第七章 閘門閥門及啟閉設(shè)2013

第七章閘門、閥門及啟閉設(shè)備

第一節(jié)閘閥門組成、布置及選型

第二節(jié)閘閥門的構(gòu)造與啟閉設(shè)備

一、閘、閥門的組成

二、閘、閥門的類型

三、閘、閥門的布置與選型

第一節(jié)閘閥門組成、布置及選型一、閘閥門的組成閘、閥門一般由活動(dòng)的門葉（扇）結(jié)構(gòu)、埋固構(gòu)件和啟閉機(jī)械三部分組成(1)門葉結(jié)構(gòu):用來封閉和開啟閘首通航孔口或輸水廊道的活動(dòng)擋水結(jié)構(gòu)。由梁格及面板等構(gòu)成的承重結(jié)構(gòu)體系、行走支承、止水部分和吊點(diǎn)（或油缸座）等組成。(2)埋固構(gòu)件:一般包括行走支承的軌道、側(cè)輪和反輪的軌道、止水埋件、門槽的護(hù)角、護(hù)面和底檻、人字門或三角門頂、底樞座和枕墊座等

支承埋件等。(3)閘、閥門的啟閉機(jī)械

二、閘、閥門的類型

1、按其工作性質(zhì)可劃分為：工作閘門、閥門，它們?cè)诖l通航時(shí)使用；檢修閘門、閥門，它們?cè)诖l檢修時(shí)使用；事故閘門、閥門，它們?cè)诖l發(fā)生意外事故時(shí)，為避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，需立即切斷水流時(shí)使用。2、按門葉啟閉方式：直線式移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)3、按閘、閥門的結(jié)構(gòu)特征分類：閘門可分為:

人字閘門升降式平面閘門橫拉閘門三角閘門一字閘門弧形閘門疊梁閘門浮式閘門閥門可分為平面閥門、反向弧形閥門等。

三角閘門疊梁閘門弧形閘門

三、閘、閥門的布置及選型1.

閘、閥門的布置

應(yīng)充分注意引航道內(nèi)的橫流、渦流、回流和其他不良水流對(duì)閘、閥門產(chǎn)生的不利影響；輸水廊道的閥門應(yīng)布置在廊道的直線段，保證閥門門前水流平順；避免使閥門超載、振動(dòng)、氣蝕等問題發(fā)生。檢修閘門的門槽設(shè)在上閘門的上游、下閘門的下游。檢修閥門的門槽一般設(shè)在每一工作閥門的上、下游。不能影響船閘的通航尺寸；2.船閘閘、閥門的形式選擇主要影響因素:通航凈空要求；孔口尺寸大?。惠斔绞?；正反向水位組合情況；制造、運(yùn)輸、安裝等各種因素；水工建筑物的結(jié)構(gòu)形式；運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性；按照經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的原則，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選用。閘門設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足其在使用、結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)上的要求:使用上:應(yīng)滿足啟閉迅速、止水可靠、檢修方便，開啟后具有足夠的凈空和水下航道尺寸等；門葉結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度；經(jīng)濟(jì)方面：閘門、閘首、輸水系統(tǒng)、啟閉設(shè)備綜合考慮下述幾種常用閘、閥門，在門型選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先予以考慮。1．人字閘門2．升降式平面閘門(也稱提升或下降閘門)3．三角閘門4．橫拉閘門5．平面閥門(也稱垂直提升閥門)

6．反向弧形閥門

（1）人字閘門它是由兩扇門葉組成。門葉底部支承在底樞上，頂部支承在頂樞上。通過在頂部的啟閉機(jī)推拉桿的作用，門葉能繞著通過頂、底樞中心的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在啟閉時(shí)門葉靠頂、底支承；關(guān)閉擋水時(shí)，水壓力靠設(shè)在門軸柱上的支、枕墊塊，傳遞給閘首兩邊的邊墩。

7-1人字閘門人字門的特點(diǎn)

人字閘門以三鉸拱的作用承受水壓力，具有耗用鋼材少，能封閉高、寬尺寸都比較大的孔口，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活可靠等優(yōu)點(diǎn)，常用作承受單向水頭、在靜水條件下啟閉的工作閘門。但制造安裝要求精度較高，易漏水。是各國(guó)在船閘設(shè)計(jì)中應(yīng)用較普遍的一種閘門形式

（2）橫拉閘門：常用作承受雙向水頭，靜水啟閉的大中型船閘的工作閘門。

6-46橫拉閘門橫拉閘門的特點(diǎn)能承受雙向水頭；啟門力較?。蝗秉c(diǎn)：門較厚，門下滾輪工作不可靠、易發(fā)生故障、檢修不便、須設(shè)置門庫、閘首工程量大適用條件：承受雙向水頭，在靜水條件下啟閉的閘門宜選用橫拉閘門。平底車

（3）三角閘門

三角閘門的擋水面多做成圓弧形，因此亦稱扇形閘門。

7-3三角閘門三角閘門特點(diǎn)：閘門啟閉力較?。荒茉趧?dòng)水中啟閉；能承受雙向水頭；能在局部開啟條件下，利用門縫進(jìn)行輸水；占用空間大，布置復(fù)雜；材料用量多；易漏水；造價(jià)較高常用于低水頭頭部輸水的船閘和承受雙向水頭的中小型船閘．也可用于有某些特殊要求(如開通閘以提高通過能力)的船閘。（4）升降式平面閘門7-4升降式平面閘門升降式平面閘門的特點(diǎn)可用作工作閘門、檢修閘門以及事故閘門；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，檢修方便；能承受雙向水頭及動(dòng)水壓力可以利用它進(jìn)行門下輸水。門槽長(zhǎng)度較小，可減少閘首的工程量；提升式閘門，為保證通航凈空要求，需建較高門架；無平衡重時(shí)，啟閉力較大（5）平面閥門平面閥門特點(diǎn)：厚度小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；制造、安裝和檢修方便；平面閥門開啟時(shí)所需的啟閉力較大；能在動(dòng)水條件下進(jìn)行啟閉適宜在中、低水頭的船閘中采用，是一種經(jīng)濟(jì)可靠的門型。一般適宜用于10米以下的低水頭的船閘。如對(duì)門槽產(chǎn)生的氣蝕能采取有效的措施，也能用于10~20米左右的中水頭船閘。（6）反向弧形閥門反向弧形閥門的特點(diǎn)具有啟門力小、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作簡(jiǎn)便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)。門井處于上游，有利于防止水流摻氣。閥門不需要設(shè)置門槽．可避免平板閥門因設(shè)置門槽而引起的氣蝕問題，宜在中、高水頭船閘上采用。疊梁檢修閘門

止水橡皮第二節(jié)閘閥門的構(gòu)造與啟閉機(jī)械一、船閘閘門的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)布置（一）

人字閘門的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)布置1、人字鋼閘門一般由以下幾部分組成1)門葉結(jié)構(gòu)：是由面板、主梁、次梁、門軸柱、斜接柱及門背聯(lián)結(jié)系等構(gòu)成的板、梁、桿組合鋼結(jié)構(gòu)承重骨架。2)支承部分：包括支墊座、枕墊座、頂樞和底樞等輔助支承設(shè)備3)止水設(shè)備：根據(jù)其所在位置不同可分為斜接柱止水—即兩扇閘門之間的門縫止水；門軸柱止水，亦稱門側(cè)止水—即門軸與閘首墻之間的止水；底部止水—即閘門與門檻間的止水。4)工作橋：為便于管理人員的工作和通行而設(shè)置的人行便橋。1-主橫梁；2-斜接柱；3-門軸柱；4-次梁；5-對(duì)角斜撐；

6-節(jié)點(diǎn)板；7-面板；8-底樞；9-頂樞；10-支墊座；11枕墊座門葉結(jié)構(gòu)、支承部分、止水設(shè)備、工作橋2、橫梁式與立柱式人字閘門

根據(jù)門扇結(jié)構(gòu)的梁格布置，平面人字閘門又可分為橫梁式人字閘門和立柱式人字閘門兩種。圖7-8

橫梁式人字閘門的梁格布置1-主橫梁；2-豎立次梁,3-斜接柱；4-門軸柱（1）橫梁式人字閘門組成：

橫梁式人字閘門的門扇結(jié)構(gòu)是由面板、主橫梁、次梁、門軸柱和斜接柱及背斜桿等組成。主橫梁是主要的受力構(gòu)件，在主橫梁間布置豎立次梁。水壓力由面板和次梁傳給主橫梁，然后由主橫梁通過斜接柱和門軸柱上的支墊塊和枕墊塊形成三鉸拱而傳至閘首邊墩。（2）橫梁式人字閘門特點(diǎn)及適用條件

在橫梁式人字閘門中，水平的主橫梁是它的主要承重構(gòu)件，水壓力由面板和次梁傳給主橫梁，然后再由主橫梁通過斜接柱和門軸柱上的支墊座和枕墊座形成三鉸拱而傳至閘首邊墩。

當(dāng)閘門高度較大時(shí)，一般多采用橫梁式。橫梁式人字閘門，具有受力明確、結(jié)構(gòu)剛度大，制造安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中，得到廣泛應(yīng)用。（3）立柱式人字閘門特點(diǎn)及適用條件

立柱式人字閘門以豎直的主梁（簡(jiǎn)稱立柱）作為主要承重構(gòu)件，在立柱之間布置豎立次梁和水平次梁，立柱兩端和頂、底橫梁相連。水壓力由面板、次梁、立柱傳至頂、底橫梁。底橫梁所承受的荷載直接傳至閘首門檻，頂橫梁所承受的荷載通過三鉸拱的作用而傳至閘首邊墩。立柱式人字閘門主要用于門寬比門高大的情況。3、門扇的基本尺度圖7-2人字閘門的輪廓尺寸a）平面圖；b）斷面圖

平面人字閘門的基本尺度包括：門扇長(zhǎng)度、門扇厚度、門扇高度、轉(zhuǎn)軸中心(1)門扇長(zhǎng)度：門扇的計(jì)算長(zhǎng)度ln是門扇支墊塊的支承面到兩扇門互相支承的斜接面的距離。

（7-1）式中:Bk——閘首口門寬度，m；

c——由門扇支墊塊與枕墊塊支承面至門龕外緣的距離，m；一般取為c=0.05～0.07）Bk；

—門扇軸線與船閘橫軸線的夾角，一般選用22.5°。(2)門扇厚度：門扇厚度是指主橫梁高度，一般根據(jù)門扇高度，寬度及荷載情況確定t=（1/8～1/10）ln

主橫梁在上游面通常做成折線形，一般在距兩端為（1/8～1/12）ln處縮小梁高，其端部高度應(yīng)滿足強(qiáng)度與布置頂樞、底樞及支承的構(gòu)造要求。(3)門扇高度：門扇高度是指閘門面板底至頂?shù)木嚯x

h=H+hk+k±m(xù)（7-2）式中：H——上游設(shè)計(jì)最高水位與下游最低通航水位之間的水位差，m；

hk——門檻水深，m；

k——閘門面板頂在上游設(shè)計(jì)最高水位以上的超高，m；一般取為（0.2～0.5）m；

m——閘門面板底與門檻頂?shù)木嚯x，m通常?。?.15--0.25）米,當(dāng)閘門關(guān)閉，門底止水位于門檻側(cè)面時(shí)取正值，在門檻頂面時(shí)取負(fù)值。

問題:上游閘門與下游閘門是否一樣高？（4）轉(zhuǎn)軸中心1）定義：人字閘門頂樞與底樞中心連接線在平面上的投影位置，稱為閘門轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心。2）確定轉(zhuǎn)軸中心位置的原則是：閘門關(guān)閉時(shí)，支墊塊與枕墊塊有良好的接觸條件，以傳遞主橫梁的反力；而閘門開啟時(shí)，能立即脫開，以減少摩擦阻力，并保證門扇完全隱入門龕內(nèi)，且留有10～20cm的富裕量。

門軸上設(shè)有支墊塊時(shí)，轉(zhuǎn)軸中心O的位置，可用幾何作圖法確定1）繪出閘門關(guān)閉時(shí)的門扇軸線、輪廊線以及支墊塊與枕墊塊支承面的法線，即反力RA的作用線（與門扇軸線成角）；2）繪出閘門全開時(shí)的門扇軸線，此軸線的位置可以從閘墻邊緣按門扇完全隱于門龕中并保持10～20cm的余隙而求得；3）從兩個(gè)門扇軸線的交點(diǎn)上作其相應(yīng)補(bǔ)角的等分角線；4）將反力RA作用線向上游平行移動(dòng)4～10cm，與補(bǔ)角等分線交于0，則0點(diǎn)即為轉(zhuǎn)軸位置。這樣當(dāng)門扇開啟時(shí)，支墊塊易于離開枕墊塊，而當(dāng)關(guān)門的最后瞬間兩者才互相接觸而抵緊。圖7-3人字閘門轉(zhuǎn)軸中心位置5．斜接柱與門軸柱（1）斜接柱與門軸柱的主要作用：是將所有主橫梁的端部連接起來，構(gòu)成門扇兩個(gè)邊框，使門扇有足夠的剛度，橫梁式人字閘門中斜接柱的另一作用是傳遞主橫梁反力。（2）構(gòu)造截面型式有封閉式和開敞式兩種（圖7-7）圖7-7門軸柱與斜接柱型式a）封閉式；b）開敞式1-支承端板；2-加勁板；3-推力隔板；4-中間隔板；5-上翼緣；6-下翼緣6．背斜桿

（1）作用：提高門扇的抗扭剛度，減少門扇的扭曲變形。（2）布置：傾角可控制在30°～60°。門扇較高時(shí)，可沿門扇高度布置兩組或多組背斜桿。門扇寬度較大時(shí)，可沿門寬方向布置兩組背斜桿。

7．支、枕墊塊型式：分為塊式和連續(xù)式兩種（1）連續(xù)式支、枕墊的構(gòu)造安裝在門軸柱端板上的支墊具有凸面，閘墻上的枕墊塊具有凹面（圖7-9）圖7-9連續(xù)式支、枕墊塊a）斜接柱支、枕墊塊；b）門軸柱枕墊（2）塊式支、枕墊的構(gòu)造

支墊塊與枕墊塊一般采用線接觸（圖7-10）。支墊塊做成弧面，枕座塊做成平面.圖7-10塊式支枕墊塊a）支墊；b）枕墊8．頂樞和底樞頂樞和底樞作用：保證門扇能繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。頂樞型式：三角形頂樞鉸接框架式頂樞圖7-11三角形頂樞

1-拉桿；2-軸；3-法蘭螺母；

4-錨定構(gòu)件；5-頂樞座；6-青銅襯套；7-錨定鎖軸圖7-12鉸接框架式頂樞1-拉桿；2-輔助拉桿；3-軸；4-剛性連接板；5-法蘭螺母(3)底樞

型式：活動(dòng)式底樞，固定式底樞

底樞設(shè)計(jì)原則：使底樞蘑菇頭不承受關(guān)門狀態(tài)的水壓力作用，讓作用在底梁上的水壓力只通過支、枕墊塊傳到閘墻上。9．止水裝置人字閘門的止水有：側(cè)止水：側(cè)止水又分為門軸處側(cè)止水和斜接柱處側(cè)止水;底止水;（1）門側(cè)止水圖7-16門軸處側(cè)止水圖7-17斜接柱處側(cè)止水1-像皮側(cè)止水；2-止水角鋼；3-支墊；4-枕墊（二）

橫拉閘門的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)布置

橫拉閘門是沿船閘閘首口門橫向移動(dòng)的單扇平面閘門，它由門扇結(jié)構(gòu)、支承移動(dòng)設(shè)備及止水等組成。常用于承受雙向水頭的船閘。它的門葉結(jié)構(gòu)與一般的多橫梁式平板閘門相同；主橫梁通常按等荷載原則布置，主橫梁一般常用矩形桁架，當(dāng)主橫梁跨度較小或設(shè)置浮箱時(shí)，也可采用實(shí)腹式組合梁。橫拉門的截面一般采用矩形，也有采用梯形的。

1.門扇結(jié)構(gòu)圖7-19橫拉閘門構(gòu)造示意圖1)-主橫梁；2)-次梁；3)-豎立桁架；4)-端柱；5)-加強(qiáng)桁架；6)-聯(lián)結(jié)系統(tǒng)；7)-三角桁架；8)-面板；9)-支承木；10)-頂輪小車；11)-底輪小車；12)-門槽；13)-門庫2.支撐及移動(dòng)設(shè)備橫拉門是用滾輪支承閘門的重量，并能使閘門沿軌道行走。閘門的滾輪支承分別布置在門頂和門底。

3.止水橫拉門止水由側(cè)止水和底止水組成。側(cè)止水一般采用一對(duì)條形橡皮底止水,也可以采用P型橡皮圖7-21橫拉閘門的門側(cè)止水4、門厚確定

采用矩形截面時(shí)，橫拉閘門門厚的確定應(yīng)滿足啟閉時(shí)抗傾穩(wěn)定的要求，并適當(dāng)考慮主橫梁的經(jīng)濟(jì)高度。

當(dāng)采用梯形截面時(shí)，門頂厚度可由工作橋的使用條件而定，但應(yīng)大于1米，門底厚度按截面的強(qiáng)度要求確定，并應(yīng)滿足抗傾穩(wěn)定的要求。門底厚度:工程實(shí)踐一般為閘門寬度的（1/6～1/8）。1、三角閘門組成閘門由面板系統(tǒng)、主橫梁、端支臂桁架、縱向聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、端柱以及頂、底樞軸、止水等部件組成。（三）三角閘門的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)布置1-面板系統(tǒng)；2-主橫梁；3-端支臂桁架；4-縱向聯(lián)結(jié)系；5-端柱；6-頂樞軸；7-底樞軸；8-止水圖7-9三角閘門構(gòu)造圖（立面?zhèn)纫暎?）面板系統(tǒng)：面板系統(tǒng)包括擋水面板、水平、豎立次梁、水平主桁架的上弦梁及中、邊羊角等，它直接承受水壓力，并把它傳到端支臂桁架上。2）主橫梁：它主要承受面板系統(tǒng)傳來的水壓力，主橫梁通常采用桁架結(jié)構(gòu)。3）端支臂桁架及端柱：端支臂桁架承受水平桁架、豎立次梁所傳來的水壓力，并通過端支臂桁架末端交會(huì)處的端柱將水壓力及閘門自重傳到閘首邊墩上。4）縱向聯(lián)結(jié)系：主要用于克服啟門力矩與動(dòng)水作用在門體上的扭轉(zhuǎn)力矩，空間桁架一般按構(gòu)造要求決定。5）樞軸:三角閘門的支承分為頂樞、中樞和底樞。一般小型三角閘門只設(shè)置頂樞和底樞；對(duì)于大、中型三角閘門，因支承承受水平力大，而需要增設(shè)中樞。多支承三角閘門，需保證多支承的同心度，它對(duì)結(jié)構(gòu)制造和安裝要求較高。6）止水三角閘門的止水由邊止水、中止水和底止水組成圖7-25三角閘門止水a(chǎn)）中止水；b）底止水；c）邊止水1）閘門中心角閘門中心角的大小與閘室灌、泄水的水力條件;閘門的啟閉速度；啟閉力;閘門和閘首結(jié)構(gòu)的工程投資有關(guān)。工程實(shí)踐中中心角一般取為60°~70°

2、三角閘門的布置2）羊角的作用

三角閘門面板兩端的邊梁上，各設(shè)一對(duì)凸起的邊止水，稱羊角。

羊角的作用：安設(shè)止水；調(diào)整邊縫進(jìn)水的寬度，以便增大邊縫進(jìn)水流量；

中縫處的羊角，還用它來平衡邊羊角上的水壓力對(duì)旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的較大的偏心力矩。

（四）升降式平板閘門的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)布置

升降式平板閘門門葉結(jié)構(gòu)由承重結(jié)構(gòu)、行走支承、止水和吊具等組成。平板閘門門葉結(jié)構(gòu)立體示意圖1、平板鋼閘門的承重結(jié)構(gòu)一般有以下各部分組成：（1）面板用于擋水，直接承受水壓，并傳給梁格。（2）梁格由互相正交的梁系（頂梁、底梁、水平次梁、豎立次梁、主梁及邊梁等）組成，用來支承面板并將面板傳來的全部水壓力傳給支承邊梁，然后通過設(shè)置在邊梁上的行走支承把閘門上的水壓力傳給閘首。（3）聯(lián)結(jié)系又分為橫向（豎向）聯(lián)結(jié)系和縱向聯(lián)結(jié)系（又稱門背連接系）。橫向聯(lián)結(jié)系布置在垂直于閘門跨度方向的豎直平面內(nèi)，以保證閘門橫截面的剛度；縱向聯(lián)結(jié)系布置在閘門下游面主梁（或主桁架）的下翼緣（或下弦桿）之間的豎直平面內(nèi)，用來承受閘門部分自重和其它垂直荷載，并增強(qiáng)閘門縱向豎平面的剛度。

2、行走支承閘門的行走支承（又稱支承移動(dòng)部件）包括主行走支承（主輪或主滑塊）和側(cè)向支承（側(cè)輪）及反向支承（反輪）裝置三部分，是直接影響閘門安全運(yùn)行的重要部件。3、止水為了防止閘門關(guān)閉時(shí)周邊縫隙漏水，在門葉結(jié)構(gòu)與孔口周圍之間的所有縫隙間需要設(shè)置止水（也稱水封）。4、吊具吊具是用來連接啟閉機(jī)的牽引構(gòu)件。一般有柔性鋼索、勁性拉桿和勁性壓桿等。吊具與設(shè)在門葉上的吊耳相連接，以起吊閘門。（五）船閘閥門的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)布置

輸水閥門是在水壓作用下開啟，而在無水壓的情況下進(jìn)行關(guān)閉。但在發(fā)生事故時(shí)，必須能及時(shí)停止開啟并立即關(guān)閉。

對(duì)輸水閥門的要求是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；止水性能好；具有良好的水力特性；在局部開啟時(shí)閥門本身的振動(dòng)較??；啟閉簡(jiǎn)單；檢修方便；閥門的型式應(yīng)便于閘首的布置。1.平面閥門特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、檢修方便，在閘首上布置簡(jiǎn)便，占地較小。平面閥門的門葉結(jié)構(gòu)由承重結(jié)構(gòu)、行走支承、止水和吊具等組成。通常采用多橫梁式，主橫梁一般為實(shí)腹梁。支承移動(dòng)設(shè)備：滾輪式及滑動(dòng)式?；瑒?dòng)式平板閥門構(gòu)造簡(jiǎn)單，止水情況較好，門槽尺寸較小，但啟閉力大，適用在水頭較小的船閘上。當(dāng)水頭較大時(shí)，通常采用滾輪式。。2．反向弧形閥門反向弧形閥門弧面朝向下游。它主要由面板、主梁、次梁、肋板、支臂等組成)。為改善流態(tài)、門扇和支臂有時(shí)用薄板完全包