水柱闭门平面闸门及其尺寸确定方法技术

一种水柱闭门平面闸门及其尺寸确定方法，将水柱闭门平面闸门视为由上闸门和下闸门两部分组成，上闸门与下闸门通过连接板焊接成一体，上闸门的面板及水封均设置在下游侧，下闸门的面板设置在上游侧、顶部采用封闭盖板与下闸门面板及两侧边柱焊接成一体、底部设置对应的槽型水封装置，通过力的平衡法则求出平面闸门能动水关闭的临界平衡状态时作用在下闸门顶部的水柱力，并考虑一定的水柱闭门安全裕度，得出下闸门高度h

【技术实现步骤摘要】
水柱闭门平面闸门及其尺寸确定方法


[0001]本专利技术涉及水利水电工程金属结构
，尤其涉及一种水柱闭门平面闸门及其尺寸确定方法。

技术介绍

[0002]平面闸门是水电水利工程中较常采用的一种门型，在机组进水口作为事故闸门使用时，为节省投资，较少采用配重动水闭门，通常利用水柱动水闭门。对于水柱闭门平面闸门，传统主要有顶主梁水柱、底主梁水柱两种，顶主梁水柱适用于高水头平面闸门，而底主梁水柱适用于中小水头平面闸门，究其原因是高水头平面闸门利用水头高、水柱力大，为减少水柱压力、降低启闭机容量，采用顶主梁水柱；中小水头平面闸门因利用水头低、水柱力小，为增加水柱力、确保闸门能有效动水闭门，采用底主梁水柱。
[0003]目前设计人员主要根据工程经验采用试算法确定平面闸门水柱力，先根据闸门主梁高度、水封跨度、水柱利用水头确定水柱压力，再根据《水电工程钢闸门设计规范》(NB35055)9.1启闭力计算的9.1.1公式复核闸门闭门力，若经验不足，通常会存在水柱力不够或水柱力过大的问题，需重复进行多次主梁高度调整方能达到较合理的技术经济要求，比如中高水头高窄平面事故闸门采用顶主梁较常出现水柱力不足现象，而采用底主梁水柱又会导致水柱力过大启闭机容量过大增加投资较多的问题；因此，采用试算法要求设计人员要有一定的工程经验基础且对于顶主梁水柱和底主梁水柱不易确定的高窄潜孔平面闸门，有时也需要进行多次方案论证后方能确定，计算耗时过长，设计繁琐，所以现有技术还是不够完善，有待于进一步提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提出一种水柱闭门平面闸门及其尺寸确定方法，旨在解决上述技术问题。
[0005]为实现上述目的，一方面，本专利技术提出一种水柱闭门平面闸门，该水柱闭门平面闸门包括上闸门和下闸门，上闸门与下闸门之间通过连接板焊接成一体；在上闸门的下游侧设置有上闸门面板，在下闸门上游侧设置有下闸门面板；在水柱闭门平面闸门下游侧的两边分别设置有侧水封和主支承；在上闸门和下闸门的内部分别设置有多根主梁；在上闸门的下游侧顶部设置有顶水封，在下闸门的底部设置有底水封。
[0006]优选的，所述下闸门的顶部设置有封闭盖板，封闭盖板与下闸门面板、以及下闸门两侧的边柱焊接成一体。
[0007]优选的，在封闭盖板的底部设置有多根T型小梁，在封闭盖板的后部设置有翼缘板。
[0008]优选的，在下闸门两侧的边柱的底部的型槽内设置有槽型水封装置。
[0009]另一方面，本专利技术还提出一种针对上述水柱闭门平面闸门的尺寸确定方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：根据已知闸门孔口尺寸宽度B和高度H、设计水头高度H
s
，确定顶水封的中心至底槛的高度h、两边侧水封的中心距离B
zs
、两侧主支承之间的跨度B
L
、主梁的高度H
L
，同时确定顶水封、侧水封的水封头外缘至上闸门面板的高度S，下闸门面板及底水封的厚度之和δ，顶水封和侧水封的水封头半径r，水柱闭门平面闸门的自重G；
[0011]步骤S2：假定下闸门高度为h
下
，则上闸门的顶水封以下高度为h
上
＝h
‑
h
下
；
[0012]步骤S3：根据水柱闭门平面闸门的总水压力P，确定主支承的支承摩阻力T
zd
；
[0013]步骤S4：确定侧水封、顶水封受到的水封摩阻力T
zs
；
[0014]步骤S5：确定水柱闭门平面闸门能动水关闭时的下闸门临界平衡高度h
x
，根据临界平衡高度h
x
确定下闸门高度h
下
；
[0015]步骤S6：确定上闸门顶水封以下高度为h
上
。
[0016]优选的，在步骤S1中：顶水封的中心至底槛的高度h＝H+(50～300)mm；
[0017]两边侧水封的中心距离B
ZS
＝B+(100～600)mm；
[0018]两侧主支承之间的跨度B
L
＝B+(300～1200)mm；且B
L
＝B
ZS
+(200～600)mm；
[0019]主梁的高度H
L
＝(1/12～1/8)B
L
。
[0020]在步骤S3中：
[0021]水柱闭门平面闸门的总水压力P＝γ(2H
s
‑
h)hB
zs
/2；
[0022]支承摩阻力T
zd
＝f
zd
×
P＝γf
zd
(2H
s
‑
h)hB
zs
/2；
[0023]式中：γ为水的容重(kN/m3)；
[0024]f
zd
为支承摩擦系数。
[0025]在步骤S4中：
[0026]侧水封的最大水压力P
zs1
＝(H
s
‑
h/2)
×
h
×
2r＝(2H
s
‑
h)hr；
[0027]顶水封最大水压力P
zs2
＝2B
zs
r(H
s
‑
h)；
[0028]由于侧水封为两条、顶水封为一条，则水封摩阻力T
zs
＝f
zs
×
(2P
zs1
+P
zs2
)＝2f
zs
r(2H
s
h+B
zs H
s
‑
B
zs
h
‑
h2)；
[0029]式中：f
zs
为水封滑动摩擦系数。
[0030]在步骤S5中，根据下式：
[0031]下闸门承受的水柱力W
s
＝(H
s
‑
h
x
)B
L
H
L
+(H
s
‑
h)B
zs
S；
[0032]下闸门承受的上托力P
t
＝H
s
B
L
δ，
[0033][0034]考虑水柱裕度
△
h，从而得到下闸门的高度为：
[0035]h
下
＝[H
s
(B
L
H
L
+B
zs
S
‑
B
L
δ)+n
G
G
‑
hB
zs
S
‑
n
T
(T
zd
+T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水柱闭门平面闸门，其特征在于，该水柱闭门平面闸门(1)包括上闸门(2)和下闸门(3)，上闸门(2)与下闸门(3)之间通过连接板(4)焊接成一体；在上闸门(2)的下游侧设置有上闸门面板(11)，在下闸门(3)上游侧设置有下闸门面板(18)；在水柱闭门平面闸门(1)下游侧的两边分别设置有侧水封(7)和主支承(8)；在上闸门(2)和下闸门(3)的内部分别设置有多根主梁(9)；在上闸门(2)的下游侧顶部设置有顶水封(5)，在下闸门(3)的底部设置有底水封(12)。2.如权利要求1所述的一种水柱闭门平面闸门，其特征在于，所述下闸门(3)的顶部设置有封闭盖板(13)，封闭盖板(13)与下闸门面板(18)、以及下闸门(3)两侧的边柱(14)焊接成一体。3.如权利要求3所述的一种水柱闭门平面闸门，其特征在于，在封闭盖板(13)的底部设置有多根T型小梁(16)，在封闭盖板(13)的后部设置有翼缘板(17)。4.如权利要求1所述的一种水柱闭门平面闸门，其特征在于，在下闸门(3)两侧的边柱(14)的底部的型槽内设置有槽型水封装置(15)。5.一种如权利要求1至4任一所述的水柱闭门平面闸门的尺寸确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据已知闸门孔口尺寸宽度B和高度H、设计水头高度H
s
，确定顶水封(5)的中心至底槛(6)的高度h、两边侧水封(7)的中心距离B
zs
、两侧主支承(8)之间的跨度B
L
、主梁(9)的高度H
L
，同时确定顶水封(5)、侧水封(7)的水封头外缘(10)至上闸门面板(11)的高度S，下闸门面板(18)及底水封(12)的厚度之和δ，顶水封(5)和侧水封(7)的水封头半径r，水柱闭门平面闸门(1)的自重G；步骤S2：假定下闸门(3)高度为h
下
，则上闸门(2)的顶水封(5)以下高度为h
上
＝h
‑
h
下
；步骤S3：根据水柱闭门平面闸门(1)的总水压力P，确定主支承(8)的支承摩阻力T
zd
；步骤S4：确定侧水封(7)、顶水封(5)受到的水封摩阻力T
zs
；步骤S5：确定下闸门(3)能动水关闭的临界平衡高度h
x
，根据临界平衡高度h
x
确定下闸门(3)高度h
下
；步骤S6：确定上闸门(2)顶水封以下高度为h
上
。6.如权利要求5所述的一种水柱闭门平面闸门的尺寸确定方法，其特征在于，在步骤S1中：顶水封(5)的中心至底槛(6)的高度h＝H+(50～300)mm；两边侧水封(7)的中心距离B
ZS
＝B+(100～600)mm；两侧主支承(8)之间的跨度B
L
＝B+(300～1200)mm，且B
L
＝B
ZS
+(200～600)mm；主梁(9)的高度H
L
＝(1/12～1/8)B
L
。7.如权利要求6所述的一种水柱闭门平面闸门的尺寸确定方法，其特征在于，在步骤S3中：水柱闭门平面闸门(1)的总水压力P＝γ(2H
s
‑
h)hB
zs
/2；支承摩阻力T
zd
＝f
zd
×
P＝γf
zd
(2H
s
‑
h)hB
zs
/2；式中：γ为水的容重(kN/m3)；f
zd
为支承摩擦系数。8.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴恩，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：