平板定轮闸门设计

1学生姓名学号 专业机械设计制造及其自动化课题名称平板定轮闸门设计课题来源模拟任务要求通过本次毕业设计，学生可以掌握关于平面闸门的主要设计内容和方法，锻炼学生综合运用所学的基础知识，对毕业后走向工作岗位，解决实际问题有所帮助，在设计中各零部件选用依据、详细计算过程按要求写出设计计算说明书一份，绘制设备图一张，其余代表性零件绘制满足毕业设计要求。根据设计任务书要求，每一个同学是对所设计的题目都要经过认真仔细的实习、调研，对闸门设计形成一个总体印象，设计时可以从整体把握，从零部件到整体依次进行。重点研究问题在平面闸门中，门叶结构的布置、设计计算；相关零部件的设计计算；闸门施工详图的绘制。设计内容1闸 门 是 设 置 在 水 工 建 筑 物 过 水 孔 口 上 ， 用 于 控 制 水 流 的 通 、 断 或调 节 流 量 的 设 备 。 主 要 用 于 关 闭 和 开 放 泄 （ 放 ） 水 通 道 的 控 制 设施 。 水 工 建 筑 物 的 重 要 组 成 部 分 ， 可 用 以 拦 截 水 流 ， 控 制 水 位 、调 节 流 量 、 排 放 泥 沙 和 飘 浮 物 等 ， 它 由 活 动 部 分 （ 也 称 门 叶 ） 、埋 固 部 分 和 启 闭 机 械 3 部 分 组 成 ， 闸 门 分 类 方 法 较 多 ， 主 要 有 ： 按 闸 门 的 工 作 性 质 可 分 为 工 作 闸 门 、 检 修 闸 门 和 事 故 闸 门 ， 我们 所 要 设 计 的 便 是 检 修 闸 门 。 检 修 闸 门 设 于 工 作 闸 门 前 ， 用 于建筑物或工作闸门等检修时短期挡水，一般在静水中启闭。平面闸门简介 按 总 体 布 置 分 为 组 合 式 （ 门 槽 、 门 叶 与 操 作 设 备 组 成 一 整 体 ） 和 分散 式 （ 由 门 叶 、 门 槽 和 启 闭 机 组 成 ， 操 作 时 门 叶 可 提 出 门 槽 ） ； 按 闸 门 门 叶 组 装 形 式 分 为 整 体 门 叶 式 和 分 节 组 成 门 叶 式 ； 按 闸 门门 叶 的 支 承 方 式 分 为 滑 动 支 承 式 和 滚 动 支 承 式 ； 按 闸 门 门 叶 止 水2位 置 分 为 上 游 止 水 式 和 下 游 止 水 式 ； 按 闸 门 门 叶 运 行 移 动 状 况 分为 直 升 式 、 升 卧 式 、 横 拉 式 和 浮 箱 式 等 。 此 外 ， 还 有 其 他 的 分 类 方 式（ 见 闸 门 ） 。 门 叶 结 构由 门 叶 主 体 、 支 承 、 止 水 装 置 和 吊 耳 四 个 部 分 组 成 （ 图 1） 。门 叶 主 体 一 般 由 面 板 、 主 横 梁 、 边 梁 （ 柱 ） 和 次 梁 组 成 有 面 板 的 梁 格结 构 。 设 计 水 压 力 通 过 板 梁 支 承 传 至 门 槽 埋 件 ， 分 节 的 闸 门 门 叶 一 般都 在 边 柱 处 连 接 。 门 叶 支 承 部 分 应 用 较 多 的 是 滑 动 支 承 、 滚 轮 支 承 和 链 轮 支 承 等 。支 承 部 分 也 是 门 叶 移 动 的 行 走 部 分 。 滑 动 支 承 是 装 在 门 叶 主 体 边 梁 处的 滑 块 。 其 在 固 结 于 门 槽 内 的 支 承 轨 道 上 作 滑 动 摩 擦 运 动 ， 接 触 处 是面 或 线 。 滚 动 支 承 是 装 在 门 叶 边 梁 上 的 轮 子 ， 其 在 门 槽 轨 道 上 作 滚 动摩 擦 运 动 ， 接 触 处 是 点 或 线 。 链 轮 支 承 是 环 绕 门 叶 边 柱 由 一 系 列 圆 柱滚 子 组 成 的 形 似 链 条 式 的 闭 合 链 环 。 这 种 支 承 的 闸 门 也 称 履 带 式 闸 门 。滑 动 支 平 面 闸 门承 的 闸 门 摩 擦 阻 力 大 ， 启 门 力 大 ； 滚 轮 支 承 摩 擦 阻 力 小 ， 启 门 力 也 小 ，但 闸 门 门 叶 较 重 ； 链 轮 支 承 也 作 滚 动 摩 擦 ， 其 优 点 是 由 数 目 较 多 的 小滚 柱 承 受 闸 门 的 水 压 力 ,单 个 轮 压 小 ,使 得 门 槽 内 敷 设 的 轨 道 断 面 小 、重 量 轻 。 滚 轮 支 承 的 闸 门 ， 根 据 闸 门 特 征 及 梁 格 布 置 设 有 悬 臂 （ 外 伸 ）轮 、 简 支 轮 和 台 车 式 轮 组 （ 图 2） 。 装 设 在 闸 门 门 叶 主 体 上 密 封 孔 口 的 止 水 装 置 一 般 均 为 特 殊 制 造 的可 压 缩 耐 磨 橡 胶 制 品 ， 就 其 布 置 部 位 分 为 顶 止 水 、 侧 止 水 和 底 缘 止 水 。3各 止 水 的 接 头 部 位 衔 接 处 均 在 现 场 配 装 时 进 行 热 胶 合 处 理 ， 以 保 证 周围 止 水 的 效 果 。 平 面 闸 门 的 吊 耳 一 般 均 设 在 闸 门 门 叶 主 体 结 构 上 端 的 顶 横 梁 上 ，根 据 结 构 尺 寸 大 小 和 形 式 可 直 接 焊 固 在 顶 梁 上 或 单 独 制 造 ， 然 后 在 现场 焊 固 。 埋 设 构 件由 门 叶 的 支 承 轨 道 、 止 水 密 封 （ 座 垫 ） 、 移 动 导 向 垫 板 和 护 角 组成 。 门 槽 的 体 型 分 为 ： 矩 形 方 角 门 槽 ， 一 般 适 用 于 低 流 速 ； 矩 形 错 距斜 坡 门 槽 ， 适 用 于 中 流 速 ； 特 形 门 槽 ， 适 用 于 高 速 水 流 。 门 槽 形 状 由模 型 试 验 确 定 ,以 使 在 门 槽 部 位 不 产 生 空 蚀 或 磨 蚀 （ 图 3） 。 潜 孔 式闸 门 顶 止 水 座 板 部 位 一 般 称 门 楣 。 根 据 闸 门 的 工 作 性 质 在 门 楣 以 上 设有 一 定 高 度 的 钢 板 胸 墙 ， 它 是 埋 设 结 构 的 重 要 组 成 部 分 ， 其 他 如 主 轨 、反 向 轨 、 底 坎 等 都 是 埋 设 件 。 启 闭 设 备闸 门 门 叶 运 移 (开 或 关 )的 操 作 机 械 。 根 据 平 面 闸 门 的 操 作 特 点及 孔 口 尺 寸 ， 分 为 ： 操 作 平 面 闸 门设 备 直 接 与 闸 门 门 叶 连 接 并 固 定 在 门 槽 （ 埋 设 件 ） 上 ， 形 成 一 个 整 体（ 如 闸 阀 、 截 门 ） ； 启 闭 机 固 定 或 移 动 于 建 筑 物 上 ， 远 离 闸 门 门叶 ， 通 过 吊 具 与 门 叶 连 接 。 启 闭 设 备 据 以 选 型 的 主 要 参 数 是 启 闭 力 和升 降 扬 程 。 当 平 面 闸 门 门 叶 自 重 不 能 克 服 下 门 阻 力 顺 利 关 闭 时 ， 可 采用 加 重 块 ， 借 助 水 柱 压 力 或 直 接 由 启 闭 设 备 加 压 迫 使 关 闭 。 平面闸门布置紧凑，制造较易，使用安全可靠,维修方便,广泛用于各类水工建筑物及其他场合。至今，在世界各国的工程设施上平面闸门的采用数量仍居首位。中国水利工程使用最早最多的闸门是平面闸门，目前4焊接钢闸门已普遍采用，从其设计、制造、安装及运用等诸方面均已达到世界先进水平水利闸门分类我 们 将 水 利 闸 门 进 行 如 下 分 类 ： 1、 如 果 按 闸 门 的 工 作 性 质 可 分 为 工 作 闸 门 、 检 修 闸 门 和 事 故 闸门 。 工 作 闸 门 也 称 主 要 闸 门 ， 能 在 动 水 中 启 闭 。 检 修 闸 门 设 于 工 作 闸门 前 。 用 于 建 筑 物 或 工 作 闸 门 等 检 修 时 短 期 挡 水 ， 一 般 在 静 水 中 启 闭 。事 故 闸 门 多 设 于 深 孔 工 作 闸 门 前 ， 用 于 建 筑 物 或 设 备 出 现 事 故 时 ， 能在 动 水 中 关 闭 而 在 静 水 中 开 启 ； 兼 作 检 修 闸 门 时 ， 也 称事 故 检 修 闸 门 ； 需 要 在 限 定 时 间 内 紧 急 关 闭 的 事 故 闸 门 ， 称 为 快速 闸 门 。 2、 如 果 按 闸 门 关 闭 时 门 顶 与 水 面 的 相 对 位 置 分 为 露 顶 式 闸 门 和潜 孔 式 闸 门 。 3、 当 我 们 按 闸 门 门 叶 的 外 观 形 状 分 为 平 面 闸 门 、 弧 形 闸 门 、 人字 闸 门 、 拱 形 闸 门 、 球 形 闸 门 和 圆 筒 闸 门 等 。 4、 按 制 造 闸 门 门 叶 的 材 料 分 为 钢 闸 门 、 铸 造 闸 门 、 木 闸 门 、 钢筋 混 凝 土 闸 门 和 组 合 材 料 闸 门 。 对 于 翻 板 闸 门 可 借 助 水 力 自 动 启 闭 ，称 为 水 力 自 动 闸 门 。 当 我 们 在 选 择 闸 门 形 式 需 要 考 虑 其 在 水 工 建 筑 物中 的 位 置 、 尺 寸 、 设 计 水 头 、 运 用 条 件 、 制 造 能 力 和 安 装 技 术 水 平 等因 素 ， 要 求 做 到 泄 流 时 水 流 条 件 好 、 止 水 严 密 、 启 闭 力 小 、 操 作 简 便灵 活 、 检 修 维 护 方 便 等 。 平 面 闸 门 和 弧 形 闸 门 是 最 常 用 的 门 型 。 设计内容21、.首先根据已知参数，经过分析各种闸门的特点，对闸门进行选型布置。闸门的造型与不知，主要是确定闸门与启闭机械的设置位置、孔径尺寸、闸门与启闭机的形式、数量、运行方式及运行检修有关的布置要求。闸门结构应该简单、便于制造、安装。闸门的门型应根据工程队闸门的运行要求、闸门设置部位和启闭机的形式，参照各种闸门的特点，通过经济技术比较选定。2、.门体布置。门体布置是根据闸门的形式、孔口尺寸和材料来选取合理的门叶结构、零部件的形式和布置。门体布置应注意闸门的结构简单、安全可靠、节约材料及便于制造、运输安装于运行维护等方面的要求。5零部件种类尽可能少，尽可能采用标准化产品。3、门体布置完后，就可以进行闸门结构和零部件的设计计算。根据可能发生的最不利的和在组合情况和选定的结构、零部件布置和材料，确定载荷分配，然后进行各个部分构件和零部件的设计计算。一般先选择规格，在进行强度、刚度、稳定性验算。4、闸门结构计算模型主要还是采用平面体系，即把一个空间承重结构划分成几个独立的平面系统分别进行分析计算。闸门承重结构在分成平面系统时，需要考虑各构件的相对刚度和这些构建的变形情况，同时考虑整个结构的变形情况，使计算方法尽可能符合结构的实际受力情况。5、有关设计计算完成后，进行施工图的绘制。施工图的绘制中应注意闸门总体尺寸和布置与建筑物有关部位之间、闸门门叶部分各构件之间的配合；各构件的界面尺寸、跨度及相邻构件在外形尺寸和连接上的配合;各构件本身的截面构造及零部件的加工精度和热处理等。6、有能力的同学可以尝试熟悉 ansys 软件在结构分析中的应用，利用ansys 软件对结构的相关部件进行有限元分析。本次设计课题的意义从闸门发展到现在，他的设计已经和其他诸如零件设计一样有自己的标准和设计准则，细看闸门的用途，我们了解最多的认识最清晰的要数这次实习见到的水电站闸门，但是闸门的使用却不只局限于此，其他诸如船舶等。三峡作为水电站也是要使用闸门，在这些重大建设中闸门关系到整个建筑的坚固和可靠，在设计之时就要求设计人员本着敬业精心的态度去完成每一个环节和做好每一个计算。闸门失效的严重性不必多讲，闸门的使用不会随着社会的发展而消失，它会随着社会的发展发挥出更大的作用，未来对于闸门的要求将更加严格，那么我们就需要更加负责的态度去面对！预期的成果及形式1、一份不少于 3000 字的开题报告2、一份不少于 3000 字的外文翻译3、一份不少于 10000 字的设计说明书4、折合成图幅为 A0 图纸 2.5 张的绘图6时间安排第 12 周 确定设计任；，安排毕业设计进度；了解课题内容，查找相关资料，搜集整理信息第 34 周 做毕业设计实习；完成实习报告，开题报告，对设计内容进行熟悉第 56 周 完成外文翻译；按分组要求的不同，完成设计的相关选型、布置、整体及零部件的全部设计计算第 7 周 进行相关的计算分析第 811 周 完成全部图纸的绘图设计工作第 1213 周 整理毕业设计说明书、整改图纸第 14 周 毕业答辩指导教师意见签 名：年 月 日备注主要参考资料1.范崇仁 水工钢结构设计 中国水利水电出版社2. 河海大学 水工钢结构 水利电力出版社3. 严大考 结构力学与钢结构 黄河水利出版社 4.刘细龙 陈福荣 闸门与启闭设备 中国水利水电出版社 5.机械零件设计手册 冶金工业出版社6. 水电站机电设计手册（金属结构一）7. 电力工业标准汇编水电卷（金属结构）部分 水利电力出版社8. 水利水电工程钢结构闸门设计规范9. 河海大学水电学院 水工钢闸门分册 水利水电出版社710. 水利水电钢闸门制造安装及验收规范I摘 要水利枢纽的主要任务之一就是拦洪、蓄洪、泄洪，根据枢纽预定功能，水流量大小等条件，枢纽设有表孔、深孔、导流孔、隧洞、放空洞等泄水通道。闸门是控制这些通道过流的机械设备，它运行的好坏直接影响水利枢纽的安危，因此选好闸门启闭机的形式，做好金属结构的总体布置即为重要，其次是解决所采用的材料、计算结构安全、选好支承式、解决闸门运行时各种复杂的水力学问题，精心搞好设计，才能解决设备安全顺利地完成枢纽所赋予的任务。本设计是一平板定轮钢闸门，所起作用是尾水门兼事故检修闸门，本文根据所提供的工程概况，详细地论述了闸门的步骤、方法及内容。设计内容以顶节门叶为主，论述的较为具体，中节和底节门叶结构及设计方法与顶节答题类似，所以没有再展开说明，仅将有关尺寸数据列出。关键字：平板定轮闸门、门叶、顶节。！所有下载了本文的注意：本论文附有 CAD 图纸和完整版 word 版说明书，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（QQ 邮箱），或加 QQ 83753222，最后，希望此文能够帮到你！IIAbstractOne of the main tasks of Water Control Project is to stop flood , storage flood and discharge flood .In accordance with predetermined hub function , the size of water flow conditions , the hub equipped with lip-deep holes , deep hole ,diversion hole , tunnel , drainage channels , and so on .The gate , which is the equipment to control flow through these channels , runs a direct impact on the safety of key water control project , so selecting the form of gate hoist do a good job in the overall layout of metal structures is extremely important , then resolve the materials which be used ,calculate the safe of structure ,choose good support-style , find solution to the complex hydraulics problem of the gate , then resolved the design of equipment safety and completed the tasks entrusted to the hub successfully . In this article , designed by taking the flat steel gate and tail gate and tail gate accident repair water gate , design the gate adoption of the basic information given .This article discusses the design of the gate steps , methods and content in detail . The design of the contents is mainly about the top section which is discussed specifically . In the Festival and the Festival at the end of the door leaf structure and design methods and top-section generally similar ,therefore , there is no further description .Key words :flat steel gate ,the door leaf , the top section .III目 录摘 要 IAbstract.II1 绪 论 .11.1 闸门的作用 11.2 闸门的分类 11.2.1 按闸门的工作性质分类 .11.2.2 按闸门结构类型分类 11.2.3 按孔口性质分类 21.2.4 闸门的使用材料分类 31.3 平面钢闸门的组成 41.3.1 门叶结构的组成 41.3.2 埋设构件 51.3.3 闸门的启闭设备 62 设计工况和主要的设计参数 .73 闸门的结构布置 .83.1 闸门的选型 83.2 平面闸门的结构布置 93.2.1 闸门的尺寸选择 .103.2.2 闸门的分节 .103.2.3 支承跨度 .103.2.4 闸门材料 .103.2.5 梁格形式选择 .103.2.6 总水压计算 .114 门叶结构计算 14IV4.1 主梁的布置 .144.1.1 主梁的数目 .144.1.2 主梁的位置 .144.2 面板的设计 .154.3 水平次梁的设计 .164.3.1 载荷和内力计算 .174.3.2 截面选择 .184.3.3 强度验算 .204.3.4 挠度验算 .204.4 主梁设计 .204.4.1 主梁的形式 .204.4.2 主梁的荷载 .214.4.3 截面选择 .214.4.4 主梁的截面特性计算 .224.5 顶梁设计 .244.6 竖直次梁设计 .254.6.1 截面选择 .254.6.2 内力计算 .254.6.3 截面特性计算 .264.6.4 强度计算 .274.7 边梁设计 .284.7.1 边梁所受荷载 .284.7.2 截面特性 .294.8 中节及底节门叶结构 .304.8.1 中节门叶结构 .304.8.2 底节门叶结构 .315 闸门的零部件设计 325.1 行走支撑装置 .325.2 起吊轴及其计算 .335.3 启闭力计算 .34V5.3.1 闭门力计算 .345.3.2 启门力计算 .355.4 埋件计算 .36结束语 .38致 谢 .39参考文献 .40外文翻译原文 .41外文翻译译文 .5411 绪 论1.1 闸门的作用闸门是设置在水工建筑物过水孔口上，用于控制水流的通、断或调节流量的设备。它是水工建筑物的重要组成部分之一，可以根据需要封闭建筑物的孔口，也可以全部或局部开启孔口，用于调节上下游水位和流量，从而获得防洪、灌溉、供电、发电、通航、过木过筏等效益，还可以用于排除漂浮物、泥沙、冰块等，或者为相关建筑物和设备的检修提供必要条件。闸门通常设置在取水输水建筑物的进、出水口等咽喉要道，通过闸门灵活可靠地启闭来发挥它们的功能和效益以及维护建筑物的安全。例如，在一些取水供水工程的输水管道上一般设置节制闸门，用于根据需要调节控制流量，在泵站进出口和一些隧道、涵管、倒虹管等的进出水口一般设置有检修闸门，为检修水工建筑物和泵组设备提供条件，在水库溢流坝或溢洪道上一般设置有泄洪工作闸门，用于控制水库的水位和泄往下游的洪水流量，组大限度地发挥水库的功能效益.1.2 闸门的分类闸门的种类繁多，分类的方法也很多，一般可按闸门的工作性质、结构特征、孔口性质、使用材料和加工方法等标准来分类。1.2.1 按闸门的工作性质分类闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门、检修闸门。工作闸门是指水工建筑物正常运行时需要关闭孔口的闸门。这种闸门一般使用频繁，要求在动水条件下启闭，甚至部分开启以控制流量。但亦有在静水工作条件下操作的工作闸门，如船闸通航的工作闸门。事故闸门是指水工建筑物或有关设备发生事故时使用的闸门。为防止事故扩大，事故闸门一般要求在动水条件下关闭孔口，截断水流，在事故清除后，则可根据具体情况在动水或静水条件下开启。如果有快熟关闭的要求，则称为快速事故闸门。检修闸门是指水工建筑物或有关设备检修时使用的闸门，一般在静水条件下操作。1.2.2 按闸门结构类型分类闸门按结构特征可分为：平面闸门、弧形闸门、其他形式闸门等。 1）平面闸门平面闸门是具有平面挡水板德闸门，它水工建筑物最常用的闸门。它的结构较为简2单，操作方便可靠，对建筑物的布置也较易配合。至今，在世界各国的工程设施上平面闸门的采用数量仍居首位。中国水利工程使用最早最多的闸门是平面闸门，目前焊接钢闸门已普遍采用，从其设计、制造、安装及运用等诸方面均已达到世界先进水平。简单的平面闸门只是一块平面的整板。比较复杂的则是梁格式的平面闸门，而其面板又可以做成平面或者曲面的形式。 平面闸门根据其移动方式不同，有直升式、撗拉式、转动式、浮箱式等几种。直升式平板闸门是最为广泛的门型，它是一块平板式门叶卡在门槽内而封闭孔口的。一般可按支承行走部分的结构，分为滑动式、滚轮式、链轮式。门叶的结构形式也很多，如梁形、拱形、壳形等。门叶的块数一般是一块，也有分成两块或多块的。还有一种闸门，升起后平卧在排架上，称为升卧式平面闸门，这类闸门适合用在地震烈度较大、启闭排架不宜太高的地方。撗拉式平面闸门是在平面闸门门叶的底部或顶部安装行走滚轮，可沿轨道横向移动，因它只能在静水条件下操作，故多用于船闸闸首工作门。转动式平面闸门的形式比较多。横轴转动平面闸门安设在底部、中部、顶部而分为舌瓣门、翻板门、拍门。竖轴转动的平面闸门有一字门和人字门。一字闸门是指绕端部转动的平面闸门，也称掩门。人字门是由左右两扇绕竖轴转动的闸门组成，在关闭位置时两扇闸门形成三铰拱形形成，成人字形，故而得名。一字门和人字门只能在静水条件下操作，一般用于船闸闸首工作闸门。浮箱式平面闸门的门叶形如空箱，在水中可以浮动，而当箱内充水时又能沉没在水中。它的用法是将空门托运到槽位置后，充水时没有下沉就位。浮箱式平面闸门只能在静水条件下操作，一般用于检修闸门。2）弧形闸门弧形闸门也是一种应用十分广泛的门型，它将一块弧形门叶用支臂铰支于较座上，一般铰心就是弧面中心，所以压力总是通过铰心，运行时阻力矩较小。弧形闸门两侧的支臂一般成双支臂的形式，对于高度较大的弧形闸门，其支臂也有做成三支臂的形式。根据支臂的布置，则有直支臂和斜支臂之分。弧形闸门的支承铰主要分为铰链和焦作 2两部分，它承受支臂的推力并传到基础上。但是，弧形闸门的设计、施工和安装一般比较复杂，它需要较长的闸墩和墩内承受集中推力的钢筋。1.2.3 按孔口性质分类按孔口性质可以分为：露顶式和潜孔式闸门两类。3露顶式闸门是指当闸门关闭时，闸门门叶顶部高出上游正常水位的闸门。露顶式闸门关闭时，闸门两侧和底缘与门槽埋件接触，一般设有止水和底止水装置。潜孔式闸门在关闭孔口时，闸门门叶顶部低于上游正常高水位，此时闸门的四周与孔口周围接触，可封闭矩形或圆形孔口。这类闸门的止水要复杂一些，尤其是潜孔式弧形闸门的顶止水需慎重处理。1.2.4 闸门的使用材料分类按闸门（主要指没有结构）使用的材料可分为钢闸门、钢筋混凝土闸门、木闸门等。1)钢闸门钢闸门具有自重轻、承载力大、性能和质量稳定、施工和维护简单、有一定的抗震性、可减少启闭设备的投资等优点。随着我国综合国力和制造技术的不断发展，目前的大中型工程中均采用钢闸门。为了保证安全，延长使用寿命，钢闸门需采取防腐蚀措施，通常采用热喷锌涂封闭漆的方案，在选用涂料时应注意其化学成分，尤其是在水源工程中，一般避免对水源造成污染。钢闸门按制造方法的不同又可以分为焊接钢闸门、铆接钢闸门、铸造钢闸门等。焊接钢闸门有制造安装简单、工期短等优点，在工程中使用最广泛。大、中型钢闸门中的长直焊缝还可采用自动焊，以减轻劳动强度，加快生产速度，提高产品质量和降低生产成本。受运输尺寸和重量的限制，大中型闸门制造时通常分解成几块，运到现场后再拼接成整体。要是受现场条件限制，如在冬季气温低于零下十五摄氏度的 情况下，难以保证安装焊缝的焊接质量，闸门安装接缝可采用螺栓连接。铆接钢闸门由于耗纲量大、工艺要求严格、制造费用高的缺点，目前已经很少采用。铸造钢闸门由于孔口尺寸较小、结构复杂的情况，如平板闸阀、蝴蝶阀、针型阀等。铸造的劳动强度及加工工作量大，费用一般较高。目前国内已有大量专业制造厂家生产的系列定型产品，可根据需要选用。小型闸门也可用铸铁闸门，有布置简单紧凑、耐腐蚀等优点，现在国内一些企业，特别是环保行业的制造厂已经有一系列的定型产品。2）钢筋混凝土闸门和木闸门钢筋混凝土闸门制造、维护比较简单、造价低廉，适用于偏远地区的一些小型工程。但其辎重偏大加大了启闭设备的容量，并且混凝土有透水性，结构抗震性差，一般大、4中型工程中不推荐采用。木闸门设有用于孔口和水头很小的情况。但木材在水中易腐朽，使用寿命有限，需经常更换，所以目前很少使用。随着我国国民经济的发展，我国的钢产量已经位居世界前列，机械加工和焊接技术水平也在不断提高，电力供应充足。因此，在工程设计中应有限考虑采用钢闸门。1.3 平面钢闸门的组成平面钢闸门一般是由可以上下移动的门叶结构、埋固构件和启闭设备三大部分构成。1活动部分；2埋设部分；3启闭设备1.3.1 门叶结构的组成门叶结构是用来封闭孔口的活动挡水结构。如图所示为平面钢闸门的门叶结构总图。由图可见，门叶结构是由面板、梁格、横向和纵向连接系、行走支撑（滚轮或滑块）以及止水等部件组成。1)面板 用来直接挡水，并将承受的水压力传给梁格。面板通常设在闸门上游面，这样可以避免梁格和行走支撑没于水中而聚集污物，也可以减少因门底过水而产生的震动。仅对静水启闭的门底流速较小的闸门，为了设置止水的方便，面板可设在闸门的下游面。2）梁格 梁格用于支撑面板，以减少面板跨度而达到减少面板厚度的目的。由图可见，梁格一般包括主梁、次梁（包括水平次梁、竖直次梁、顶梁和底梁）和边梁。它们共同支撑着面板，并将面板传来的水压力依次通过次梁、主梁、边梁而后传给闸门的行走支撑。53）空间联结系 由于门叶结构是一个竖放的梁板结构，梁格自重是竖向的，而梁格所承受的水压力却是水平的，因此，要使每一根梁都能处在它所承担的外力作用的平面内，就必须用联结系来保证每个梁格在闸门空间的相对位置。同时，联结系还起到增强门叶结构在横向竖平面内和纵向平面内刚度的作用。横向联结系位于闸门横向竖平面内，其形式一般为腹板隔板式，也有桁架式。横向连接系用来支撑顶梁、底梁和水平次梁，并将所承受的力传给主梁。同时，横向连接系保证着门叶结构在横向竖平面的刚度，不使门顶和门底产生过大的变形。纵向联结系一般采用桁架式或钢架式。桁架式结构的杆件由横向联结系的下弦、主梁的下翼缘和另设的斜杆所组成。这个桁架支撑在边梁上，其主要任务是承受门叶自重及其它可能产生的竖向载荷，并配合横向联结系保证整个门叶结构在空间的刚度。4）行走支承 门叶支承部分应用较多的是滑动支承、滚轮支承和链轮支承等。支承部分也是门叶移动的行走部分。滑动支承是装在门叶主体边梁处的滑块。其在固结于门槽内的支承轨道上作滑动摩擦运动，接触处是面或线。滚动支承是装在门叶边梁上的轮子，其在门槽轨道上作滚动摩擦运动，接触处是点或线。链轮支承是环绕门叶边柱由一系列圆柱滚子组成的形似链条式的闭合链环。这种支承的闸门也称履带式闸门。滑动支承的闸门摩擦阻力大，启门力大；滚轮支承摩擦阻力小，启门力也小，但闸门门叶较重；链轮支承也作滚动摩擦，其优点是由数目较多的小滚柱承受闸门的水压力,单个轮压小,使得门槽内敷设的轨道断面小、重量轻。滚轮支承的闸门，根据闸门特征及梁格布置设有悬臂（外伸）轮、简支轮和台车式轮组。 为保证门叶结构上下移动的灵活性，需要在边梁上设置滚轮或滑块，这些行走支承还将闸门上所承受的水压力传递到埋设的门槽内的轨道上。5）吊具 用来连接启闭机的牵引构件。平 面 闸 门 的 吊 耳 一 般 均 设 在 闸 门 门 叶 主体 结 构 上 端 的 顶 横 梁 上 ， 根 据 结 构 尺 寸 大 小 和 形 式 可 直 接 焊 固 在 顶 梁 上 或 单 独 制 造 ，然 后 在 现 场 焊 固 。6）止水 为了防止闸门漏水，在门叶结构与孔口周围之间的所有缝隙里需要设置止水（也称水封）。最常用的止水是固定在门叶结构上的定型橡皮止水。装 设 在 闸 门 门叶 主 体 上 密 封 孔 口 的 止 水 装 置 一 般 均 为 特 殊 制 造 的 可 压 缩 耐 磨 橡 胶 制 品 ， 就 其 布 置 部位 分 为 顶 止 水 、 侧 止 水 和 底 缘 止 水 。 各 止 水 的 接 头 部 位 衔 接 处 均 在 现 场 配 装 时 进 行 热胶 合 处 理 ， 以 保 证 周 围 止 水 的 效 果 。61.3.2 埋设构件由 门 叶 的 支 承 轨 道 、 止 水 密 封 （ 座 垫 ） 、 移 动 导 向 垫 板 和 护 角 组 成 。 门 槽 的 体 型分 为 ： 矩 形 方 角 门 槽 ， 一 般 适 用 于 低 流 速 ； 矩 形 错 距 斜 坡 门 槽 ， 适 用 于 中 流 速 ； 特 形门 槽 ， 适 用 于 高 速 水 流 。 门 槽 形 状 由 模 型 试 验 确 定 ,以 使 在 门 槽 部 位 不 产 生 空 蚀 或 磨蚀 。 潜 孔 式 闸 门 顶 止 水 座 板 部 位 一 般 称 门 楣 。 根 据 闸 门 的 工 作 性 质 在 门 楣 以 上 设 有 一定 高 度 的 钢 板 胸 墙 ， 它 是 埋 设 结 构 的 重 要 组 成 部 分 ， 其 他 如 主 轨 、 反 向 轨 、 底 坎 等 都是 埋 设 件1.3.3 闸门的启闭设备启 闭 设 备 是 闸 门 门 叶 运 移 (开 或 关 )的 操 作 机 械 。 根 据 平 面 闸 门 的 操 作 特 点 及 孔 口尺 寸 ， 分 为 ： 操 作 设 备 直 接 与 闸 门 门 叶 连 接 并 固 定 在 门 槽 （ 埋 设 件 ） 上 ， 形 成 一 个整 体 （ 如 闸 阀 、 截 门 ） ； 启 闭 机 固 定 或 移 动 于 建 筑 物 上 ， 远 离 闸 门 门 叶 ， 通 过 吊 具与 门 叶 连 接 。 启 闭 设 备 据 以 选 型 的 主 要 参 数 是 启 闭 力 和 升 降 扬 程 。 当 平 面 闸 门 门 叶 自重 不 能 克 服 下 门 阻 力 顺 利 关 闭 时 ， 可 采 用 加 重 块 ， 借 助 水 柱 压 力 或 直 接 由 启 闭 设 备 加压 迫 使 关 闭 。 对于小型闸门，常用螺杆式启闭机，对于大、中型闸门常采用卷扬机启闭机或油压机式启闭机。72 设计工况和主要的设计参数紫兰坝水电站是白龙江干流梯级开发规划的最后一个梯级水电站，其主要任务是发电。枢纽建筑物布置为左岸河床五孔泄水闸，右岸河床是电站引水发电。及左右岸混凝土副坝。电站以发电为主，兼有改善下游航运等综合效益。电站共安装三台贯流式水轮发电机组，单机容量为 34MW，总装机容量 102MW。紫兰坝水电站引水发电系统的出口有三孔尾水门埋件，三扇尾水门。本次设计的是水电站进水出口事故门兼尾水检修闸门。基本设计资料：设置地点 电站进水出水口孔口性质 潜孔 孔口尺寸（宽高） 10.79.1m底坎高程 454.55m正常蓄水位 488.00m下游设计洪水位 469.10m最低尾水位 468.20m止水尺寸（宽高）按事故检修闸门 10.859.2m按尾水门 11.119.33m设计水头事故检修门 19.8m尾水门 24.85m支撑跨度 11.61m水容量 1.0103kgm 3门叶结构材料 Q345B运行条件 动闭静启8注：本闸门的事故门水头是考虑 488.00-468.2=19.8m 的不利工况，这种情况是机组出事故时，需闭门档上游水，此时下游水位处于最低尾水位状态，尾水门水头是考虑479.40-454.55=24.85m 的不利情况，这种情况实在汛期时机组出事故需闭门，流道里的水抽干后门挡水。3 闸门的结构布置3.1 闸门的选型闸门的选型与布置，主要是确定闸门与启闭机的设置位置，孔口尺寸、闸门与启闭机械的形式、数量、运行方式和检修有关的布置要求等。闸门设计还应提倡创新精神，要积极慎重地采用新技术、新材料、新门型、新结构、新工艺，力求闸门设计经济合理、技术领先、安全可靠、运用方便，从而使工程最大限度地发挥经济效益和社会效益。闸门选型布置只有经过反复论证拟定后才能顺利地进行闸门的结构布置和结构计算。闸门的设置位置，应特别注意闸门水力学问题，应使水流平顺，流态良好，避免门前横向流和漩涡的发生，在门后则应避免出现淹没出流与回流。对重要的闸门或水流条件复杂的闸门，应对运行中可能产生的空蚀、震动、启闭力和磨损等作专门的研究，从透气孔的设计、门槽体型、止水形式、胸墙相关尺寸和操作方式等方面采取有效的措施，以避免或减轻其不利影响。闸门孔口尺寸应满足过流能力或过船、过木、排冰或排沙的要求，还应考虑水工建筑物结构的情况及闸门本身的结构、材料、启闭设备、制造技术等。孔口尺寸宜按闸门孔口和设计水头系列标准选取，使闸门生产逐步走向标准化，以利于制造、安装、运输和维护。一般来说采用大孔口尺寸闸门是比较经济的。闸门应结构简单，便于制造、安装。并应符合当时当地的施工技术水平和条件，闸门自重和启闭力要小，操作要简便灵活，降低造价。此外闸门的选型和布置还应考虑启闭机、门叶的运输尺寸和重量、安装吊运的方法和措施，在寒冷地区，还应考虑气温的影响，采取加热等措施避免闸门承受冰的静压力。平面直升闸门和和弧形闸门是应用最为广泛的两种闸门，以此为例对这两个闸门进行比较说明。平面直升闸门是用的最为广泛的一种门型，因为它能满足各种类型泄水孔道的需要。9它有如下特点：1）可封闭相当大面积的孔口。2）建筑物顺水流方向的尺寸型号小。3）闸门结构比较简单，其制造、安装和运输工作相对来说比较简单。4）门叶可移动至其他孔口，便于检修维护。5）门叶可在孔口间互换，故孔口较多时可兼做其他孔的事故门或检修门。6）门叶可沿高度分成数段，有利于排冰排沙，也可以减轻启门力。7）闸门的启闭设备比较简单，对移动式启闭机的适应性较好等。8）潜孔式平面闸门有时可利用水柱压力闭门，减少门重或配门。平面直升闸门的缺点如下：1）需要较高和较厚的闸墩。2）具有影响水流的门槽，特别在水头较高的情况、门槽的存在会带来很多的不利。3）所需启闭力较大，故需选用较大的启闭机等。弧形闸门也是用的最为广泛的一种门型，因为它也能满足各种类型泄水孔道的需要。它的优点如下：1）可封闭相当大面积的孔口。2）所需闸墩高度和厚度较小。3）没有影响水流流态的门槽。4）所需启闭力较小。5）埋设件较少等。弧形闸门的缺点如下：1）需要较长的闸墩。2）闸门所占的空间位置较大。3）不能提出孔口以外进行检修维护，不能在孔口间互换。4）闸门承受的总水压力集中于支座处，对土建结构要求较高。综合设计工况和参数，以及各门型的优缺点考虑，选取平面直升闸门。3.2 平面闸门的结构布置平面闸门结构布置的一般原则：平面闸门梁格宜采用等高连接，并考虑制造、安装、运输和防腐等方面的要求。平面闸门可按孔口形式及宽高布置成双主梁或多主梁形式。10主梁布置考虑下列因素：1）主梁宜按等高荷载要求布置。2）主梁间距应适应制造、运输和安装的条件。3）主梁间距应满足行走支撑布置的要求。4）底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求。工作闸门和事故闸门下游倾角应不小于 30；当闸门支承在非水平底褴上时，其夹角可适当增减。当不能满足 300要求时 ，应采取适当补齐措施。对于部分利用水柱的平面闸门，其上游面倾角不应小于 450，宜采用 600。3.2.1 闸门的尺寸选择根据闸门的基本设计资料，按水利水电工程钢闸门设计规范选取闸门尺寸。为满足密封止水可靠的要求，当该闸门选取尺寸（宽高）为：11.119.33m。3.2.2 闸门的分节鉴于闸门尺寸较大，设备自重大，运输困难等特点。因此，在制造、运输、安装等环节都需要研究和考虑吊运和制造加工的可行性，铁路运输上部超限，由轨面起高度不超过 3600mm，所以闸门需要分节，底节、中节高度均为 3.3m，按事故闸门分节顶节为2.6m，按尾水门分节为 2.73m。3.2.3 支承跨度根据水利水电工程刚找咱们设计规范选取 d=0.25m，因此，闸门的支承跨度L=l0+2d=11.11+20.25=11.61m。3.2.4 闸门材料在设计闸门的承重结构和零部件时，应从工程的实际情况出发，合理选取材料，当闸门孔口尺寸较大时，要控制闸门的重量，降低设备或建筑物的总造价，承重结构可采用高强度材料。参照机械零件设计手册选取材料 Q345B 钢，可查其容许应力：205Nm， 210Nm根据闸门与启闭设备可知梁溪容许挠度：主梁： 次梁：1750fl1250fl 113.2.5 梁格形式选择梁格的连接形式是指面板、水平次梁、竖直次梁、主梁之间相互位置的形式。目前普遍采用的有等高连接和降低连接两类类型。等高连接的特点是水平次梁，竖直次梁和主梁的前翼缘都直接与面板焊接相连也称齐平连接。它的优点是梁格与面板可形成牢固的整体，整体刚度好，面板为四边支承，受力条件好，面板可作为梁截面的一部分参与梁格的抗弯工作，从而减少梁格的用钢量。这种连接的缺点是在水平次梁与竖直次梁相交处，水平次梁需要断开，构件多，施工复杂。降低连接是主梁和水平次梁与面板相连，而竖直次梁降到水平次梁的后面，使水平次梁可在面板与竖直次梁之间穿过而成为连接梁，此时面板为两边支承。但面板仍可作为主梁及水平次梁的一部分，参与它们的抗弯工作。综合考虑，在此选取等高连接形式。3.2.6 总水压计算闸门的主要荷载为净水压力。闸门处于封闭孔口的位置挡水时，作用在闸门挡水面上任何一点单位面积上的静水压力与该点在水面以下的深度成正比。压力方向则垂直该挡水面。 1）按事故检修闸门计算事故闸门两端都有水，高水头采用等压计算，详见图（一）。总水压计算公式： 12()ZNpHhB水压力中心线位置： c其中，H1 为上游水头，取 33.45m，H2 为下游水位，取 13.65m，BZN 为闸门两侧止水的间距，取 10.85m，h 为闸门高度，取9.2m， 为水容量，一般对淡水可取 31tm，对含砂水可按实验确定，本次设计取 1.05.下面的符号与之意义相同。代入公式：P=209.210.851.05=2096.22t12Hc=H1-0.5h=4.6m 压力在各节的分布情况计算顶节： 12()ZNpHhB=1.05202.610.85 =592.41 图（一）12.63am中节： 212()ZNpHhB=1.05203.310.85=751.91t23.65a底节： 312()ZNphB =1.05203.310.85=751.91t3.1652am2)按尾水闸门计算（如图二）总水压力计算公式： 1(2)ZNpHhB水压力中心线位置： 1132chh其中，H1 取 25,h 取 9.33m， BZB 取 11.11m， 取 1.05。代入公式： 图（二）1(2)ZNpHhB=0.51.05（50-9.33）9.3311.11=2213.24t131132cHhh=24.85-=4.31m水压力在各节的分布情况计算尾水门梯形承压422301.051/5/pghNmt2(3.)1.72108.4/t.3am2631.由于事故闸检修闸门是等压荷载，单位面积 承压 20t,与尾水闸门的单节单面积承压相比较，取两个中较大的，最终的承压布置图如下。图（三）9.59.3144 门叶结构计算4.1 主梁的布置4.1.1 主梁的数目主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。当