一种具有转动式生态放水机构的平面闸门设计

管华明

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088)

寿县新桥水库位于淮河流域瓦埠湖水系东淝河上游支流南小河上，坝址以上集水面积为98.6km2。水库所在地区属江淮丘陵区，肩负着为区内的寿县新桥国际产业园提供水源、改善生态环境、提高水库下游防洪能力的重任。水库属小(1)型水库，工程等级为Ⅳ等，拦河坝为4级建筑物，泄洪闸为3级建筑物。泄洪闸工作门门型为露顶式平面定轮钢闸门，门体尺寸(宽×高)为6.66m×5.3m。

为满足常态下游河道生态基流放水，需设置放水措施。由于前期建设阶段未埋设管道连通上游和下游并设置闸阀进行控制，因此在现有闸门上如何简单、有效、经济地增设生态放水装置以及保证生态流量，成了设计难点之一。

1 背景技术

水利工程中有很多蓄水闸和节制闸，当这些蓄水闸和节制闸建成后，通常造成下游无水或水量很少，下游河道干涸。鉴于近些年来生态环保的要求越来越高，常规的建闸方案必须增设生态放水通道，比较普遍的做法是埋设管道连通上游和下游，并设置闸阀进行控制。这种方案对于新建工程来讲比较容易实施，投资也不大；但是对于已建工程来讲，要开凿现有的混凝土结构或进行新的开挖，实施难度较大，投资也较大。

而使用转动式闸门生态放水装置可以有效地解决生态放水问题，该装置只需在现有的平面闸门面板上进行设计和安装，不涉及土建及其他工程，实施相对简单，而且投资也小。特别是对于已建的水闸和节制闸，不需要进行混凝土结构的凿除或进行新的开挖，实施难度大大降低，同时也能节省很多投资。

2 转动式生态放水机构设计方案

根据本工程闸门特点，闸门放水装置采用了新型的转动式生态放水设计方案，主要有闸门面板、放水体结构、牵引定位机构和转动机构4个部分。结构如图1—2所示。

图1 非放水状态立体结构示意图

图2 放水状态立体结构示意图

放水体结构包括挡水板、配重板、限位块、止水橡皮、止水压板和螺栓。挡水板外形轮廓由有一定距离的一个大圆和一个小圆及两圆的外公切线组成，配重板焊接在挡水板的小圆端，限位块焊接在配重板的内侧，止水橡皮通过止水压板和螺栓安装在挡水板的大圆端，用于密封面板放水孔。如图3—5所示。

图3 A-A剖面图

图4 B-B剖面图

图5 E-E剖面图

挡水板的小圆端连接着钢丝绳，钢丝绳上设有套环，它们与固定销、套环销、定位销、限位板和肋板一起构成牵引定位机构。

挡水板大圆端的正上方设有吊耳，吊耳通过轴套、挡圈、垫圈和螺母安装在台阶轴上，它们一起构成转动机构，如图6所示。

图6 D处放大图

对放水体结构而言，不需放水时，挡水板大圆圆心与小圆圆心连线呈水平状态，挡水板大圆端正对面板放水孔，止水橡皮正好对着止水座板，起到密封的作用；位于挡水板小圆端的配重板正好落在限位板上。需要放水时，拉动套环，与其连接的钢丝绳便拉动挡水板绕着台阶轴转动，挡水板的大圆端逐渐脱离面板放水孔。当挡水板的大圆端完全脱离面板放水孔时，套环刚好挂在套环销上，即可实现生态放水的目的。转动过程中，半球形限位块可限制挡水板向闸门面板靠近，确保转动过程顺畅且省力。

图7 C-C剖面图

对牵引定位机构而言，不需放水时，钢丝绳一端连着固定销(如图7所示)，另一端与挡水板的小圆端相连。此时位于挡水板小圆端的配重板正好落在限位板上。限位板一方面确保挡水板正好密封面板放水孔，另一方面承担了挡水板及配重板大部分重量，因此钢丝绳受力较小，工作荷载小，有助于延长钢丝绳的寿命。肋板主要起到支撑限位板的作用。生态防水时，套环刚好挂在套环销上，此时挡水板的上方便是定位销，定位销可以防止挡水板被拉过位，确保了放水动作的准确性。同时套环销的末端有圆形挡板，可防止套环脱落。

对转动机构而言，挡水板大圆端的吊耳通过轴套安装在台阶轴上，两侧安装有挡圈，与外侧挡圈相邻的是垫圈，然后最外面是两个螺母。轴套和挡圈为工程塑料合金材料，自带润滑功能，确保挡水板在水里能够轻松转动，不出现卡阻。台阶轴、挡圈、垫圈和螺母主要起定位和限位作用，确保挡水板处在正确的位置，同时防止挡水板转动的过程中位移过大，造成挡水板转动困难。

图1—图7中序号说明：1—闸门面板、2—面板放水孔、3—止水座板、4—钢丝绳、5—套环、6—固定销、7—套环销、8—限位销、9—定位板、10—肋板、11—挡水板、12—配重板、13—限位块、14—止水橡皮、15—止水压板、16—螺栓、17—台阶轴、18—挡圈、19—轴套、20—垫圈、21—螺母。

3 实现功能

该转动式生态放水机构可实现：

需要生态放水时，拉动钢丝绳便可让挡水板绕台阶轴转动，钢丝绳上设有套环，将套环挂在定位销上即可实现生态放水的目的。

无需放水时，挡水板小圆端的下部焊有配重板，将套环从定位销上取下，挡水板在配重板的作用下回落至定位板。此时挡水板大圆端正对面板开孔，通过止水橡皮密封开孔；钢丝绳刚刚拉直，定位板承受挡水板大部分的重量，钢丝绳负荷较小，可有效延长钢丝绳的寿命并保证面板开孔的密封性。

4 具体实施方式

首先根据生态放水的流量要求，结合水位在闸门面板上确定面板放水孔的位置和大小，当然也可以根据需要设置多个放水孔，并安装多个转动式闸门生态放水装置。确定面板放水孔的位置后，在其周围焊接一圈止水座板，一方面保证止水效果，另一方面起到加强面板放水孔的作用。

根据非放水状态，结合面板放水孔的大小合理确定挡水板的外形。根据挡水板的外形和位置，确定台阶轴的位置，再结合配重板的形状和位置确定定位板的位置。台阶轴定位好后直接焊接在闸门面板上，定位板也是直接焊接在闸门面板上，然后再定位板的下面焊接肋板。

止水橡皮通过止水压板和螺栓安装在挡水板的大圆端，然后将半球形限位块焊接在配重板的内侧，正对闸门面板。在安装挡水板前，先将内侧挡圈和轴套安装在台阶轴上，再将水板安装在轴套的位置，最后安装外侧挡圈、垫圈和螺母。

根据非放水状态的位置和放水状态的位置，结合操作需要确定钢丝绳的长度、套环在钢丝绳上的位置，同时可以确定固定销、套环销和限位销的位置。钢丝绳一端连接在固定销上，一端与挡水板的小圆端连接。固定销、套环销和限位销均通过焊接固定在闸门面板上。

5 结语

本转动式生态放水机构结构形式新颖独特，有以下主要优点。

(1)只需在现有的闸门面板上安装转动式生态放水机构，即可有效解决生态放水问题；不涉及土建及其他工程，实施相对简单，而且投资也小。特别是对于已建的水闸和节制闸，不需要进行混凝土结构的凿除或进行新的开挖，实施难度大大降低，同时也能节省很多投资。

(2)通过转动实现开启和关闭，运动方式可靠。

(3)利用自身结构形成的杠杆实现转动开启，操作简单且省力。

(4)设置了定位机构，可以防止误操作，确保了放水动作的准确性。

(5)结构简单明确，维修简单，更换维护费用低。

基于本结构申报的发明专利《一种具有转动式生态放水机构的平面闸门》(专利号：2019105494227)，已通过国家知识产权局初审，进入实审阶段。