，發(fā)明人在上述研究基礎(chǔ)上進行了改進，研發(fā)了磁力對開空間斜軸水力自控閘門。三、

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種磁力對開空間斜軸水力自控閘門，無需外動力，即可由上游來水情況實現(xiàn)閘門的自動啟閉，閘門漸開性好，開啟與關(guān)閉更加省力，同時，閘門蓄水性能好，泄流能力強，水流對稱，狀態(tài)穩(wěn)定，不會產(chǎn)生“拍打”失穩(wěn)的現(xiàn)象，同時，當(dāng)閘門達到較大開度后，能更好地隨水位下降而及時減小閘門開度，更好地實現(xiàn)了自動完成蓄水及泄水目的。一種磁力對開空間斜軸水力自控閘門，包括由澆筑為一個整體的閘墩與閘底板構(gòu)成的閘室，閘墩對稱地布設(shè)在閘底板的兩側(cè)；還包括對開式閘門、空間斜軸和磁力裝置。兩側(cè)閘墩上對稱地布置有空間斜軸，空間斜軸不僅在水流方向的鉛直面上向上游傾斜，而且還在垂直于水流方向的鉛直面上向閘室內(nèi)部(即兩個閘墩之間)傾斜，即空間斜軸上端同時向水流上游方向和閘室中心線方向傾斜；空間斜軸下端固定在閘墩與閘底板連接處；空間斜軸與閘底板形成α夾角，與平行于上、下游方向的鉛直面形成β夾角，α、β的大小根據(jù)閘門材料、重量、上游水位以及閘門要求的開度等參數(shù)綜合分析計算確定；空間斜軸通過錨固結(jié)構(gòu)與閘墩剛性連接；閘室內(nèi)側(cè)安裝空間斜軸位置的上游段閘墩面和下游段閘墩面分別設(shè)計成扭面；所述的對開閘門，由兩扇大小一樣的、左右對稱布置的閘門組成；每扇閘門分別固定在兩側(cè)閘墩的空間斜軸上；左、右兩扇閘門的寬度之和略大于兩側(cè)閘墩之間凈距，使兩閘門在關(guān)閉時，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臄D壓力，以壓緊閘門縫隙中的止水，防止漏水現(xiàn)象的產(chǎn)生；當(dāng)對開閘門完全關(guān)閉時，對開閘門在立面上的投影高度與閘墩高度相等或稍低；對開閘門的兩扇閘門可分別繞著各自的空間斜軸向下游方向在0°～90°左右的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(閘門的最大開度可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，由設(shè)計條件確定)，但不能沿著空間斜軸的軸線方向上下移動；在每扇閘門達到最大開度時相對應(yīng)的閘墩及閘門上，分別設(shè)置有閘墩磁鐵與閘門磁鐵；閘墩磁鐵與閘門磁鐵為同性磁極的磁鐵；閘門磁鐵設(shè)置在每扇閘門邊緣的中間位置，閘墩磁鐵與閘門磁鐵位置相對應(yīng)；閘墩磁鐵和閘門磁鐵的磁力大小由閘門所受力情況，分析確定，以能保證上游水位上升到一定高度時，閘門能全部打開為準(zhǔn)。本發(fā)明空間斜軸的設(shè)計保證了閘門在不同開度時，閘門重量產(chǎn)生的關(guān)門力矩較大，解決了斜軸式水力自控閘門開度較大時，閘門自重產(chǎn)生的使閘門關(guān)閉的力矩減小，不利于閘門的關(guān)閉的問題；由于空間斜軸同時向水流上游方向和閘室中心線方向傾斜，所以，為了更方便地將空間斜軸固定閘墩上，同時，為了使閘室內(nèi)水流狀態(tài)穩(wěn)定，這樣使閘室內(nèi)側(cè)的閘墩面設(shè)計成扭面，當(dāng)閘門關(guān)閉時，由于對開閘門之間產(chǎn)生的擠壓力，可以使閘門更加穩(wěn)定，更利于閘門縱縫之間的止水效果，可由設(shè)計要求確定；對開閘門可采用平面閘門，并有適當(dāng)?shù)闹亓浚l門的重量視上游水深大小而定，以保證在上游水壓力作用下，能自由開啟、關(guān)閉，并保證安全運行為原則；閘門關(guān)閉時，閘門的下端面支撐在閘底板上；兩扇閘門之間、閘門與兩側(cè)閘墩之間及閘門與閘底板之間均設(shè)置有止水，以防止閘門關(guān)閉時產(chǎn)生漏水；當(dāng)上游水位由較高水位開始下降時，閘門在磁鐵的磁力作用下，能更好地及時減小閘門開度，更好地控制下泄流量大小。閘門和閘墩上磁鐵所產(chǎn)生的磁力，再加上閘門受到的水壓力及閘門自重的共同作用，閘門處在一個受力平衡狀態(tài)，能很好地起到減輕閘門振動的作用。在磁鐵磁力作用下，一是可以有效地控制閘門工作過程中的振動，起到減振作用；二是在兩磁鐵產(chǎn)生的磁力作用下，能很好地幫助閘門隨著水位下降而逐漸關(guān)閉，解決當(dāng)閘門開度較大、使閘門自重產(chǎn)生的繞空間斜軸轉(zhuǎn)動的力矩較小、不能更好地及時隨水位下降而自動減小開度的問題。本發(fā)明工作時，當(dāng)上游來水量變化后，使水位發(fā)生改變，這樣作用在閘門上的水壓力也會隨之變化，閘門在水壓力、閘門自重及磁鐵產(chǎn)生的磁力共同作用下，可自動完成閘門的開啟和關(guān)閉過程：首先將兩側(cè)的空間斜軸分別對稱地裝置在兩側(cè)閘墩上，并通過錨固結(jié)構(gòu)與閘墩之間剛性連接，再將對開式閘門通過軸承或鉸分別對稱地固定在兩側(cè)的空間斜軸上，當(dāng)上游來水量增大，閘門前水位升高到一定高度時，上游來水作用在閘門上的力矩(繞空間斜軸的力矩)大于閘門自重及磁力產(chǎn)生的繞空間斜軸的力矩，在克服了轉(zhuǎn)動摩擦力作用后，對開閘門分別繞著各自的空間斜軸向水流下游方向轉(zhuǎn)動，對開閘門自動打開，并通過閘門與閘門之間、閘門與閘底板之間的過水通道向下游泄水；當(dāng)上游來水量維持一定量不再變化時，對開閘門下泄流量與上游來水量相等，閘門前水位保持穩(wěn)定，閘門開度保持穩(wěn)定；如果上游來水量進一步增加，閘門前水位升高到一定高度時，水壓力作用在對開閘門上的力矩進一步大于閘門自重及磁力所產(chǎn)生的繞空間斜軸的力矩，對開閘門向水流下游方向的開度會進一步增大，使下泄流量進一步增大，若當(dāng)上游來水流量增大到一定量不再變化時，閘門前水位保持穩(wěn)定，閘門下泄流量與上游來水流量相等，對開閘門的開度保持穩(wěn)定；當(dāng)上游來水流量增大到一定程度、閘門前水位上升到一定高度后，對開閘門會全部打開，可使對開閘門繞空間斜軸向水流下游方向旋轉(zhuǎn)90°左右，此時，對開閘門與閘墩靠近，對開閘門開度達到最大，以很好地完成泄水的需要。為防止閘門在工作過程中產(chǎn)生振動，在對開閘門與閘墩之間相對應(yīng)的位置，設(shè)置有同性磁極的磁鐵，即閘墩磁鐵與閘門磁鐵，當(dāng)閘門開度達到最大時，磁鐵之間產(chǎn)生的磁力達到最大，并完成了儲能的過程；閘門在水壓力、閘門自重及磁力共同作用下，可以很好地減輕閘門的振動，使閘門工作更加平穩(wěn)。當(dāng)上游來水量減小時，閘門前水位會隨之下降，使得上游水壓力作用在對開閘門上的繞空間斜軸的力矩小于閘門自重及磁力所產(chǎn)生的繞空間斜軸的力矩，在克服了轉(zhuǎn)動摩擦之后，對開閘門會自動向著水流上游的方向轉(zhuǎn)動，則閘門的開度會自動減小，從而減小下泄流量；若當(dāng)上游來水量減小到一定量不再變化時，則閘門前水位保持穩(wěn)定，閘門下泄流量與上游來水流量相等，并保持不變，對開閘門開度保持穩(wěn)定；當(dāng)上游來水量進一步減小時，水位進一步下降，上游水壓力作用在閘門上的繞空間斜軸的力矩，進一步小于閘門自重及磁力所產(chǎn)生的繞空間斜軸的力矩，使得閘門進一步自動向著關(guān)閉的方向轉(zhuǎn)動，則閘門的開度會進一步自動減小，從而使下泄流量進一步減??；當(dāng)上游來水量減小到一定程度時，閘門前水位下降到一定高度時，對開閘門會自動關(guān)閉，以保持蓄水狀態(tài)，這樣磁鐵產(chǎn)生的磁力能很好地幫助閘門產(chǎn)生關(guān)門力矩，解決了對開斜立軸式水力自控閘門，當(dāng)開度較大時，閘門自重產(chǎn)生的關(guān)門力矩較小的難題。當(dāng)閘門關(guān)閉后，由于對開閘門之間、閘門與兩側(cè)閘墩之間、閘門與閘底板之間均設(shè)置有止水，可保持閘門不漏水，完成蓄水任務(wù)，以便于興利使用。所以，閘門的工作完全是由上游水位的高低來自動調(diào)控的。隨著上游來水量的變化，閘門自動開啟并保持一定開度，以自動完成泄水需要，實現(xiàn)了閘門由上游來水的自動控制，實現(xiàn)了無人值守工作制度，非常方便實踐中推廣應(yīng)用。閘門結(jié)構(gòu)簡單，開啟、關(guān)閉更加方便靈活，閘門受力條件更加完善，水流下泄條件更加合理，水流狀態(tài)更加穩(wěn)定。四、附圖說明圖1磁力對開空間斜軸水力自控閘門示意圖1-閘底板；2-閘墩；3-對開閘門；4-閘墩磁鐵；5-閘門磁鐵；6-止水五、具體實施方式如圖1所示，閘墩為兩側(cè)對稱布置的混凝土結(jié)構(gòu)，或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，或漿砌石結(jié)構(gòu)等，視上游水深大小而定，以保證安全穩(wěn)定為依據(jù)，閘墩高度應(yīng)大于上游水深，以保證安全運行為依據(jù)；閘底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，或混凝土結(jié)構(gòu)，或漿砌石結(jié)構(gòu)等，亦視上游水深大小而定，以保證安全穩(wěn)定為依據(jù)；兩側(cè)閘墩與閘底板現(xiàn)場澆筑，并澆筑成一個完整的整體結(jié)構(gòu)，以增加其穩(wěn)定性；閘門的自重視水深大小確定，以保證在上游水壓力、閘墩磁鐵與閘門磁鐵產(chǎn)生的磁力作用下，能自由啟閉并保證安全運行為原則；空間斜軸采用不鑄鋼、合金等金屬材料，并通過錨固結(jié)構(gòu)固定在閘墩上；對開式閘門為預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或具有一定重量及剛性、強度的其它材料，要求閘門質(zhì)地均勻，其質(zhì)量大小應(yīng)滿足在一定水位時，閘門能自動關(guān)閉為依據(jù)。閘門通過軸承固定在空間斜軸上，軸承可視受力大小采用滾動軸承或滑動軸承或采用鉸支承，使閘門可自由地繞著空間斜軸轉(zhuǎn)動；在各扇閘門之間、閘門與兩側(cè)閘墩之間以及閘門與閘底板之間均設(shè)置有止水，防止閘門關(guān)閉時產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，保證正常蓄水；閘墩磁鐵與閘門磁鐵之間的磁力大小由閘門所受力情況，分析確定，以能保證上游水位上升到一定高度時，閘門能全部打開為準(zhǔn)，這樣，當(dāng)上游水位由最高水位開始下降時，閘門在自重及磁力作用下，能更好地及時減小閘門開度，更好地控制下泄流量大小。閘門在工作過程中，受到閘墩磁鐵與閘門磁鐵產(chǎn)生的磁力、閘門自重，以及閘門受到的水壓力，在它們的共同作用，閘門處在一個受力平衡狀態(tài)，能很好地起到減輕閘門振動的作用，且閘門受力較小。這樣既減緩閘門在工作中產(chǎn)生強烈振動問題，又解決了閘門開度較大時，閘門只依靠自重產(chǎn)生的關(guān)門力矩較小而使閘門關(guān)閉困難的問題，閘門工作更加平穩(wěn)。磁力對開空間斜軸水力自控閘門，依靠上游水位高低自動控制其開度大小，具有以下優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)更簡單，無需外動力控制，不需要專人操作控制，它完全由上游來水情況自動調(diào)控，具有節(jié)省人力、物力，運行更加靈活等特點，實現(xiàn)了無人值守運行。(2)能準(zhǔn)確、及時地隨著上游水位的升降，而即時地自動調(diào)節(jié)閘門開度，自動開啟和關(guān)閉閘門，自動完成泄水和蓄水過程，使下泄流量與閘前來流量維持動態(tài)平衡，蓄水、泄水、防洪安全可靠。(3)泄水能力強，水流對稱，流態(tài)穩(wěn)定。在上游來水作用下，對開閘門可以對稱地開啟或關(guān)閉，使下泄水流狀態(tài)對稱，過水凈寬大，水流阻力小，能使漂浮物順利過閘，還兼有沖沙閘的作用，更便于沖沙沖淤，更接近河流天然狀態(tài)，確保泄洪安全及河流環(huán)境安全。(4)磁力對開空間斜軸水力自控閘門，工作過程中，一直處于受力平衡狀態(tài)，閘門受力小，穩(wěn)定性更強。(5)磁力對開空間斜軸水力自控閘門由于增加了閘墩磁鐵與閘門磁鐵，使閘門在達到較大開度后而水位開始降低時，能很好地控制、減小閘門的開度，減小下泄流量，很好地協(xié)調(diào)上游水位與閘門之間的相關(guān)關(guān)系，解決了對開斜立軸式水力自控閘門關(guān)閉閘門較難的問題，使運行更加完善。