一種具有轉(zhuǎn)動(dòng)式生態(tài)放水機(jī)構(gòu)的平面閘門設(shè)計(jì)

管華明

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

壽縣新橋水庫位于淮河流域瓦埠湖水系東淝河上游支流南小河上，壩址以上集水面積為98.6km2。水庫所在地區(qū)屬江淮丘陵區(qū)，肩負(fù)著為區(qū)內(nèi)的壽縣新橋國際產(chǎn)業(yè)園提供水源、改善生態(tài)環(huán)境、提高水庫下游防洪能力的重任。水庫屬小(1)型水庫，工程等級(jí)為Ⅳ等，攔河壩為4級(jí)建筑物，泄洪閘為3級(jí)建筑物。泄洪閘工作門門型為露頂式平面定輪鋼閘門，門體尺寸(寬×高)為6.66m×5.3m。

為滿足常態(tài)下游河道生態(tài)基流放水，需設(shè)置放水措施。由于前期建設(shè)階段未埋設(shè)管道連通上游和下游并設(shè)置閘閥進(jìn)行控制，因此在現(xiàn)有閘門上如何簡單、有效、經(jīng)濟(jì)地增設(shè)生態(tài)放水裝置以及保證生態(tài)流量，成了設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。

1 背景技術(shù)

水利工程中有很多蓄水閘和節(jié)制閘，當(dāng)這些蓄水閘和節(jié)制閘建成后，通常造成下游無水或水量很少，下游河道干涸。鑒于近些年來生態(tài)環(huán)保的要求越來越高，常規(guī)的建閘方案必須增設(shè)生態(tài)放水通道，比較普遍的做法是埋設(shè)管道連通上游和下游，并設(shè)置閘閥進(jìn)行控制。這種方案對于新建工程來講比較容易實(shí)施，投資也不大；但是對于已建工程來講，要開鑿現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)或進(jìn)行新的開挖，實(shí)施難度較大，投資也較大。

而使用轉(zhuǎn)動(dòng)式閘門生態(tài)放水裝置可以有效地解決生態(tài)放水問題，該裝置只需在現(xiàn)有的平面閘門面板上進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，不涉及土建及其他工程，實(shí)施相對簡單，而且投資也小。特別是對于已建的水閘和節(jié)制閘，不需要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的鑿除或進(jìn)行新的開挖，實(shí)施難度大大降低，同時(shí)也能節(jié)省很多投資。

2 轉(zhuǎn)動(dòng)式生態(tài)放水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本工程閘門特點(diǎn)，閘門放水裝置采用了新型的轉(zhuǎn)動(dòng)式生態(tài)放水設(shè)計(jì)方案，主要有閘門面板、放水體結(jié)構(gòu)、牽引定位機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4個(gè)部分。結(jié)構(gòu)如圖1—2所示。

圖1 非放水狀態(tài)立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 放水狀態(tài)立體結(jié)構(gòu)示意圖

放水體結(jié)構(gòu)包括擋水板、配重板、限位塊、止水橡皮、止水壓板和螺栓。擋水板外形輪廓由有一定距離的一個(gè)大圓和一個(gè)小圓及兩圓的外公切線組成，配重板焊接在擋水板的小圓端，限位塊焊接在配重板的內(nèi)側(cè)，止水橡皮通過止水壓板和螺栓安裝在擋水板的大圓端，用于密封面板放水孔。如圖3—5所示。

圖3 A-A剖面圖

圖4 B-B剖面圖

圖5 E-E剖面圖

擋水板的小圓端連接著鋼絲繩，鋼絲繩上設(shè)有套環(huán)，它們與固定銷、套環(huán)銷、定位銷、限位板和肋板一起構(gòu)成牽引定位機(jī)構(gòu)。

擋水板大圓端的正上方設(shè)有吊耳，吊耳通過軸套、擋圈、墊圈和螺母安裝在臺(tái)階軸上，它們一起構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖6所示。

圖6 D處放大圖

對放水體結(jié)構(gòu)而言，不需放水時(shí)，擋水板大圓圓心與小圓圓心連線呈水平狀態(tài)，擋水板大圓端正對面板放水孔，止水橡皮正好對著止水座板，起到密封的作用；位于擋水板小圓端的配重板正好落在限位板上。需要放水時(shí)，拉動(dòng)套環(huán)，與其連接的鋼絲繩便拉動(dòng)擋水板繞著臺(tái)階軸轉(zhuǎn)動(dòng)，擋水板的大圓端逐漸脫離面板放水孔。當(dāng)擋水板的大圓端完全脫離面板放水孔時(shí)，套環(huán)剛好掛在套環(huán)銷上，即可實(shí)現(xiàn)生態(tài)放水的目的。轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，半球形限位塊可限制擋水板向閘門面板靠近，確保轉(zhuǎn)動(dòng)過程順暢且省力。

圖7 C-C剖面圖

對牽引定位機(jī)構(gòu)而言，不需放水時(shí)，鋼絲繩一端連著固定銷(如圖7所示)，另一端與擋水板的小圓端相連。此時(shí)位于擋水板小圓端的配重板正好落在限位板上。限位板一方面確保擋水板正好密封面板放水孔，另一方面承擔(dān)了擋水板及配重板大部分重量，因此鋼絲繩受力較小，工作荷載小，有助于延長鋼絲繩的壽命。肋板主要起到支撐限位板的作用。生態(tài)防水時(shí)，套環(huán)剛好掛在套環(huán)銷上，此時(shí)擋水板的上方便是定位銷，定位銷可以防止擋水板被拉過位，確保了放水動(dòng)作的準(zhǔn)確性。同時(shí)套環(huán)銷的末端有圓形擋板，可防止套環(huán)脫落。

對轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，擋水板大圓端的吊耳通過軸套安裝在臺(tái)階軸上，兩側(cè)安裝有擋圈，與外側(cè)擋圈相鄰的是墊圈，然后最外面是兩個(gè)螺母。軸套和擋圈為工程塑料合金材料，自帶潤滑功能，確保擋水板在水里能夠輕松轉(zhuǎn)動(dòng)，不出現(xiàn)卡阻。臺(tái)階軸、擋圈、墊圈和螺母主要起定位和限位作用，確保擋水板處在正確的位置，同時(shí)防止擋水板轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中位移過大，造成擋水板轉(zhuǎn)動(dòng)困難。

圖1—圖7中序號(hào)說明：1—閘門面板、2—面板放水孔、3—止水座板、4—鋼絲繩、5—套環(huán)、6—固定銷、7—套環(huán)銷、8—限位銷、9—定位板、10—肋板、11—擋水板、12—配重板、13—限位塊、14—止水橡皮、15—止水壓板、16—螺栓、17—臺(tái)階軸、18—擋圈、19—軸套、20—墊圈、21—螺母。

3 實(shí)現(xiàn)功能

該轉(zhuǎn)動(dòng)式生態(tài)放水機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)：

需要生態(tài)放水時(shí)，拉動(dòng)鋼絲繩便可讓擋水板繞臺(tái)階軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲繩上設(shè)有套環(huán)，將套環(huán)掛在定位銷上即可實(shí)現(xiàn)生態(tài)放水的目的。

無需放水時(shí)，擋水板小圓端的下部焊有配重板，將套環(huán)從定位銷上取下，擋水板在配重板的作用下回落至定位板。此時(shí)擋水板大圓端正對面板開孔，通過止水橡皮密封開孔；鋼絲繩剛剛拉直，定位板承受擋水板大部分的重量，鋼絲繩負(fù)荷較小，可有效延長鋼絲繩的壽命并保證面板開孔的密封性。

4 具體實(shí)施方式

首先根據(jù)生態(tài)放水的流量要求，結(jié)合水位在閘門面板上確定面板放水孔的位置和大小，當(dāng)然也可以根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)放水孔，并安裝多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)式閘門生態(tài)放水裝置。確定面板放水孔的位置后，在其周圍焊接一圈止水座板，一方面保證止水效果，另一方面起到加強(qiáng)面板放水孔的作用。

根據(jù)非放水狀態(tài)，結(jié)合面板放水孔的大小合理確定擋水板的外形。根據(jù)擋水板的外形和位置，確定臺(tái)階軸的位置，再結(jié)合配重板的形狀和位置確定定位板的位置。臺(tái)階軸定位好后直接焊接在閘門面板上，定位板也是直接焊接在閘門面板上，然后再定位板的下面焊接肋板。

止水橡皮通過止水壓板和螺栓安裝在擋水板的大圓端，然后將半球形限位塊焊接在配重板的內(nèi)側(cè)，正對閘門面板。在安裝擋水板前，先將內(nèi)側(cè)擋圈和軸套安裝在臺(tái)階軸上，再將水板安裝在軸套的位置，最后安裝外側(cè)擋圈、墊圈和螺母。

根據(jù)非放水狀態(tài)的位置和放水狀態(tài)的位置，結(jié)合操作需要確定鋼絲繩的長度、套環(huán)在鋼絲繩上的位置，同時(shí)可以確定固定銷、套環(huán)銷和限位銷的位置。鋼絲繩一端連接在固定銷上，一端與擋水板的小圓端連接。固定銷、套環(huán)銷和限位銷均通過焊接固定在閘門面板上。

5 結(jié)語

本轉(zhuǎn)動(dòng)式生態(tài)放水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式新穎獨(dú)特，有以下主要優(yōu)點(diǎn)。

(1)只需在現(xiàn)有的閘門面板上安裝轉(zhuǎn)動(dòng)式生態(tài)放水機(jī)構(gòu)，即可有效解決生態(tài)放水問題；不涉及土建及其他工程，實(shí)施相對簡單，而且投資也小。特別是對于已建的水閘和節(jié)制閘，不需要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的鑿除或進(jìn)行新的開挖，實(shí)施難度大大降低，同時(shí)也能節(jié)省很多投資。

(2)通過轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉，運(yùn)動(dòng)方式可靠。

(3)利用自身結(jié)構(gòu)形成的杠桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)開啟，操作簡單且省力。

(4)設(shè)置了定位機(jī)構(gòu)，可以防止誤操作，確保了放水動(dòng)作的準(zhǔn)確性。

(5)結(jié)構(gòu)簡單明確，維修簡單，更換維護(hù)費(fèi)用低。

基于本結(jié)構(gòu)申報(bào)的發(fā)明專利《一種具有轉(zhuǎn)動(dòng)式生態(tài)放水機(jī)構(gòu)的平面閘門》(專利號(hào)：2019105494227)，已通過國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局初審，進(jìn)入實(shí)審階段。