【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水电水利工程金属结构，尤其涉及一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法。
技术介绍
1、传统处于水下淹没状态的闸门一般通过坝(闸)顶上部设置的启闭设备操作，该种布置方式，闸门的启闭设备通常采用卷扬机，闸门每次操作需通过卷扬机提升或下放的行程较大，且一扇闸门顶部只能设置一台卷扬机，因此卷扬机每次只能操作一扇闸门，因此操作比较麻烦且耗时过长，有时不能满足功能要求。随着技术进步，基于满足功能的需求，国内已在水电水利、港航、景观水闸等工程开展了一些在淹没式闸门设置水下驱动装置的研究，比如在水电工程水生态环保领域针对现有分层取水技术存在的取水范围有限、操作繁琐、耗时过长、检修维护困难等问题，已在研发能够实现高效快捷的取水闸门或设备，以达到精确实施对高坝水库取水口引用水量、水温水质的严格控制，更好的满足河流水生态环保要求。
2、现有技术中公开号为cn114215020a的中国专利公开了一种高效快捷的无级分层取水闸门装置，该种闸门装置长期处于水下淹没状态，每节闸门由活动门瓣和支撑活动门瓣的流道闸及水下驱动装置组成，活动门瓣通过流道闸内设置的水下驱动装置操作，活动门瓣通过水下驱动装置进行局部开启或全开全闭操作实现任意深度取水要求；但该无级分层取水闸门装置尚未公开水下驱动装置的定位方法，且水下驱动装置的上吊点定位在流道闸内，会导致水下驱动装置力臂较小、推拉力较大，增加了水下驱动装置的外形尺寸及重量，投资成本较高；且流道闸内设置的用于与水下驱动装置上端部转动铰接的吊板悬挂于流道过流孔中，在取水运行过程中，会阻碍水流，减小
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，旨在解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提出一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，该淹没式闸门包括活动门瓣和流道闸，活动门瓣的底部设置有转动铰板，流道闸上游侧底端设置有固定铰板；转动铰板与固定铰板之间采用转动铰轴连接；水下驱动装置的上端与设置于流道闸下游侧顶端的悬臂支座转动铰接，水下驱动装置的下端与活动门瓣下游侧表面上的耳板转动铰接，定位方法包括以下步骤：
3、步骤s1：根据流道闸过流孔口的宽度b和高度h、以及承受水压力，预估水下驱动装置的缸体的半径，根据缸体的半径确定水下驱动装置运行过程中不与流道闸、活动门瓣相碰的最小安全距离r；
4、步骤s2：根据最小安全距离r值确定驱动活动门瓣运动的最大力臂值lmax；
5、步骤s3：确定水下驱动装置的拉推力比值系数ζ；
6、步骤s4：定位确定水下驱动装置的转动铰点；
7、步骤s5：确定水下驱动装置的工作行程；
8、步骤s6：确定水下驱动装置的上端与悬臂支座的铰接结构及铰接点位置。
9、优选的，依据活动门瓣开启及关闭状态时的阻力距根据力矩平衡方程法确定合理的推拉力量值，反推出合理的推拉力臂值，按相交线的交点唯一法则定位确定水下驱动装置的转动铰点为其活动门瓣全关和全开状态下驱动时推拉力作用线的交点，并通过水下驱动装置全伸状态上下铰点距离与全缩状态上下铰点距离的差值确定其工作行程。
10、优选的，在步骤s2中，在确定驱动活动门瓣运动的最大力臂lmax时，需要确定水下驱动装置的中心轴线与水平方向的最大夹角φmax；该最大夹角φmax的计算方法如下：活动门瓣全开状态时，耳板的转动中心标记为点a，在流道闸过流孔口顶部后缘取一点记作后缘点b，在后缘点b以最小安全距离r为半径作圆得到第一圆，以经过点a作第一圆的切线，切点为c，得到切线ac，则切线ac即为水下驱动装置的上限中心轴线；
11、θ＝sin-1(h0/l0)；
12、α＝sin-1(r/l0)；
13、φmax＝θ-α＝sin-1(h0/l0)-sin-1(r/l0)；
14、式中：θ为点a、后缘点b的连线ab与水平方向的夹角；
15、h0为活动门瓣全开状态时，点a至后缘点b的垂直高度；
16、l0为活动门瓣全开状态时，点a至后缘点b的距离；
17、α为活动门瓣全开状态时，点a、后缘点b的连线ab与水下驱动装置的上限中心轴线的夹角。
18、优选的，计算驱动活动门瓣运动的最大力臂值lmax的方法为：以转动铰轴的转动中心为o点，按水下驱动装置的上限中心轴线与水平方向的夹角为φmax时，转动铰轴的转动中心o点至水下驱动装置中心轴线的垂直为d；反向延长切线ac，与经过转动铰轴的转动中心为o点的水平线相交于d点，转动铰轴的转动中心o点与至d点的水平间距为l1，则：
19、d＝l1sinφmax；
20、lmax＝l1sinφmax＝l1sin(θ-α)。
21、优选的，在步骤s3中，确定水下驱动装置的拉推力比值系数ζ时，需要确定活动门瓣由全开状态进行关闭时的阻力矩mf，再计算水下驱动装置驱动活动门瓣由全开状态进行关闭所需拉力fl；计算公式为：
22、mf＝ps1l2+gl3+fd1r1+fs1l4；
23、fl≥nlmf/lmax＝nl(ps1l2+gl3+fd1r1+fs1l4)/lmax；
24、其中：ps1为活动门瓣全开状态时受到的水压力，l2为活动门瓣全开状态时ps1作用中心至转动铰轴的转动中心o点的水平距离；
25、g为活动门瓣的重力，l3为活动门瓣全开状态时的重心至转动铰轴的转动中心o点的水平距离；
26、fd1为活动门瓣全开状态关闭时转动铰轴的摩擦力，r1为转动铰轴的半径；
27、fs1为活动门瓣全开状态关闭时侧水封的摩擦力，l4为fs1作用力中心至转动铰轴的转动中心o点的水平距离；
28、nl为拉力距安全系数，取1.0～3.5。
29、优选的，在步骤s3中，确定水下驱动装置的拉推力比值系数ζ时，还需要确定活动门瓣由全关状态进行开启时的阻力矩mf`，再计算水下驱动装置驱动活动门瓣由全关状态进行开启所需推力ft；计算公式为：
30、mf`＝ps2l5+gl6+fd2r1+fs2l7；
31、ft≥ntmf`/lmax＝nt(ps2l5+gl6+fd2r1+fs2l7)/lmax；
32、其中：ps2为活动门瓣全关状态时受到的水压力；l5为活动门瓣全关状态时ps2作用中心至转动铰轴的转动中心o点的垂直距离；
33、g为活动门瓣的重力，l6为活动门瓣全关状态时的重心至转动铰轴的转本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，该淹没式闸门包括活动门瓣(1)和流道闸(3)，活动门瓣(1)的底部设置有转动铰板(1a)，流道闸(3)上游侧底端设置有固定铰板(3a)；转动铰板(1a)与固定铰板(3a)之间采用转动铰轴(13)连接；水下驱动装置(2)的上端与设置于流道闸(3)下游侧顶端的悬臂支座(4)转动铰接，水下驱动装置(2)的下端与活动门瓣(1)下游侧表面上的耳板(1b)转动铰接，其特征在于，定位方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，依据活动门瓣(1)开启及关闭状态时的阻力距根据力矩平衡方程法确定合理的推拉力量值，反推出合理的推拉力臂值，按相交线的交点唯一法则定位确定水下驱动装置(2)的转动铰点为其活动门瓣全关和全开状态下驱动时推拉力作用线的交点，并通过水下驱动装置(2)全伸状态上下铰点距离与全缩状态上下铰点距离的差值确定其工作行程。
3.如权利要求1所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，在步骤S2中，在确定驱动活动门瓣(1)运动的最大力臂Lmax时，需
4.如权利要求3所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，计算驱动活动门瓣(1)运动的最大力臂值Lmax的方法为：以转动铰轴(13)的转动中心为O点，按水下驱动装置(2)的上限中心轴线与水平方向的夹角为时，转动铰轴(13)的转动中心O点至水下驱动装置(2)中心轴线的垂直距离为d；反向延长切线AC，与经过转动铰轴(13)的转动中心为O点的水平线相交于D点，转动铰轴(13)的转动中心O点与至D点的水平间距为L1，则：
5.如权利要求4所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，在步骤S3中，确定水下驱动装置(2)的拉推力比值系数ζ时，需要确定活动门瓣(1)由全开状态进行关闭时的阻力矩Mf，再计算水下驱动装置(2)驱动活动门瓣(1)由全开状态进行关闭所需拉力FL；计算公式为：
6.如权利要求5所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，在步骤S3中，确定水下驱动装置(2)的拉推力比值系数ζ时，还需要确定活动门瓣(1)由全关状态进行开启时的阻力矩Mf`，再计算水下驱动装置(2)驱动活动门瓣(1)由全关状态进行开启所需推力FT；计算公式为：
7.如权利要求6所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，水下驱动装置(2)的根据标准系列参数按FT≥nTMf`/Lmax要求选定FT`数值，再根据FL＝ζFT按水下驱动装置(2)标准系列参数确定FL`数值，从而确定满足活动门瓣(1)开启和关闭时的力臂LT＝nTMf`/FT`、LL＝nLMf/FL`。
8.如权利要求7所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，在步骤S4定位确定水下驱动装置(2)的转动铰点，方法如下：
9.如权利要求8所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，当全缩长度Ls满足水下驱动装置(2)全缩时布置上吊头(24)的外形几何尺寸，且水下驱动装置(2)的缸体位于悬臂支座(4)的外部时，在所述水下驱动装置(2)的上部设置有上吊头(24)；上吊头(24)的厚度为δ；
10.如权利要求8所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，当全缩长度Ls满足水下驱动装置(2)全缩时布置上吊头的外形几何尺寸，且水下驱动装置(2)的缸体位于悬臂支座(4)的内部时，在所述水下驱动装置(2)的上部设置有上吊头(24)；
11.如权利要求8所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，当全缩长度Ls不能满足水下驱动装置(2)全缩时布置上吊头的外形几何尺寸，水下驱动装置(2)按中部转动铰点进行设计，在水下驱动装置(2)上设置有中部固定铰筒(32)；
12.如权利要求8所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，当全缩长度Ls不能满足水下驱动装置(2)全缩时布置上吊头的外形几何尺寸，水下驱动装置(2)重新定位确定上端部转动铰点时，采用如下方法：
13.如权利要求1所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细...
【技术特征摘要】
1.一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，该淹没式闸门包括活动门瓣(1)和流道闸(3)，活动门瓣(1)的底部设置有转动铰板(1a)，流道闸(3)上游侧底端设置有固定铰板(3a)；转动铰板(1a)与固定铰板(3a)之间采用转动铰轴(13)连接；水下驱动装置(2)的上端与设置于流道闸(3)下游侧顶端的悬臂支座(4)转动铰接，水下驱动装置(2)的下端与活动门瓣(1)下游侧表面上的耳板(1b)转动铰接，其特征在于，定位方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，依据活动门瓣(1)开启及关闭状态时的阻力距根据力矩平衡方程法确定合理的推拉力量值，反推出合理的推拉力臂值，按相交线的交点唯一法则定位确定水下驱动装置(2)的转动铰点为其活动门瓣全关和全开状态下驱动时推拉力作用线的交点，并通过水下驱动装置(2)全伸状态上下铰点距离与全缩状态上下铰点距离的差值确定其工作行程。
3.如权利要求1所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，在步骤s2中，在确定驱动活动门瓣(1)运动的最大力臂lmax时，需要确定水下驱动装置(2)的中心轴线与水平方向的最大夹角该最大夹角的计算方法如下：活动门瓣(1)全开状态时，耳板(1b)的转动中心标记为点a，在流道闸(3)过流孔口顶部后缘取一点记作后缘点b，在后缘点b以最小安全距离r为半径作圆得到第一圆(11)，以经过点a作第一圆(11)的切线，切点为c，得到切线ac，则切线ac即为水下驱动装置(2)的上限中心轴线；
4.如权利要求3所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，计算驱动活动门瓣(1)运动的最大力臂值lmax的方法为：以转动铰轴(13)的转动中心为o点，按水下驱动装置(2)的上限中心轴线与水平方向的夹角为时，转动铰轴(13)的转动中心o点至水下驱动装置(2)中心轴线的垂直距离为d；反向延长切线ac，与经过转动铰轴(13)的转动中心为o点的水平线相交于d点，转动铰轴(13)的转动中心o点与至d点的水平间距为l1，则：
5.如权利要求4所述的一种淹没式闸门水下驱动装置的精细化定位方法，其特征在于，在步骤s3中，确定水下驱动装置(2)的拉推力比值系数ζ时，需要确定活动门瓣(1)由全开状态进行关闭时的阻力矩mf，再计算水下驱动装置(2)驱动活动门瓣(1)由...
【专利技术属性】
技术研发人员：王兴恩，湛正刚，谭守林，罗德武，劳海军，高伟，雷小平，邓达人，任博，王艺，
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：
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