本發(fā)明涉及閘門可靠密封增強，尤其是涉及一種具備密封增壓槽結(jié)構(gòu)的p型水封墊板裝置及確定方法。

背景技術(shù)：

1、長期以來，水封墊板主要用于夾持和墊護閘門橡膠水封，并通過壓縮p型橡膠水封p頭來實現(xiàn)閘門密封擋水功能，是保證閘門可靠密封的關(guān)鍵部件。

2、為了實現(xiàn)對p型橡膠水封的可靠夾持和墊護，水封墊板與橡膠水封接觸的工作表面通常采用平面形式，但是，近年來隨著抽水蓄能工程等高水頭工況大量出現(xiàn)，受復(fù)雜流固耦合荷載和橡膠水封材料超彈特性等因素復(fù)合作用，現(xiàn)有的p型橡膠水封通過預(yù)壓縮產(chǎn)生的作用力難以滿足高水頭工況下閘門的密封需求，經(jīng)常引起閘門密封性態(tài)不良、高壓水流溢出等現(xiàn)象。且這些現(xiàn)象隨著閘門密封水頭的增大而更加明顯，這將導致閘門在高水頭工況下密封擋水功能的失效。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明第一個目的在于，提供一種具備密封增壓槽結(jié)構(gòu)的p型水封墊板裝置，為水工閘門在高水頭工況運行時提供可靠的密封保障。

2、為此，本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種具備密封增壓槽結(jié)構(gòu)的p型水封墊板裝置，其特征在于：包括水封墊板、p型橡膠水封、水封壓板、水封夾持螺栓以及水工鋼閘門，

4、所述水封墊板具有密封增壓槽結(jié)構(gòu)，所述水封墊板位于p型橡膠水封正下方；所述密封增壓槽結(jié)構(gòu)沿著水封墊板的密封腔體一側(cè)的工作表面布置；

5、所述水封壓板位于p型橡膠水封正上方，所述水封壓板用于形成對p型橡膠水封的夾持；

6、所述水封夾持螺栓穿過水封壓板、p型橡膠水封和水封墊板，從而實現(xiàn)水封壓板和水封墊板對p型橡膠水封的夾持，并將水封壓板、p型橡膠水封及水封墊板固定在水工鋼閘門上。

7、在采用上述技術(shù)方案的同時，本發(fā)明還可以采用或者組合采用如下技術(shù)方案：

8、作為本發(fā)明一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述密封增壓槽結(jié)構(gòu)為三角形槽截面，底角α＝60～70°，形成傾角10～30°外深內(nèi)淺的三角形槽。

9、作為本發(fā)明一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述密封增壓槽結(jié)構(gòu)為梯形槽截面，底角α＝60～80°，形成傾角10～30°外深內(nèi)淺的梯形槽。

10、作為本發(fā)明一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述密封增壓槽結(jié)構(gòu)為矩形槽截面，長寬比0.25～0.5，形成傾角10～30°外深內(nèi)淺的矩形槽。

11、所述密封增壓槽結(jié)構(gòu)按照如下步驟布置：

12、(1)、布置水封墊板密封腔體一側(cè)的工作表面部位布置；

13、(2)、構(gòu)建水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)的槽類型、槽截面規(guī)格(長度l、寬度c、底角α、傾角β)、槽間距δ等結(jié)構(gòu)要素；

14、(3)、多組相同槽類型、槽截面規(guī)格的增壓槽結(jié)構(gòu)，連續(xù)排列、均勻分布。

15、水封墊板的密封增壓槽結(jié)構(gòu)的槽類型、槽截面規(guī)格(長度l、寬度c、底角α、傾角β)、槽間距δ等結(jié)構(gòu)要素，具體明確步驟為：

16、(1)、考慮水工鋼閘門工作水頭h，按表1明確增壓槽結(jié)構(gòu)的槽類型；

17、表1增壓槽結(jié)構(gòu)的槽類型選用

18、 工作水頭h(m) 槽類型 ＜60m 矩形 50～100m 梯形 90～140m 三角形

19、注：增壓槽結(jié)構(gòu)不適合140m以上運行工況。

20、(2)、考慮閘門工作水壓h，以及p型橡膠水封預(yù)壓縮材料的許用應(yīng)力[σ]，按式(1)對增壓槽結(jié)構(gòu)的槽截面規(guī)格進行校核，

21、

22、式中，fn為p型橡膠水封受預(yù)壓縮的作用力，為p型橡膠水封受水壓力h擠壓p頭變形的空間復(fù)合作用力，f槽為增壓槽結(jié)構(gòu)影響出現(xiàn)的輔助作用力，s水封為橡膠水封與密封腔體一側(cè)接觸的形廓表面，由仿真結(jié)果或測試試驗確定，s槽截面為密封增壓槽結(jié)構(gòu)的與水壓接觸的形廓表面，矩形槽類型時取s槽截面＝l·c、梯形槽類型時取s槽截面＝l·c-l2tan(α)、三角形槽類型時取s槽截面＝l·c2，σ為水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響強度，e橡膠為水封橡膠材料彈模，ε為水封預(yù)壓縮導致的形變量。

23、(3)、橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能t密封，按照公式(2)計算，

24、

25、式中，t密封為橡膠水封整體密封性能，t原有為未設(shè)置增壓槽結(jié)構(gòu)墊板的p型橡膠水封原有的密封性能，t增壓槽為設(shè)置增壓槽結(jié)構(gòu)墊板后p型橡膠水封增加的密封性能，為p型橡膠水封受預(yù)壓縮的法向力、水壓力h共同擠壓p頭變形貼合導軌г'長度后具備的密封特性，ф2(г|f槽)為p型橡膠水封受密封增壓槽結(jié)構(gòu)影響出現(xiàn)的輔助水壓力f槽擠壓p頭變形貼合導軌г長度后具備的密封特性，г'為原有無增壓槽結(jié)構(gòu)時p型橡膠水封受力擠壓p頭變形貼合導軌的變化量，由仿真結(jié)果或測試試驗確定，г為有增壓槽結(jié)構(gòu)時p型橡膠水封受力擠壓p頭變形貼合導軌的變化量，由仿真結(jié)果或測試試驗確定，s水封為橡膠水封與密封腔體一側(cè)接觸的形廓表面，考慮空間復(fù)合作用，s槽截面為密封增壓槽結(jié)構(gòu)的與水壓接觸的形廓表面，矩形槽類型時取s槽截面＝l·c、梯形槽類型時取三角形槽類型時取e橡膠為水封橡膠材料彈模，ε為水封預(yù)壓縮導致的形變量；

26、(4)、考慮閘門工作水壓h和橡膠水封密封性能t密封，按公式(3)校算橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能安全系數(shù)k，

27、

28、式中，k為橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能安全系數(shù)，h為閘門工作水壓。

29、對水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)影響橡膠水封材料接觸強度進行校驗和分析比對的過程包括：

30、(1)、將解算出的水封墊板密封增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響強度σ和橡膠水封材料的允許指標[σ]進行比較；

31、(2)、判斷水封墊板密封增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響強度σ是否超過橡膠水封材料的允許指標[σ]；

32、(3)、分析得到水封墊板密封增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響，若沒有超過橡膠水封材料的允許指標[σ]，則水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)可以滿足水封材料的接觸影響強度要求，否則，則存在水封材料閘門密封失效的風險，生成對應(yīng)的預(yù)警信息；

33、(4)、若封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)不能滿足水封材料的接觸影響強度要求，考慮更換槽類型、改變槽截面規(guī)格、減小槽間距δ等措施重新進行校算，以滿足閘門p型水封運行密封需要。

34、對水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)的輔助密封性能信息與水工鋼閘門水封可靠密封進行校驗和分析比對的過程包括：

35、(1)、將解算出密封性能安全系數(shù)k和閘門水封可靠密封性能的允許指標進行比較；

36、(2)、判斷水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)的密封性能安全系數(shù)k是否超過0.7；

37、(3)、分析得到閘門水封密封性能安全信息，若密封性能安全系數(shù)k沒有超過0.7，則增壓槽結(jié)構(gòu)的增加輔助背壓力性能可以滿足增強閘門密封性能的要求，否則，則存在閘門密封失效的風險，生成對應(yīng)的預(yù)警信息；

38、(4)、若密封性能安全系數(shù)k超過0.7，考慮更換槽類型、改變槽截面規(guī)格、減小槽間距δ等措施重新進行校算，以滿足閘門p型水封運行密封需要。

39、本發(fā)明還提供上述具備密封增壓槽結(jié)構(gòu)的p型水封墊板裝置的確定方法。

40、為此，本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

41、一種具備密封增壓槽結(jié)構(gòu)的p型水封墊板裝置的確定方法，包括如下步驟：

42、s1、在水封墊板工作表面部位的增壓槽結(jié)構(gòu)，由沿p型橡膠水封p頭一側(cè)間隔排列、均勻分布的多組相同截面類型的增壓槽構(gòu)成；

43、s2、構(gòu)建水工鋼閘門水封墊板可靠增壓密封的結(jié)構(gòu)要素；

44、所述結(jié)構(gòu)要素包括：槽類型、槽截面規(guī)格、槽間距δ；所述槽截面規(guī)格包括：長度l、寬度c、底角α、傾角β；

45、s3、計算水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)對橡膠水封材料的接觸影響強度σ，并計算水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)對橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能t密封，校算與分析比對增壓槽結(jié)構(gòu)的密封性能k；

46、s4、對水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)影響橡膠水封材料接觸強度進行校驗和分析；

47、s5、對水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)的輔助密封性能信息與水工鋼閘門水封可靠密封進行校驗和分析比對。

48、在采用上述技術(shù)方案的同時，本發(fā)明還可以采用或者組合采用如下技術(shù)方案：

49、作為本發(fā)明一種優(yōu)選技術(shù)方案：槽類型的確定步驟如下：

50、s101、考慮水工鋼閘門工作水頭h，按表1明確增壓槽結(jié)構(gòu)的槽類型；

51、表1增壓槽結(jié)構(gòu)的槽類型選用

52、

53、

54、注：增壓槽結(jié)構(gòu)不適合140m以上運行工況。

55、作為本發(fā)明一種優(yōu)選技術(shù)方案：橡膠水封材料的接觸影響強度σ、橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能t密封以及增壓槽結(jié)構(gòu)的密封性能k，按照如下步驟明確：

56、s301、考慮閘門工作水壓h，以及p型橡膠水封預(yù)壓縮材料的許用應(yīng)力[σ]，按式(1)對增壓槽結(jié)構(gòu)的槽截面規(guī)格進行校核：

57、

58、式中，fn為p型橡膠水封受預(yù)壓縮的作用力，為p型橡膠水封受水壓力h擠壓p頭變形的空間復(fù)合作用力，f槽為增壓槽結(jié)構(gòu)影響出現(xiàn)的輔助作用力，s水封為橡膠水封與密封腔體一側(cè)接觸的形廓表面，由仿真結(jié)果或測試試驗確定，s槽截面為密封增壓槽結(jié)構(gòu)的與水壓接觸的形廓表面，矩形槽類型時取s槽截面＝l·c、梯形槽類型時取s槽截面＝l·c-l2tan(α)、三角形槽類型時取s槽截面＝l·c2，σ為水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響強度，e橡膠為水封橡膠材料彈模，ε為水封預(yù)壓縮導致的形變量；

59、s302、橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能t密封，按照公式(2)計算，

60、

61、式中，t密封為橡膠水封整體密封性能，t原有為未設(shè)置增壓槽結(jié)構(gòu)墊板的p型橡膠水封原有的密封性能，t增壓槽為設(shè)置增壓槽結(jié)構(gòu)墊板后p型橡膠水封增加的密封性能，為p型橡膠水封受預(yù)壓縮的法向力、水壓力h共同擠壓p頭變形貼合導軌г'長度后具備的密封特性，ф2(г|f槽)為p型橡膠水封受密封增壓槽結(jié)構(gòu)影響出現(xiàn)的輔助水壓力f槽擠壓p頭變形貼合導軌г長度后具備的密封特性，г'為原有無增壓槽結(jié)構(gòu)時p型橡膠水封受力擠壓p頭變形貼合導軌的變化量，由仿真結(jié)果或測試試驗確定，г為有增壓槽結(jié)構(gòu)時p型橡膠水封受力擠壓p頭變形貼合導軌的變化量，由仿真結(jié)果或測試試驗確定，s水封為橡膠水封與密封腔體一側(cè)接觸的形廓表面，考慮空間復(fù)合作用，s槽截面為密封增壓槽結(jié)構(gòu)的與水壓接觸的形廓表面，矩形槽類型時取s槽截面＝l·c、梯形槽類型時取三角形槽類型時取e橡膠為水封橡膠材料彈模，ε為水封預(yù)壓縮導致的形變量；

62、s303、考慮閘門工作水壓h和橡膠水封密封性能t密封，按公式(3)校算橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能安全系數(shù)k，

63、

64、式中，k為橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能安全系數(shù)，h為閘門工作水壓。

65、作為本發(fā)明一種優(yōu)選技術(shù)方案：步驟s4的具體步驟如下：

66、s401、將解算出的水封墊板密封增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響強度σ和橡膠水封材料的允許指標[σ]進行比較；

67、s402、判斷水封墊板密封增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響強度σ是否超過橡膠水封材料的允許指標[σ]；

68、s403、分析得到水封墊板密封增壓槽結(jié)構(gòu)對水封材料的接觸影響，若沒有超過橡膠水封材料的允許指標[σ]，則水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)可以滿足水封材料的接觸影響強度要求，否則，則存在水封材料閘門密封失效的風險，生成對應(yīng)的預(yù)警信息；

69、s404、若封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)不能滿足水封材料的接觸影響強度要求，考慮更換槽類型、改變槽截面規(guī)格、減小槽間距δ，重新進行校算，以滿足閘門p型水封運行密封需要。

70、作為本發(fā)明一種優(yōu)選技術(shù)方案：步驟s5的具體步驟如下：

71、s501、將解算出密封性能安全系數(shù)k和閘門水封可靠密封性能的允許指標進行比較；

72、s502、判斷水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)的密封性能安全系數(shù)k是否超過0.7；

73、s503、分析得到閘門水封密封性能安全信息，若密封性能安全系數(shù)k沒有超過0.7，則增壓槽結(jié)構(gòu)的增加輔助背壓力性能可以滿足增強閘門密封性能的要求，否則，則存在閘門密封失效的風險，生成對應(yīng)的預(yù)警信息；

74、s504、若密封性能安全系數(shù)k超過0.7，考慮更換槽類型、改變槽截面規(guī)格、減小槽間距δ，重新進行校算，以滿足閘門p型水封運行密封需要。

75、本發(fā)明提供一種具備密封增壓槽結(jié)構(gòu)的p型水封墊板裝置及確定方法，通過計算增壓槽結(jié)構(gòu)對橡膠水封材料接觸強度σ的影響校驗，以及計算增壓槽結(jié)構(gòu)對橡膠水封沿壓力滲透方向的密封性能t密封的影響校驗，明確水工鋼閘門水封墊板可靠增壓密封的槽類型、槽截面規(guī)格(長度l、寬度c、底角α、傾角β)、槽間距δ等結(jié)構(gòu)要素，改善和強化閘門p型水封的密封性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點：本發(fā)明通過水封墊板增壓槽結(jié)構(gòu)形成輔助作用力f槽，從而增大橡膠水封整體密封性能t密封，進一步改善和強化閘門p型水封的密封性能?？朔咚^工況、復(fù)雜流固耦合荷載和橡膠水封材料超彈特性等因素復(fù)合作用，保障閘門可靠密封，具有重要的工程現(xiàn)實意義。