创新型立轴式双向旋转钢闸门设计

分类：工业设计论文发表 时间：2021-05-08 14:12 关注：(1)

　　摘要：以合肥市塘西河河口闸站枢纽工程为实例，介绍了一种全新形式的闸门——立轴式双向旋转钢闸门，该闸门独特的结构和运行方式突破了传统闸门的设计思路，结构设计具有独创性，在国内外尚属首次采用，为闸门设计的创新提供了有价值的参考。

　　关键词：创新 立轴 双向旋转 闸门设计

　　塘西河河口闸站枢纽位于合肥市滨湖新区巢湖入口一开敞式河道，是建设合肥滨湖新区的重点市政工程。该枢纽由拦洪节制闸和排涝泵站两个主体建筑物组成。拦洪节制闸的功能是：巢湖水位低时拦蓄河水，保持湿地生态水位;巢湖水位高于内河防洪水位时，关闸挡洪。排涝泵站的功能是：巢湖水位高于内河防洪水位时，河水不能自排，关闸排洪，防止内涝。

　　在节制闸建设方面，由于传统的节制闸闸门需由启闭机启闭，从而需在其上部设专门的启闭机房，难以与本工程的周边环境和城市建筑风格相协调，也不能在排洪期及关闸期形成飞瀑或活水景观功能。因此，设计了一种全新形式的闸门——立轴式双向旋转闸门，闸门独特的结构和运行方式既能满足防洪排涝要求，又能满足城市景观效果的要求，突破了传统闸门的设计模式，扩宽了闸门设计思路。

　　1闸门设计依据

　　根据塘西河防洪排涝工程布局及特征水位分析，塘西河河口闸站枢纽工程节制闸设计条件见表1。闸门根据规划和水位条件进行设计，从而实现节制闸的功能要求。

　　2闸门结构设计

　　闸门整体结构如图1所示，主要由上、下两扇弧形门体和浮箱结构组成，中心立柱装有支铰，通过支臂与门体相连，闸门可绕中心支铰旋转，从而实现挡水和泄流要求。闸门外观呈圆柱桶体，外径为R25m，内径为R21m，闸室内径为R25.9m，上、下门体中心角度为70°，上下游河道宽30m。平时蓄水，闸门关闭，上下门体正对河道挡水，同时上游门体在高程12.0m设有四个溢流孔，保持上游水位高程为12.0m，小流量可通过溢流孔自动溢流。泄流时闸门旋转90°，门体旋转到闸室内，浮箱结构正对河道。由于浮箱下部没有挡水结构，如图2所示，因此，水可以从浮箱下方顺畅流过，实现泄流要求。闸门检修时，闸门旋转回到关闭位置，上、下门体互为检修门，可进行抽水检修。

　　当闸门开启泄流时，出水的地方会形成射流，直接冲击门体、支臂和支铰，并在闸室内形成“S”型水流，水流流态较差，下游出水对河道有较大冲击作用。如消能防冲时，上游水位为12.0m，下游水位为8.0m，这时旋转闸门过流是非常不利的。因为水头差较大，射流的水流流速较大，受到冲击的支臂可能会产生振动，从而有可能引起闸门的整体振动，作为景观建筑这是不允许的。考虑到可能出现这样的情况，因此在上、下游门体下部各开了12个潜流孔，并设置调节闸门进行控制。经水工模型验证，孔口尺寸为1.5m×1.89m时满足100m3/s过流要求。因此设置小门既满足了消能防冲过流的要求，又避免了射流和水流流态较差问题，从而避过了闸门可能振动的工况。校核排洪时闸上水位13.0m，这时只开小门不能满足240m3/s的过流要求，但是此时上下游水位差很小，旋转闸门不会有射流和引发振动的问题。由此看来，小门的设置不仅能解决小流量过流问题，还保证了闸门结构的稳定与安全。在运行调度时，小流量不旋转闸门，通过设置的小门过流;大流量时旋转闸门达到预期的过流要求。

　　3闸门止水设计

　　闸门侧止水采用新型液压顶升式止水结构，如图3所示。由于闸门上部被建筑结构覆盖，若采用插拔式止水则无法进行更换。经过方案比较，设计了液压顶升式止水结构。挡水时，液压油缸伸出，止水橡皮与止水座面贴紧，达到密封止水的效果;当需要旋转闸门时，液压油缸收回，止水橡皮与止水座面脱离，从而可旋转闸门。止水座面结构与埋件采用螺栓连接，可以进行拆卸。当需要更换止水时，可先将止水座面

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