一種充氣式水電站生態尾水閘門及操作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種充氣式水電站生態尾水閘門，屬于水利水電工程中尾水閘門技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的發展，在河流上大規模筑壩修建水電站，是河流生態環境受人為影響最顯著、最廣泛、最嚴重的事件之一。近年來，我國水電站的建設更是發展迅猛，其中僅云南省已規劃建設的大型水電站就有50多座。水電站的建設不僅產生了巨大的防洪、發電、航運等經濟效益，同時作為一種相對清潔的發電模式，還有效的保護了環境，帶來了巨大的環境效益。然而任何水利工程的興建對于河流及人類社會來說都是把雙刃劍，水電站在給人類帶來經濟和環境利益的同時，也會對河流及其下游生態系統產生一定的負面影響。
[0003]水電站的尾水閘門，作為水電站里面的一個比較重要的設施，它的主要作用為機組停機檢修或機組做調相運行時封閉尾水出口，阻擋下游尾水進入水輪機流道系統，以進行水電站水下部分的檢修等工作。尾水閘門對于水電站的安全運行和維護起著非常重要的作用。
[0004]目前常用的尾水閘門有平板閘門和疊梁閘門等，其主體部分都是由鋼材制成，重量較大，需要通過起重設備進行開啟或關閉的操作，所以啟閉的時間通常都比較長，啟閉操作程序也較為復雜，抗震性能和抗沖擊性能都比較差。
[0005]另一方面，很多水電站為滿足發電取水的要求，進水口通常設置在上游水庫死水位以下，因此通過水電站水輪機下泄的水通常來自水庫中層或底層。而由于水深較大，通常底層或中層水體溶解氧含量較低，這就會導致水電站下泄水流中的溶解氧含量偏低，對下游水體的水生生物造成一定的影響。
[0006]因此，目前亟需一種操作簡便，運行靈活、啟閉時間短，抗震性能和抗沖擊性能強，并且能夠給下游水體提供氧氣的新型尾水閘門，以彌補傳統尾水閘門的一些弊端，使水電站能夠更好的發揮其興利除弊的作用。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種充氣式水電站生態尾水閘門，可以實現對閘門的快速啟閉，增強尾水閘門的抗震性能和抗沖擊性能，提高水電站運行的安全性和靈活性，極大的降低工程造價，并且在實現水電站尾水閘門功能的同時還具有改變下游水質的生態優化功能。
[0008]為了實現上述的技術特征，本發明所采用的技術特征是:一種充氣式水電站生態尾水閘門，它包括上門葉和下門葉，所述上門葉和下門葉都采用橡膠門板制成;所述橡膠門板的上、下頂端都設置有支撐鋼片，支撐鋼片的兩端分別與左側閘門槽和右側閘門槽構成滑動配合;所述上門葉和下門葉對稱布置在雙層套管的兩側，上門葉的下端和下門葉的上端都與雙層套管相連;所述雙層套管的兩端固定安裝在整個閘門的中間部位，它包括外管和內管；所述外管套裝在內管的外部;所述內管的左側設置有進氣口，右側設置有出氣口，所述外管與上門葉和下門葉相配合的位置分別加工有上外管通氣槽和下外管通氣槽，所述內管的側面與上門葉和下門葉相對位置分別加工有上內管通氣槽和下內管通氣槽;所述內管的左側末端設置有自動啟閉裝置;所述內管通過三通閥、逆止閥及連接管與水電站供氣主管和排氣主管連接。
[0009]所述外管的側面與上外管通氣槽和下外管通氣槽相交90°的外圓周且朝向下游的一面加工有多個等間距的下游排氣孔。
[0010]所述上門葉的底部沿其長度方向設置有左上氣壓傳感器和右上氣壓傳感器，用于檢測上門葉內部氣壓值。
[0011]所述下門葉的頂部沿其長度方向設置有左下氣壓傳感器和右下氣壓傳感器，用于檢測下門葉內部氣壓值。
[0012]所述自動啟閉裝置包括電動機，電動機的輸出軸上安裝有主動鏈輪，主動鏈輪通過傳動鏈條與從動鏈輪構成鏈傳動，從動鏈輪安裝在內管的左側末端。
[0013]所述左側閘門槽和右側閘門槽的截面形狀都為弧形，分別與支撐鋼片的左側半圓弧和右側半圓弧相配合。
[0014]所述上外管通氣槽、下外管通氣槽、上內管通氣槽和下內管通氣槽的長度都為上門葉和下門葉長度的2/3。
[0015]所述橡膠門板采用能夠伸縮折疊的橡膠材料制成。
[0016 ]所述橡膠門板采用氯丁橡膠材料。
[0017]—種充氣式水電站生態尾水閘門的操作方法，它包括以下步驟，I)閘門的開啟步驟，初始狀態時上門葉和下門葉的橡膠門板都未充氣，此時支撐鋼片將上門葉和下門葉都擠壓緊貼在雙層套管上，水流能夠自由的通過閘門，當需要開啟時，首先啟動電動機，電動機帶動主動鏈輪，主動鏈輪通過傳動鏈條帶動從動鏈輪進而帶動內管逆時針方向旋轉，使上內管通氣槽與上外管通氣槽對齊，下內管通氣槽與下外管通氣槽對齊，通過內管的進氣口往上門葉和下門葉內部充氣使橡膠門板膨脹，同時支撐鋼片就會迫使上門葉和下門葉和沿著左側閘門槽和右側閘門槽豎直方向伸展，實現對閘門的開啟，當四個氣壓傳感器檢測到達預定的氣壓值，停止充氣，保證門葉內部的壓強大于水對閘門的壓強有效的起到閘門攔水的目的；充氣完畢之后電動機反向轉動一定角度，使上內管通氣槽與上外管通氣槽、下內管通氣槽與下外管通氣槽之間錯開一定角度，從而將上門葉和下門葉進行封閉，保證氣壓的穩定，當氣壓下降到一定值再次進行充氣作業。
[0018]2)閘門的關閉步驟，當閘門處于開啟狀態時，上門葉和下門葉內部充滿高壓氣體，進而起到閘門作用，當需要關閉時，首先啟動電動機，電動機帶動主動鏈輪，主動鏈輪通過傳動鏈條帶動從動鏈輪進而帶動內管順時針方向旋轉，使上內管通氣槽與上外管通氣槽對齊，下內管通氣槽與下外管通氣槽對齊，通過內管的出氣口將上門葉和下門葉內部氣體抽出，此時橡膠門板將沿左側閘門槽和右側閘門槽收縮，最終收縮緊貼在雙層套管的兩側，實現閘門的關閉。
[0019]3)通過閘門向下游供氣步驟，當閘門處于開啟狀態，下游水體存在缺氧現象，通過啟動電動機，電動機帶動內管沿順時針方向旋轉，使上內管通氣槽與下游排氣孔對齊，上外管通氣槽和下外管通氣槽將處于封閉狀態，關閉內管的出氣口，通過進氣口往內管內充氣，氣體沿下游排氣孔進入下游水體。
[0020]本發明有如下有益效果:
1、實現閘門的功能。通過采用橡膠門板制成的上門葉和下門葉能夠在充氣之后膨脹，進而在支撐鋼片的作用下沿著左側閘門槽和右側閘門槽在豎直方向伸展，實現對閘門的開啟。當需要關閉是只需要將上門葉和下門葉內部的氣體抽出即可。
[0021 ] 2、便于實現自動化控制。由于充氣過程和放氣過程都只需要采用自動啟閉裝置，只需要遠程控制電動機的轉動，通過電動機帶動內管轉動，進而實現內管上的通氣槽與外管上的通氣槽之間配合，完成充氣和放氣作業，最終實現充氣和放氣的自動控制，也就是自動實現閘門的開啟和關閉。
[0022]3、具有防漏效果。當上門葉和下門葉內部的氣壓高于水壓時，支撐鋼片就會在高壓作用下與左側閘門槽和右側閘門槽之間緊密貼合，同時在高壓作用下，上門葉和下門葉的兩側邊緣也會與左側閘門槽和右側閘門槽的半圓形槽緊密貼合，進而起到防漏水效果。
[0023]4、向下游水庫進行供氣作業。由于下游水體存在缺氧現象，嚴重影響下游水質，通過啟動電動機，電動機帶動內管沿順時針方向旋轉，使上內管通氣槽與下游排氣孔對齊，上外管通氣槽和下外管通氣槽將處于封閉狀態，關閉內管的出氣口，通過進氣口往內管內充氣，氣體沿下游排氣孔進入下游水體，從而為下游水體供氣，有效的改善水體環境。
[0024]5、此尾水閘門具有抗震性能和抗沖擊性能。由于采用了充氣式的閘門，具有很好的緩沖效果，在承受較大沖擊時，通過氣壓進行緩沖，而且還能起到一定的抗震效果，提高提尚水電站運彳丁的安全。
[0025]6、采用充氣式閘門降低了工程造價。傳統的閘門采用金屬材料制成，金屬材料笨重，而且在其開啟和關閉過程中需要用到大型的起吊裝置，還需要其他的輔