一种具有拦污环的平卧式弧形闸门及其清污运行方法
阅读说明：本技术 一种具有拦污环的平卧式弧形闸门及其清污运行方法 (Horizontal radial gate with trash ring and trash removal operation method thereof ) 是由 鲜于虎成 黄显峰 郭馨予 钱骏 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有拦污环的平卧式弧形闸门及其清污运行方法,属于闸门领域。其闸门由主闸门(1)、副闸门(11)组成,闸门(1)底部设有移动机构；所述闸墩(2)内部为空腔,底部设有底板(22)、内部可放置闸门、顶部设有工作桥(21),工作桥(21)上设有启闭杆,启闭杆(14)前端与主闸门(1)上的铰接座(15)铰接,底板(22)上设有配合闸门运行的滑槽与导轨；所述拦污环(3)位于闸门下游面,布置于闸墩(2)上方；所述清污网(4)通过网架固定,布置于一侧闸墩内。本发明通过启闭杆伸缩驱动闸门在导轨上移动,实现闸门调控水位及检修功能,配合拦污环与清污网进一步实现清理漂浮垃圾功能。(The invention provides a horizontal radial gate with a trash ring and a trash removal operation method thereof, belonging to the field of gates. The gate consists of a main gate (1) and an auxiliary gate (11), and the bottom of the gate (1) is provided with a moving mechanism; the gate pier (2) is internally provided with a cavity, the bottom of the gate pier is provided with a bottom plate (22), a gate can be placed in the gate, the top of the gate pier is provided with a working bridge (21), the working bridge (21) is provided with an opening and closing rod, the front end of the opening and closing rod (14) is hinged with a hinge seat (15) on the main gate (1), and the bottom plate (22) is provided with a sliding chute and a guide rail which are matched with the gate to run; the trash ring (3) is positioned on the downstream surface of the gate and arranged above the gate pier (2); the trash cleaning net (4) is fixed through a net rack and arranged in a gate pier on one side. According to the invention, the gate is driven to move on the guide rail by the expansion of the opening and closing rod, so that the functions of regulating and controlling the water level and overhauling the gate are realized, and the function of cleaning floating garbage is further realized by matching the trash ring and the trash cleaning net.)
技术领域
本发明涉及水利闸门领域，具体涉及一种具有拦污环的平卧式弧形闸门及其清污运行方法。
背景技术
河道水量季节性变化幅度难以控制和漂浮垃圾污染加剧，对现代化河道生态景观建设存在严重影响。闸门在调控河道水位方面应用广泛且与漂浮垃圾联系紧密，闸门挡水时，闸门前聚集众多漂浮物却难以清理，存在安全隐患；闸门过水时，漂浮垃圾排向下游扩散污染。目前主要的闸门类型为翻板闸门和升卧闸门，翻板闸门难以检修；升卧闸门工作桥排架大成本高。现行清理漂浮垃圾的方法主要是人工打捞，或者单独安装河道漂浮物清理装置，前者效率低、周期长，后者建设成本还有维护费用高昂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有拦污环的平卧式弧形闸门，将调控水位与清理漂浮垃圾相结合，利用天然水力提高清污效率，同时避免翻板闸门难以检修、升卧闸门高大工作桥排架的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种具有拦污环的平卧式弧形闸门，包括闸门、闸墩、拦污环和清污网，所述闸门包括主闸门与副闸门，闸门与副闸门为等厚弧形钢结构，两者上下游弧面同圆心，弧度一致；所述主闸门在本设计中靠近右侧闸墩，其高度同闸墩高度一致，主闸门顶部左右两端设有主吊点，主闸门底部左右两端设有凹槽，存放主移动机构；所述副闸门在本设计中靠近左侧闸墩，副闸门包括挡水面和溢流口，所述挡水面处于副闸门与主闸门连接侧，挡水面与主闸门高度一致，所述溢流口为副闸门上部的凹陷隘口，位于副闸门上部挡水面的另一侧，溢流口高度低于挡水面，副闸门顶部左右两端设有副吊点，副闸门底部左右两端设有凹槽，存放副移动机构；
所述闸墩中间为空腔，外壁为钢筋混凝土结构，还包括门槽、通水阀、底板和工作桥，所述门槽位于闸墩两侧上游端闸门进入闸墩的位置，贯穿闸墩外壁，门槽入口处与出口为圆弧形，与闸墩外壁平滑过渡，所述通水阀位于闸墩两侧下游端，位于闸墩底部位置，连通闸墩内部空腔与下游河道，所述底板位于闸门和闸墩底部，底板上还设有滑槽与导轨，所述滑槽截面为矩形，宽度与闸门厚度相匹配，滑槽布置路径呈弧形，与闸门运动路径相匹配，所述工作桥布置于闸墩上方，位于闸墩下游端，工作桥上设有启闭杆，启闭杆前端与主闸门上的铰接座铰接，启闭杆后端与工作桥上的底座铰接；
所述拦污环贴近闸门下游面，布置于闸墩上方，拦污环由顶环、轴环和导叶组成，所述顶环和轴环均为圆环形状且水平布置，两者圆心处于同一极轴上，顶环环径小于轴环，其布置高度略低于主闸门上表面高度，轴环外侧与闸门弧面贴合，其上表面与副闸门的溢流口上表面平齐，所述导叶上端连接顶环、下端连接轴环，且导叶两者间倾斜一定角度布置；
所述清污网位于闸墩一侧内部，还包括网架、挡板和清污刷，所述网架一侧固定于闸墩顶部，另一侧位于副闸门的溢流口上端，与闸门走向相配合，网架下部连接清污网，网架靠近闸门的一侧设有挡板，所述挡板下表面与溢流口上表面贴合，挡板为圆弧走向且与闸门弧度相匹配，所述清污刷位于清污网下游端，贴合于拦污环上的导叶倾斜角度。
优选的方案中，所述闸门还包括门榫和门卯，所述门榫为闸门上游面的一道条形结构，主闸门与副闸门的连接端口处均设有一道门榫，所述门卯为闸门上游面的一道凹槽，主闸门与副闸门的连接侧均设有一道门卯，位于门榫内侧。
进一步的方案中，所述门榫从上至下依次设有复数个螺孔，所述螺孔贯穿门榫两侧，且主闸门与副闸门上的螺孔相对应且孔径一致。
进一步的方案中，所述螺孔内布置螺钉，螺钉处于螺孔外部的两端分别位于主闸门与副闸门的门卯内，螺帽与螺钉顶端的螺纹相匹配，位于主闸门的门卯布置有螺杆，螺杆嵌固于门卯内侧，外部端头设有与螺帽相匹配的螺纹。
优选的方案中，所述主移动机构为布置于主闸门和副闸门底部的行走轮，行走轮通过轮轴支撑上部闸门，行走轮下部凹槽与导轨上部卡接。
优选的方案中，所述闸门底部上下游侧设有底止水封，主闸门与副闸门连接侧设有止水橡胶，所述闸墩的门槽内侧设有侧止水封。
优选的方案中，所述闸墩还包括座环，座环固定于闸墩上部，位于轴环下端，与轴环紧密贴合，两者之间形成空腔通道，空腔通道内设有滚轮，所述滚轮通过限位环限定位置。
优选的方案中，所述清污装置包括清污网和清污刷，清污网位于闸墩内部，清污网顶部为网架，一端固定于闸墩上，另一端设有挡板。挡板靠近座环，贴合于副闸门的溢流口上端，清污刷固定于网架下游侧。
本发明还提供一种具有拦污环的平卧式弧形闸门的清污运行方法：
过程1：
闸门正常挡水时，主闸门位于闸墩中间，阻挡上游水流和漂浮垃圾下泄，副闸门位于左侧闸墩内部；
布置于主闸门门卯内的螺帽位于螺钉侧，与螺钉顶端的螺纹紧密旋接，对主闸门与副闸门的门榫提供压力，该过程中，主闸门与副闸门处于连接固定状态，布置于主闸门与副闸门连接侧的止水橡胶被压实起到止水防渗效果；
过程2：
闸门过水清污时，在过程1的基础上，启闭杆收缩，驱动闸门沿底板上的滑槽向右侧闸墩移动一定距离，上游水流通过副闸门的溢流口下泄，漂浮垃圾则被布置于溢流口下游面的拦污环拦截，下泄水流冲击导叶并进入下游河道或闸墩内部空腔，拦污环向左侧闸墩方向转动，将漂浮垃圾运送至闸墩内部空腔，漂浮垃圾落入清污网，闸墩内部空腔多余水量从通水阀排至下游河道。
进一步地，主闸门检修时，在过程1的基础上，启闭杆收缩，驱动闸门沿底板上的滑槽移动，直至主闸门完全进入右侧闸墩内部空腔，由副闸门发挥挡水作用；
关闭通水阀，通过水泵将闸墩内部空腔积水排至下游河道，进行主闸门检修；
主闸门更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽由螺钉侧旋转移动至螺杆侧，解除主闸门与副闸门的连接，通过主闸门顶部的主吊点吊升，进行后续操作；
副闸门检修时，在过程1的基础上，启闭杆伸长，驱动闸门沿底板上的滑槽移动，直至副闸门完全进入左侧闸墩内部空腔，由主闸门发挥挡水作用，后续过程同过程3。
进一步地，闸门全开排洪时，在过程1的基础上，启闭杆伸长，驱动闸门沿底板上的滑槽移动，直至副闸门完全进入左侧闸墩内部空腔，关闭通水阀，通过水泵将闸墩内部空腔积水排至下游河道，移除清污网，解除主闸门与副闸门的连接，启闭杆缩短，驱动主闸门进入右侧闸墩内部空腔，打开两侧闸墩的通水阀。
有益效果
本发明提供的一种具有拦污环的平卧式弧形闸门及其清污运行方法：
1、由拦污环替代了传统拦污设备，利用天然水力冲击导叶驱动，以实现对垃圾的清理，一方面降低能耗，另一方面实现对闸门上游面漂浮垃圾的自动清理，减少人工操作的工作量；
2、闸门运行时，打开闸墩底部的通水阀，下游河道与闸墩内部连通，平衡闸墩内外水体压力，降低闸墩工程规模，增加闸墩稳定性；
3、主闸门与副闸门均可在闸墩内进行检修，无需建设工作桥排架，启闭杆布置于工作桥上面，不同于翻板闸门一般布置于河床上，便于启闭设备的维护。
借助闸门挡水、过水建筑物的特点，通过创新闸门结构及运行方式，克服上述翻板和升卧闸门的缺点，将闸门调控水位、拦污清污的功能相结合，势必会具备更广阔的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明正常挡水状态的立体结构示意图；
图2是本发明过水清污状态的立体结构示意图；
图3是本发明的正常挡水状态平面示意图；
图4是本发明的过水或清污状态平面示意图；
图5是本发明的主闸门检修状态平面示意图；
图6是本发明的全开排洪状态平面示意图；
图7是本发明的闸门立体结构示意图；
图8是本发明的门榫与门卯结构剖面图；
图9是本发明的主移动机构剖面示意图；
图10是本发明的闸墩立体结构示意图；
图11是本发明的拦污结示意图；
图12是本发明的清污网结构详图。
图中：主闸门1、副闸门11、挡水面12、溢流口13、启闭杆14、铰接座15、底座151、
门卯16、螺孔161、止水橡胶162、螺帽163、螺钉164、螺杆165、门榫18、主吊点191、副吊点193、
行走轮17、侧止水封171、底止水封172、轮轴173、滑槽174、导轨175、
闸墩2、工作桥21、底板22、门槽23、通水阀24、
拦污环3、顶环31、轴环32、座环33、滚轮34、限位环341、导叶35、
清污网4、网架41、挡板42、清污刷43。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2所示，一种具有自行式集污箱的翻板闸门包括闸门、闸墩2、拦污环3和清污网4。
如图1、图2和图7所示，图7是图1中闸门的立体结构示意图，所述闸门包括主闸门1与副闸门11，闸门1与副闸门11为等厚弧形钢结构，两者上下游弧面同圆心，弧度均为90°。
所述主闸门1在本设计中靠近右侧闸墩2，其高度同闸墩2外侧高度一致，主闸门1顶部左右两端设有主吊点191，可用于起吊主闸门1，主闸门1底部左右两端设有凹槽，内部设有主移动机构。
所述副闸门11在本设计中靠近左侧闸墩2，副闸门11包括挡水面12和溢流口13，所述挡水面12处于副闸门11与主闸门1连接侧，挡水面12与主闸门1高度一致，所述溢流口13为副闸门11上部的凹陷隘口，位于副闸门11上部挡水面12的另一侧，溢流口13高度低于挡水面12，其高度同闸墩2内侧高度一致；副闸门11顶部左右两端设有副吊点193，可用于起吊副闸门111，且底部左右两端均设有凹槽，内部设有副移动机构。
如图1、图2和图10所示，图10是图1中闸墩2的立体结构示意图，所述闸墩2内部为空腔，外壁为钢筋混凝土结构，闸墩2外侧壁高与主闸门1高度一致，闸墩2内侧壁高与溢流口13高度一致，闸墩2还包括门槽23、通水阀24、底板22和工作桥21，所述门槽23位于闸门进入闸墩2的入口位置，贯穿闸墩2外壁，门槽23入口处与出口为圆弧形，与闸墩2外壁平滑过渡，便于引导闸门进入闸墩2，门槽23内侧设有侧止水封172，厚度5mm，闸门处于门槽23中时，与侧止水封172紧密贴合，提高止水效果。
所述通水阀24设于闸墩2两侧下游端，位于闸墩2底部位置，与下游河道连通，通水阀24开关与连杆相连，可在闸墩2上操纵连杆实现通水阀24开启或关闭。
所述底板22位于闸门和闸墩2底部，底板22上还设有滑槽174与导轨175，所述滑槽174截面为矩形，宽度与闸门厚度相匹配，滑槽174布置路径呈弧形，与闸门运动路径相匹配，导轨175为工字钢结构，布置于滑槽174底部。
所述工作桥21布置于闸墩2上方，位于闸墩2下游端，工作桥21上设有启闭杆14，启闭杆14前端与主闸门1上的铰接座15通过销钉铰接，启闭杆14后端与工作桥21上的底座151通过销钉铰接。
如图1、图2和图11所示，图11是图1中拦污环3的结构图，所述拦污环3贴近闸门下游面，预留5mm余量，布置于闸墩2上方，拦污环3由顶环31、轴环32和导叶35组成，所述顶环31和轴环32均为圆环形状且水平布置，两者圆心处于同一极轴上，顶环31环径小于轴环32，其布置高度略低于主闸门1上表面高度，轴环32外侧与闸门弧面贴合，其上表面与副闸门11的溢流口13上表面平齐，所述导叶35上端与顶环31焊接、下端与轴环32焊接，导叶35倾斜45°布置。
还包括座环33，所述座环33固定于闸墩2上部，位于轴环32下端，与轴环32紧密贴合形成轴承装置，两者之间形成的空腔通道内设有滚轮34，所述滚轮34为球状结构，大小与空腔匹配，通过固定于轴环32下部的限位环341限定位置，避免滚轮34在运动过程中易位，通过滚轮34降低轴环32相对于座环33转动的摩擦力。
在上游水流冲击下，产生对导叶35的径向力，驱动拦污环3相对于座环33逆时针旋转；
如图1、图2和图12所示，图12是图1中清污网4的结构图，所述清污网4位于闸墩2一侧内部，还包括网架41、挡板42和清污刷43，所述网架41左侧通过螺栓与闸墩2顶部的螺孔连接固定，右侧位于副闸门11的溢流口13上端，与闸门弧形走向相配合，该侧设有挡板42，所述挡板42挡板42下表面与溢流口13上表面贴合，且遮盖住溢流口13上端，与轴环32弧形走向相配合，之间预留2mm预留， 在闸门进入清污过程时，挡板42与溢流口13上端未组成一道平台，引导拦污环3上的漂浮垃圾进入清污网4，避免落入闸墩2。
网架41下部连接清污网4，网架41下游端靠近闸门的一侧布置有清污刷（43），其为柔性毛刷结构，贴合于拦污环（4）上的导叶（35）倾斜角度，将附着在导叶35上漂浮垃圾进一步清理至清污网4。
如图7和图8所示，图8是图7中闸门的门榫18与门卯16结构图，所述门榫18为闸门上游面的一道凸出条形结构，主闸门1与副闸门11的连接端口处均设有一道门榫18，所述门卯16为闸门上游面的一道凹槽，主闸门1与副闸门11的连接侧均设有一道门卯16，位于门榫18内侧。
叙述中靠近闸门连接侧为内侧，远离则为外侧。
所述门榫18从上至下依次设有3个螺孔161，所述螺孔161贯穿门榫18两侧，且主闸门1与副闸门11上的螺孔161相对应且孔径一致。
所述螺孔161内布置螺钉164，另外位于主闸门1的门卯16外侧一面还设有螺杆165，螺钉164顶端与螺杆165顶端均位于主闸门1的门卯16内，螺帽163两者顶端的螺纹相匹配，可由螺钉164侧旋转位移至螺杆165侧。
连接固定主闸门1和副闸门11的方式：螺帽163位于螺钉164侧，与螺钉164顶端的螺纹紧密旋接，对主闸门1与副闸门11的门榫18提供压力，该过程中，主闸门1与副闸门11处于连接固定状态，布置于主闸门1与副闸门11连接侧的止水橡胶162被压实起到止水防渗效果。
解除连接主闸门1和副闸门11的方式：将螺帽163旋离螺钉164侧，与螺杆165顶端的螺纹紧密旋接，解除主闸门1和副闸门11的连接，螺帽163可直接保存在螺杆165上，便于后续使用。
如图7和图9所示，图9是图7中闸门的主移动机构剖面示意图，所述主移动机构为布置于主闸门1和副闸门11底部的行走轮17，行走轮17通过轮轴173支撑上部闸门，行走轮17下部凹槽与导轨175上部卡接。
闸门上游面水体压力通过行走轮17传递至导轨175，一方面通过两侧闸墩2的门槽23提供支撑力，另一方面闸门底部与底板22上的滑槽174、行走轮17底部凹槽与导轨175顶部形成的抵抗力矩，共同克服作用在闸门上的水平推力，充分提高运行的稳定性，闸门运行时，在滑槽174内的导轨175上移动，减小闸门平卧转动的摩擦力，进而减小启闭杆14输出功率；行走轮17两侧的闸门底部设有底止水封172提高闸门底部止水效果。
图3到图6为本发明的闸门运行方式：
过程1：
闸门正常挡水时，主闸门1位于闸墩2中间，阻挡上游水流和漂浮垃圾下泄，副闸门11位于左侧闸墩2内部；
布置于主闸门1门卯16内的螺帽163位于螺钉164侧，与螺钉164顶端的螺纹紧密旋接，对主闸门1与副闸门11的门榫18提供压力，该过程中，主闸门1与副闸门11处于连接固定状态，布置于主闸门1与副闸门11连接侧的止水橡胶162被压实起到止水防渗效果。
过程2：
闸门过水清污时，在过程1的基础上，启闭杆14收缩，驱动闸门沿底板22上的滑槽174向右侧闸墩2移动一定距离，上游水流通过副闸门11的溢流口13下泄，漂浮垃圾则被布置于溢流口13下游面的拦污环3拦截，下泄水流冲击导叶35并进入下游河道或闸墩2内部空腔，拦污环3向左侧闸墩2方向转动，将漂浮垃圾运送至闸墩2内部空腔，漂浮垃圾落入清污网4，闸墩2内部空腔多余水量从通水阀24排至下游河道。
当主闸门1检修时，在过程1的基础上，启闭杆14收缩，驱动闸门沿底板22上的滑槽174移动，直至主闸门1完全进入右侧闸墩2内部空腔，由副闸门11发挥挡水作用；关闭通水阀24，通过水泵将闸墩2内部空腔积水排至下游河道，进行主闸门1检修。
主闸门1更换方式为：在上述过程基础上，将螺帽163由螺钉164侧旋转移动至螺杆165侧，解除主闸门1与副闸门11的连接，通过主闸门1顶部的主吊点191吊升，进行后续操作。
当副闸门11检修时，在过程1的基础上，启闭杆14伸长，驱动闸门沿底板22上的滑槽174移动，直至副闸门11完全进入左侧闸墩2内部空腔，由主闸门1发挥挡水作用，后续过程同过程3。
当闸门全开排洪时，在过程1的基础上，启闭杆14伸长，驱动闸门沿底板22上的滑槽174移动，直至副闸门11完全进入左侧闸墩2内部空腔，关闭通水阀24，通过水泵将闸墩2内部空腔积水排至下游河道，移除清污网4，解除主闸门1与副闸门11的连接，启闭杆14缩短，驱动主闸门1进入右侧闸墩2内部空腔，打开两侧闸墩2的通水阀24。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。