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弧形闸门通常是指弧形钢制闸门,也被称为弧形钢坝闸门,启闭时绕水平支铰轴转动、具有弧形挡水面板的闸门,其门页为圆柱体的部分弧形面,因此而得名,其启闭方式是门页绕铰座转动,有点类似于液压升降坝的启闭,因此,有些地方也称其为弧形钢坝闸门,总之,其主体门页为钢结构形式,启闭是弧形轨道,属于钢制闸门的一种。
一、弧形闸门结构组件及结构图
1、门体:由止水装置、支臂、门叶、支承铰等四部分组成。
止水装置:可采用橡胶止水,中、小型及承受总水压力不大的弧形闸门止水装置用一般橡皮,潜孔式高压力弧形闸门用特制密封橡皮;
支臂:弧形闸门的单侧支臂多由两根承压构件组成,对类型较大的,单侧也有用三根承压构件的,其主要作用是支撑门叶并传递径向力于支铰轴上,对于弧形钢坝的支臂来说也可分为斜纸支臂和直支臂,前者多用于孔口较大的露顶式弧形钢坝,后者多用于宽高比较小的孔口。对于特窄的弧形钢坝闸也有做成一个支臂框架的,称为独支臂弧形闸门;
门叶:由弧形面板和主次梁的梁格体系构成,门叶梁格布置有主横梁系与主纵梁系两种形式。主横梁系多用于露顶式或宽高比较大的弧形闸门,主纵梁系常用于高水头宽高比较小的潜孔式弧形钢坝闸门;
支承铰:由连接支臂的铰链、固定轴、固定铰座组成,其安装位置应高出下游水面,与建筑物上的埋设构件连接,并传力于基础上,支承铰的形式有圆柱铰和圆锥铰等。圆柱铰构造比较简单,制造、安装也较方便,应用普遍;圆锥铰多用于大跨度露顶式弧形闸门上。
2、埋设构件:包括支铰座、止水座、顶止水装置等构件,起承重止水的作用。
露顶式弧形闸门的支铰座承重构件一般均埋入闸墩的悬伸牛腿内;
潜孔式弧形闸门支铰座承重梁有的直接埋入大体积混凝土内,有的两端插入边墙内锚固。
3、启闭设备:液压启闭机或钢丝卷扬启闭机。
若采用液压启闭机,则缸体一般作成可摇摆式,以达到布置紧凑,减轻设备重量的作用。启闭设备布置多采用一门一机的布置形式。吊点的设置,门叶面板后的梁系或支臂上,露顶式和宽高比较大的弧形钢坝闸多用双吊点。
二、弧形闸门分类
1、按支承铰轴的形式分为圆柱铰、圆锥铰、球形铰和双圆柱铰式弧形闸门
2、按门叶结构分为主纵梁式和主横梁式弧形闸门等(受背水压的称反向弧门)。
3、按门顶以上水位的深度分为露顶式和潜孔式。水库水位不超过门顶称露顶式弧形闸门(也称表孔弧形闸门),水库水位高于门顶称潜孔式弧形闸门(也称深孔弧形闸门或高压弧门)。
4、按传力支臂形式分为斜支臂式和直支臂式。
三、弧形闸门优势特点
1、弧形闸门不设门槽,启闭力较小,水力学条件好;
2、采用弧形设计,可以减少水流通过时的阻力,降低能量损失,提高水流的流通效率;
3、增加水流的流通面积,使得水流通过闸门时的流量增加,提高了水流的通过能力。
四、弧形闸门安装顺序
弧形闸门安装顺序根据其止水装置的不同分为以下两种。
1、利用侧轨上冲压水封进行止水,安装顺序一般为:支承大梁(或锚栓架)的安装,固定支铰及启闭机机架安装,门体安装,启闭机安装,启闭机联门运行,埋件安装(包括:底坎、侧轨、门楣)。
2、利用门叶侧面橡皮进行止水,安装顺序一般为:埋件安装(包括:支承大梁(或锚栓架)、底坎、侧轨、门楣),固定支铰及启闭机机架安装,门体安装,启闭机安装,启闭机联门运行。
五、弧形闸门应用和作用
1、应用:弧形闸门应用非常广泛,比如应用于水电站、河道、水库、涵洞、引水隧洞或渠道中等各种类型的水道上作为工作闸门。
2、作用:弧形闸门在水电站中多用于控制水流过程中的压力和流量,以保证水轮机的正常运转。它能够调节进水量、调整水流方向、控制水压,从而保护水轮机并提高其输出效率。还可以作为涵洞、引水隧洞或渠道中的建筑物,用于阻隔水流或泥沙;调整闸门的开启度,可以改变水流通过的通道面积大小,从而控制水流的流速。打开闸门,水流通道面积增加,水流速度减小;关闭闸门,水流通道面积减小,水流速度增加。
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