专利名称：圆柱形闸门的结构及其制造方法
假定把一根理想的中空圆管(曲率半径r)垂直地插入水中，管中无水，在同一深度上，管子的侧面受到的压强是均匀的(假定是t)，水把管子的侧面均匀地往中心挤，要是在管子侧面任意位置沿轴线开一个纵剖面，就能发现，纵剖面上只有两旁来的挤压力，没有剪切力和拉力，而一般材料，承受挤压力的性能总是比承受剪切力和拉力的性能好得多，所以圆管可以承受巨大的水压。
只要半径r和压强t不变，各纵剖面的挤压力(应力)是一样大的，例如，假定管子直径(2r)是35米，压强t＝38.8吨每平方米，设想用两个水平面在管子上截取一米长的一段，再把这一米长的一段分成相等的两部分，每部分两端的应力都在其切线方向，长度都一样(假设为T)，对于应力T有贡献的只是各处水压力在T方向的分量(t×r×1×Cosφ×dφ.φ为该处的力和T的夹角)，将它们积分，得有效总面积为2r×1＝35平方米，于是2T＝t×2r×1＝38.8×35＝1358(吨)，T＝679吨。
本发明设想把闸门做成圆柱型，由于闸门表面只受挤压力，承压能力当比目前平板型闸门大得多，闸门也可以做得更高更宽，在此例中闸面为圆柱的1/4(
图1，图2，1)，两扇闸门合拢时正好构成圆柱的1/2;此例中航道(10，11)宽34米，两个闸门的轴(6)心线相距35米，每级船闸提升38.8米，则闸面(1)的弧长为17.5×3.14159/2＝27.489米，每扇闸门(图2)的表面积为50.8×27.489＝1396.4平方米，承受的水压最大时总共约38.8×27.489×(12+38.8/2)＝33490吨，承压最大的地方是在最下部，该处水的压强为38.8吨每平方米，假定以两个相距一米的水平面在闸门最下部截出一米宽的横条，再假定闸面是一厘米厚的钢板，则钢板的横截面为100平方厘米，它要承受38.8×35/2＝679吨的挤压力，也就是1平方厘米的钢承受6.79吨的挤压力，如果让闸面厚度从上到下逐渐增加(例如自一厘米到五厘米)，则每平方厘米的钢承受约1.36吨的挤压力，此时面板重量约1396.4×0.03×8＝335吨，加上其它，整扇闸门(图2)的重量约有500吨;在轴的上下两端(15，16)要承受500×12.4/50.8＝122吨的剪切力(这是由闸门的重量引起的，不是由水压引起的)，如果该处的轴(15，16)是50厘米直径的钢，其横截面就是1963平方厘米，即使只有其1/10(196.3平方厘米)能够有效地承受这些剪切力，就是每平方厘米钢承受0.62吨剪切力，可见是足够安全的，为了更安全，还增加了加强筋(2)，斜梁(3)和加强条(13)，它们和轴(6)一起保证了闸门的总体强度与总体精度。
两扇闸门合拢(图3)时，必须对得很齐，图3所示的偏差(左右闸面中心线按闸面曲率延伸，17)要求不超过5毫米(最好小于1毫米)，左右闸门加强条(13)的三个贴合面(18)也要能很好贴合在一起，从而使两扇闸门合拢时，相贴合的边(13)上的挤压力互相平衡，为此可以先把两扇闸门按装就位，让它们合拢，再整体地整修左右两扇闸门的加强条(13)使之达到上述要求，然后再焊导引定位板(5)。
此例中整扇闸门受的水压最大时总共约33490吨，由于水平方向的分力是互相平衡的，真正压到轴(6)上的力最大为679×(12+38.8/2)＝21320吨，这个力不应该都由轴承(15)和轴座(16)来承担，应当分散到总长约50米的整个轴(6)和岸上的多个半圆柱形轴瓦(图2之7)上，为此轴和半圆柱形轴瓦要满足较高的公差配合要求，轴上主要承力的地方是在闸面的延伸线(14)上，要求轴上这条承力线(14)能加工得很直，同样，多个半圆柱形轴瓦连成的这条承力线(14，与轴紧贴)也要能加工得很直，两岸的这两条承力线要互相平行。
为了加快启闭过程，每扇闸门由至少两根驱动杆(8)来驱动，驱动杆的安装位置是使驱动力的中心尽可能接近水阻力的中心，在本发明中，闸门启闭只需转动45度左右;加之又有至少两根驱动杆来驱动，力矩要大得多，启闭过程能够加快，可以在矩形驱动杆的侧面加工成齿，再用齿轮来带动，多根驱动杆要做到协调一致地动作，在驱动杆上可装一些缓冲部件(如弹簧)，在中央控制室内应装多台显示器(工业电视)，以观察闸门启闭过程，使左闸门能顺利地进入两块导引定位板(5)之间。
权利要求
1.一种其面板是圆柱型的闸门，这种结构显著地提高了闸门对水压的承受能力；
2.如权利要求1所述的圆柱型闸门，其特征是每扇闸门用加强筋，斜梁，加强条和轴保证闸门的整体精度和整体强度;
3.如权利要求1所述的圆柱型闸门，其特征是配对的两扇圆柱型闸门中有一扇安装有两块导引定位板，它们保证两扇闸门能准确地合拢;
4.如权利要求1所述的圆柱型闸门，其特征是在岸上与闸门的轴紧贴的地方安装有多个半圆柱型闸瓦，它们与闸门的轴准确地配合，使水的巨大压力通过闸门面板分散到整个闸门轴和多个半圆柱型闸瓦上;
5.如权利要求1所述的圆柱型闸门，其特征是每扇闸门由至少两根驱动杆驱动，以加速圆柱型闸门的启闭过程;
6.如权利要求5所述的驱动杆，其特征是驱动杆的安装位置是使驱动力的中心尽可能接近圆柱型闸门所受阻力的中心;
7.如权利要求5所述的驱动杆，其特征是驱动杆上安装有缓冲装置(如弹簧)。
全文摘要
一种其面板是圆柱形的闸门，由1圆柱形闸门面板，2加强筋，3斜梁，4结合部(相贴的两条边上的压力相平衡)，5导引定位板(使两扇闸门准确合拢)，6轴，7半圆柱形轴瓦(在岸上，使力分散开)，8驱动杆(每个闸门至少两根，加速启闭过程)，9驱动杆甬道(坝体内)组成，这种结构为该圆柱形闸门提供了巨大的承压能力。
文档编号E02B7/44GK1101391SQ9410153
公开日1995年4月12日 申请日期1994年3月7日 优先权日1994年3月7日
发明者张良生 申请人:张良生