磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)一、所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)。二、

背景技術(shù)：
水力自動(dòng)翻板閘門(mén)是一種節(jié)能、環(huán)保型閘門(mén)，在我國(guó)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(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)“拍打”破壞現(xiàn)象、啟閉不靈活等問(wèn)題。為此，研發(fā)了斜軸式水力自控閘門(mén)等。斜軸式水力自控閘門(mén)，能很好地自動(dòng)完成蓄、泄水對(duì)閘門(mén)工作的要求，可替代水力自動(dòng)翻板閘門(mén)、常規(guī)閘門(mén)、漿砌石攔河壩、橡膠壩等設(shè)施進(jìn)行蓄泄水工作，能隨著上游水位高低自動(dòng)調(diào)整閘門(mén)的開(kāi)度，自動(dòng)完成蓄水、泄水工作，同時(shí)，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(dòng)翻板閘門(mén)、常規(guī)閘門(mén)、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(mén)工作需要外力控制等不足。但斜軸式水力自控閘門(mén)，由于斜軸式水力自控閘門(mén)只設(shè)計(jì)有一扇閘門(mén)，由于下泄水流不對(duì)稱，流態(tài)較為復(fù)雜，所以，研發(fā)了對(duì)開(kāi)斜立軸式水力自控閘門(mén)(申請(qǐng)?zhí)枺?015203210641)，解決了水流狀態(tài)不對(duì)稱的問(wèn)題。再者，斜軸式水力自控閘門(mén)及對(duì)開(kāi)斜立軸式水力自控閘門(mén)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(mén)開(kāi)度較大時(shí)，閘門(mén)自重產(chǎn)生的使閘門(mén)關(guān)閉的力矩減小，不利于閘門(mén)的關(guān)閉。為了使閘門(mén)水流狀態(tài)理穩(wěn)定，閘門(mén)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(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)了磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)。三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)，無(wú)需外動(dòng)力，即可由上游來(lái)水情況實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的自動(dòng)啟閉，閘門(mén)漸開(kāi)性好，開(kāi)啟與關(guān)閉更加省力，同時(shí)，閘門(mén)蓄水性能好，泄流能力強(qiáng)，水流對(duì)稱，狀態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生“拍打”失穩(wěn)的現(xiàn)象，同時(shí)，當(dāng)閘門(mén)達(dá)到較大開(kāi)度后，能更好地隨水位下降而及時(shí)減小閘門(mén)開(kāi)度，更好地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)完成蓄水及泄水目的。一種磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)，包括由澆筑為一個(gè)整體的閘墩與閘底板構(gòu)成的閘室，閘墩對(duì)稱地布設(shè)在閘底板的兩側(cè)；還包括對(duì)開(kāi)式閘門(mén)、空間斜軸和磁力裝置。兩側(cè)閘墩上對(duì)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(gè)閘墩之間)傾斜，即空間斜軸上端同時(shí)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(mén)材料、重量、上游水位以及閘門(mén)要求的開(kāi)度等參數(shù)綜合分析計(jì)算確定；空間斜軸通過(guò)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(jì)成扭面；所述的對(duì)開(kāi)閘門(mén)，由兩扇大小一樣的、左右對(duì)稱布置的閘門(mén)組成；每扇閘門(mén)分別固定在兩側(cè)閘墩的空間斜軸上；左、右兩扇閘門(mén)的寬度之和略大于兩側(cè)閘墩之間凈距，使兩閘門(mén)在關(guān)閉時(shí)，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臄D壓力，以壓緊閘門(mén)縫隙中的止水，防止漏水現(xiàn)象的產(chǎn)生；當(dāng)對(duì)開(kāi)閘門(mén)完全關(guān)閉時(shí)，對(duì)開(kāi)閘門(mén)在立面上的投影高度與閘墩高度相等或稍低；對(duì)開(kāi)閘門(mén)的兩扇閘門(mén)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(dòng)(閘門(mén)的最大開(kāi)度可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，由設(shè)計(jì)條件確定)，但不能沿著空間斜軸的軸線方向上下移動(dòng)；在每扇閘門(mén)達(dá)到最大開(kāi)度時(shí)相對(duì)應(yīng)的閘墩及閘門(mén)上，分別設(shè)置有閘墩磁鐵與閘門(mén)磁鐵；閘墩磁鐵與閘門(mén)磁鐵為同性磁極的磁鐵；閘門(mén)磁鐵設(shè)置在每扇閘門(mén)邊緣的中間位置，閘墩磁鐵與閘門(mén)磁鐵位置相對(duì)應(yīng)；閘墩磁鐵和閘門(mén)磁鐵的磁力大小由閘門(mén)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(shí)，閘門(mén)能全部打開(kāi)為準(zhǔn)。本發(fā)明空間斜軸的設(shè)計(jì)保證了閘門(mén)在不同開(kāi)度時(shí)，閘門(mén)重量產(chǎn)生的關(guān)門(mén)力矩較大，解決了斜軸式水力自控閘門(mén)開(kāi)度較大時(shí)，閘門(mén)自重產(chǎn)生的使閘門(mén)關(guān)閉的力矩減小，不利于閘門(mén)的關(guān)閉的問(wèn)題；由于空間斜軸同時(shí)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(shí)，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(jì)成扭面，當(dāng)閘門(mén)關(guān)閉時(shí)，由于對(duì)開(kāi)閘門(mén)之間產(chǎn)生的擠壓力，可以使閘門(mén)更加穩(wěn)定，更利于閘門(mén)縱縫之間的止水效果，可由設(shè)計(jì)要求確定；對(duì)開(kāi)閘門(mén)可采用平面閘門(mén)，并有適當(dāng)?shù)闹亓?，閘門(mén)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(kāi)啟、關(guān)閉，并保證安全運(yùn)行為原則；閘門(mén)關(guān)閉時(shí)，閘門(mén)的下端面支撐在閘底板上；兩扇閘門(mén)之間、閘門(mén)與兩側(cè)閘墩之間及閘門(mén)與閘底板之間均設(shè)置有止水，以防止閘門(mén)關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生漏水；當(dāng)上游水位由較高水位開(kāi)始下降時(shí)，閘門(mén)在磁鐵的磁力作用下，能更好地及時(shí)減小閘門(mén)開(kāi)度，更好地控制下泄流量大小。閘門(mén)和閘墩上磁鐵所產(chǎn)生的磁力，再加上閘門(mén)受到的水壓力及閘門(mén)自重的共同作用，閘門(mén)處在一個(gè)受力平衡狀態(tài)，能很好地起到減輕閘門(mén)振動(dòng)的作用。在磁鐵磁力作用下，一是可以有效地控制閘門(mén)工作過(guò)程中的振動(dòng)，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(mén)隨著水位下降而逐漸關(guān)閉，解決當(dāng)閘門(mén)開(kāi)度較大、使閘門(mén)自重產(chǎn)生的繞空間斜軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩較小、不能更好地及時(shí)隨水位下降而自動(dòng)減小開(kāi)度的問(wèn)題。本發(fā)明工作時(shí)，當(dāng)上游來(lái)水量變化后，使水位發(fā)生改變，這樣作用在閘門(mén)上的水壓力也會(huì)隨之變化，閘門(mén)在水壓力、閘門(mén)自重及磁鐵產(chǎn)生的磁力共同作用下，可自動(dòng)完成閘門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程：首先將兩側(cè)的空間斜軸分別對(duì)稱地裝置在兩側(cè)閘墩上，并通過(guò)錨固結(jié)構(gòu)與閘墩之間剛性連接，再將對(duì)開(kāi)式閘門(mén)通過(guò)軸承或鉸分別對(duì)稱地固定在兩側(cè)的空間斜軸上，當(dāng)上游來(lái)水量增大，閘門(mén)前水位升高到一定高度時(shí)，上游來(lái)水作用在閘門(mén)上的力矩(繞空間斜軸的力矩)大于閘門(mén)自重及磁力產(chǎn)生的繞空間斜軸的力矩，在克服了轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力作用后，對(duì)開(kāi)閘門(mén)分別繞著各自的空間斜軸向水流下游方向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)開(kāi)閘門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，并通過(guò)閘門(mén)與閘門(mén)之間、閘門(mén)與閘底板之間的過(guò)水通道向下游泄水；當(dāng)上游來(lái)水量維持一定量不再變化時(shí)，對(duì)開(kāi)閘門(mén)下泄流量與上游來(lái)水量相等，閘門(mén)前水位保持穩(wěn)定，閘門(mén)開(kāi)度保持穩(wěn)定；如果上游來(lái)水量進(jìn)一步增加，閘門(mén)前水位升高到一定高度時(shí)，水壓力作用在對(duì)開(kāi)閘門(mén)上的力矩進(jìn)一步大于閘門(mén)自重及磁力所產(chǎn)生的繞空間斜軸的力矩，對(duì)開(kāi)閘門(mén)向水流下游方向的開(kāi)度會(huì)進(jìn)一步增大，使下泄流量進(jìn)一步增大，若當(dāng)上游來(lái)水流量增大到一定量不再變化時(shí)，閘門(mén)前水位保持穩(wěn)定，閘門(mén)下泄流量與上游來(lái)水流量相等，對(duì)開(kāi)閘門(mén)的開(kāi)度保持穩(wěn)定；當(dāng)上游來(lái)水流量增大到一定程度、閘門(mén)前水位上升到一定高度后，對(duì)開(kāi)閘門(mén)會(huì)全部打開(kāi)，可使對(duì)開(kāi)閘門(mén)繞空間斜軸向水流下游方向旋轉(zhuǎn)90°左右，此時(shí)，對(duì)開(kāi)閘門(mén)與閘墩靠近，對(duì)開(kāi)閘門(mén)開(kāi)度達(dá)到最大，以很好地完成泄水的需要。為防止閘門(mén)在工作過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)，在對(duì)開(kāi)閘門(mén)與閘墩之間相對(duì)應(yīng)的位置，設(shè)置有同性磁極的磁鐵，即閘墩磁鐵與閘門(mén)磁鐵，當(dāng)閘門(mén)開(kāi)度達(dá)到最大時(shí)，磁鐵之間產(chǎn)生的磁力達(dá)到最大，并完成了儲(chǔ)能的過(guò)程；閘門(mén)在水壓力、閘門(mén)自重及磁力共同作用下，可以很好地減輕閘門(mén)的振動(dòng)，使閘門(mén)工作更加平穩(wěn)。當(dāng)上游來(lái)水量減小時(shí)，閘門(mén)前水位會(huì)隨之下降，使得上游水壓力作用在對(duì)開(kāi)閘門(mén)上的繞空間斜軸的力矩小于閘門(mén)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(dòng)摩擦之后，對(duì)開(kāi)閘門(mén)會(huì)自動(dòng)向著水流上游的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則閘門(mén)的開(kāi)度會(huì)自動(dòng)減小，從而減小下泄流量；若當(dāng)上游來(lái)水量減小到一定量不再變化時(shí)，則閘門(mén)前水位保持穩(wěn)定，閘門(mén)下泄流量與上游來(lái)水流量相等，并保持不變，對(duì)開(kāi)閘門(mén)開(kāi)度保持穩(wěn)定；當(dāng)上游來(lái)水量進(jìn)一步減小時(shí)，水位進(jìn)一步下降，上游水壓力作用在閘門(mén)上的繞空間斜軸的力矩，進(jìn)一步小于閘門(mén)自重及磁力所產(chǎn)生的繞空間斜軸的力矩，使得閘門(mén)進(jìn)一步自動(dòng)向著關(guān)閉的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則閘門(mén)的開(kāi)度會(huì)進(jìn)一步自動(dòng)減小，從而使下泄流量進(jìn)一步減?。划?dāng)上游來(lái)水量減小到一定程度時(shí)，閘門(mén)前水位下降到一定高度時(shí)，對(duì)開(kāi)閘門(mén)會(huì)自動(dòng)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(mén)產(chǎn)生關(guān)門(mén)力矩，解決了對(duì)開(kāi)斜立軸式水力自控閘門(mén)，當(dāng)開(kāi)度較大時(shí)，閘門(mén)自重產(chǎn)生的關(guān)門(mén)力矩較小的難題。當(dāng)閘門(mén)關(guān)閉后，由于對(duì)開(kāi)閘門(mén)之間、閘門(mén)與兩側(cè)閘墩之間、閘門(mén)與閘底板之間均設(shè)置有止水，可保持閘門(mén)不漏水，完成蓄水任務(wù)，以便于興利使用。所以，閘門(mén)的工作完全是由上游水位的高低來(lái)自動(dòng)調(diào)控的。隨著上游來(lái)水量的變化，閘門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟并保持一定開(kāi)度，以自動(dòng)完成泄水需要，實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)由上游來(lái)水的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守工作制度，非常方便實(shí)踐中推廣應(yīng)用。閘門(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)啟、關(guān)閉更加方便靈活，閘門(mén)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(shuō)明圖1磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)示意圖1-閘底板；2-閘墩；3-對(duì)開(kāi)閘門(mén)；4-閘墩磁鐵；5-閘門(mén)磁鐵；6-止水五、具體實(shí)施方式如圖1所示，閘墩為兩側(cè)對(duì)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(yùn)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(chǎng)澆筑，并澆筑成一個(gè)完整的整體結(jié)構(gòu)，以增加其穩(wěn)定性；閘門(mén)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(mén)磁鐵產(chǎn)生的磁力作用下，能自由啟閉并保證安全運(yùn)行為原則；空間斜軸采用不鑄鋼、合金等金屬材料，并通過(guò)錨固結(jié)構(gòu)固定在閘墩上；對(duì)開(kāi)式閘門(mén)為預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或具有一定重量及剛性、強(qiáng)度的其它材料，要求閘門(mén)質(zhì)地均勻，其質(zhì)量大小應(yīng)滿足在一定水位時(shí)，閘門(mén)能自動(dòng)關(guān)閉為依據(jù)。閘門(mén)通過(guò)軸承固定在空間斜軸上，軸承可視受力大小采用滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承或采用鉸支承，使閘門(mén)可自由地繞著空間斜軸轉(zhuǎn)動(dòng)；在各扇閘門(mén)之間、閘門(mén)與兩側(cè)閘墩之間以及閘門(mén)與閘底板之間均設(shè)置有止水，防止閘門(mén)關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，保證正常蓄水；閘墩磁鐵與閘門(mén)磁鐵之間的磁力大小由閘門(mén)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(shí)，閘門(mén)能全部打開(kāi)為準(zhǔn)，這樣，當(dāng)上游水位由最高水位開(kāi)始下降時(shí)，閘門(mén)在自重及磁力作用下，能更好地及時(shí)減小閘門(mén)開(kāi)度，更好地控制下泄流量大小。閘門(mén)在工作過(guò)程中，受到閘墩磁鐵與閘門(mén)磁鐵產(chǎn)生的磁力、閘門(mén)自重，以及閘門(mén)受到的水壓力，在它們的共同作用，閘門(mén)處在一個(gè)受力平衡狀態(tài)，能很好地起到減輕閘門(mén)振動(dòng)的作用，且閘門(mén)受力較小。這樣既減緩閘門(mén)在工作中產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)問(wèn)題，又解決了閘門(mén)開(kāi)度較大時(shí)，閘門(mén)只依靠自重產(chǎn)生的關(guān)門(mén)力矩較小而使閘門(mén)關(guān)閉困難的問(wèn)題，閘門(mén)工作更加平穩(wěn)。磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)，依靠上游水位高低自動(dòng)控制其開(kāi)度大小，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，無(wú)需外動(dòng)力控制，不需要專人操作控制，它完全由上游來(lái)水情況自動(dòng)調(diào)控，具有節(jié)省人力、物力，運(yùn)行更加靈活等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守運(yùn)行。(2)能準(zhǔn)確、及時(shí)地隨著上游水位的升降，而即時(shí)地自動(dòng)調(diào)節(jié)閘門(mén)開(kāi)度，自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉閘門(mén)，自動(dòng)完成泄水和蓄水過(guò)程，使下泄流量與閘前來(lái)流量維持動(dòng)態(tài)平衡，蓄水、泄水、防洪安全可靠。(3)泄水能力強(qiáng)，水流對(duì)稱，流態(tài)穩(wěn)定。在上游來(lái)水作用下，對(duì)開(kāi)閘門(mén)可以對(duì)稱地開(kāi)啟或關(guān)閉，使下泄水流狀態(tài)對(duì)稱，過(guò)水凈寬大，水流阻力小，能使漂浮物順利過(guò)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(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)，工作過(guò)程中，一直處于受力平衡狀態(tài)，閘門(mén)受力小，穩(wěn)定性更強(qiáng)。(5)磁力對(duì)開(kāi)空間斜軸水力自控閘門(mén)由于增加了閘墩磁鐵與閘門(mén)磁鐵，使閘門(mén)在達(dá)到較大開(kāi)度后而水位開(kāi)始降低時(shí)，能很好地控制、減小閘門(mén)的開(kāi)度，減小下泄流量，很好地協(xié)調(diào)上游水位與閘門(mén)之間的相關(guān)關(guān)系，解決了對(duì)開(kāi)斜立軸式水力自控閘門(mén)關(guān)閉閘門(mén)較難的問(wèn)題，使運(yùn)行更加完善。