气动翻板闸门运动包络区防冻系统及控制方法

本发明涉及寒区水工建筑物防冻，更具体地说是涉及一种气动翻板闸门运动包络区防冻系统及控制方法。

背景技术：

1、气动翻板闸门通常包括钢制闸门、底部铰接结构、设置在闸门背水侧的主气囊、限位拉带以及配套控制装置。主气囊充气时推动钢制闸门升起挡水，主气囊排气时钢制闸门在水压力、自重或辅助作用下向下游倒伏泄流。

2、在寒冷地区运行时，钢制闸门侧缘、混凝土边墩工作面、底部铰接部、主气囊邻近区域、闸门倒伏支承区域、止水接触面以及排水低点容易出现结冰、冰雪堆积或冻粘。上述现象可能使闸门启闭阻力显著增加，导致闸门升不到位、降不下来、止水撕裂或者主气囊异常受力。

3、底部铰接式气动翻板闸门并非沿直线门槽移动，而是绕底部铰接轴线转动。闸门侧缘在启闭全过程中会在边墩工作面上扫掠形成扇形或扇环形的运动包络区域。仅在挡水位置、倒伏位置或某一固定局部位置布置加热装置，不能保证闸门侧缘后续经过的全部区域均已解冻。

4、采用固定压紧式侧止水时，止水工作部在闸门启闭过程中持续与边墩工作面摩擦；在低温条件下，止水工作部还可能与冰层或边墩表面冻粘。若未解除冻粘即驱动闸门，容易造成止水损坏、闸门卡阻或驱动系统过载。

5、此外，边墩加热、闸座加热、排水融冰、主动侧止水释放、主气囊动作和能源供给通常由不同装置分别完成，缺少根据闸门当前位置、目标位置和实际解冻状态进行协同控制的安全联锁逻辑，

6、因此，如何提供一种能够覆盖闸门侧缘运动包络区域，并使分区预热、主动侧止水释放、排水确认和主气囊动作形成闭环的气动翻板闸门运动包络区防冻系统及控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种气动翻板闸门运动包络区防冻系统及控制方法，旨在解决上述背景技术中的问题之一，能够覆盖闸门侧缘运动包络区域，并使分区预热、主动侧止水释放、排水确认和主气囊动作形成闭环。

2、为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种气动翻板闸门运动包络区防冻系统，包括：

3、混凝土闸座、设置在所述混凝土闸座两侧的混凝土边墩、钢制闸门和主气囊，所述钢制闸门的底部通过底部铰接件与所述混凝土闸座转动连接，所述主气囊设置在所述钢制闸门的背水侧，用于驱动所述钢制闸门在挡水位置与倒伏位置之间转动，所述混凝土闸座内设有基础锚座，所述钢制闸门上设有闸门上部连接座；

4、以及边墩加热组件、可膨胀主动侧止水和检测与控制模块，至少设置一个所述混凝土边墩朝向所述钢制闸门的工作面设置有所述边墩加热组件，所述边墩加热组件具有面向所述钢制闸门侧缘的加热工作面，所述加热工作面的加热工作区域覆盖所述钢制闸门的侧缘在所述挡水位置与所述倒伏位置之间转动所形成的运动包络区域；

5、所述可膨胀主动侧止水设置于所述钢制闸门的侧缘，在挡水状态下膨胀并压紧所述加热工作面，在所述钢制闸门转动前卸压回缩并与所述加热工作面形成运行间隙；

6、所述检测与控制模块根据所述钢制闸门的当前位置和目标位置确定目标运动包络子区域，控制所述边墩加热组件对所述目标运动包络子区域进行预热，并在确认所述目标运动包络子区域达到预设解冻条件且所述可膨胀主动侧止水释放到位后，输出闸门动作许可信号解除闸门动作锁定，以允许所述主气囊驱动所述钢制闸门转动。

7、进一步的，所述运动包络区域设置为所述钢制闸门的侧缘随所述钢制闸门绕所述底部铰接件的转动轴线，从所述挡水位置转动至所述倒伏位置时在所述混凝土边墩的工作面上扫掠形成的连续区域；所述混凝土边墩沿所述钢制闸门的倒伏方向加宽，使所述运动包络区域完整位于所述混凝土边墩的工作面内。

8、进一步的，所述边墩加热组件包括边墩加热座板、加热流道和保温隔热层，所述边墩加热座板朝向所述钢制闸门的一侧形成所述加热工作面，所述加热流道设置于所述边墩加热座板的内部，所述保温隔热层设置于所述边墩加热座板远离所述加热工作面的一侧。

9、进一步的，所述可膨胀主动侧止水包括止水固定座、止水压板、弹性中空囊体、密封工作部和介质接口，所述止水固定座设置在所述钢制闸门的侧缘，所述止水压板将所述弹性中空囊体固定在所述止水固定座上，所述密封工作部设置在所述弹性中空囊体朝向所述加热工作面的一侧，所述介质接口与所述弹性中空囊体的内腔连通。

10、进一步的，还包括闸座加热组件，所述闸座加热组件设置在所述混凝土闸座的上表面，并覆盖或邻近所述底部铰接件所在区域、所述主气囊下方区域以及所述钢制闸门的倒伏支承区域。

11、进一步的，还包括排水组件，所述排水组件设置在所述混凝土闸座和所述混凝土边墩工作面的低点，所述排水组件包括排水槽以及与所述排水槽连通的排水孔，且所述排水组件的至少一段设置有加热排水段。

12、进一步的，还包括限位组件，所述限位组件包括限位拉带、限位拉带上端连接件和限位拉带下端锚接件，所述限位拉带的一端通过所述限位拉带上端连接件与所述闸门上部连接座连接，所述限位拉带的另一端通过所述限位拉带下端锚接件与所述基础锚座连接，用于限制所述钢制闸门的最大挡水位置。

13、另一方面，本发明提供了一种气动翻板闸门运动包络区防冻控制方法，基于上述所述的气动翻板闸门运动包络区防冻系统，具体包括以下步骤：

14、步骤一，采集环境温度、边墩加热工作面温度、闸座温度、钢制闸门当前位置、主动侧止水状态和排水状态；

15、步骤二，接收目标启闭指令，根据所述钢制闸门当前位置和目标位置确定所述钢制闸门后续转动所对应的目标运动包络子区域；

16、步骤三，当环境温度低于第一设定值或所述目标运动包络子区域温度低于第二设定值时，启动与所述目标运动包络子区域对应的边墩加热分区和闸座加热组件；

17、步骤四，判断所述目标运动包络子区域是否达到预设解冻条件，所述预设解冻条件为所述目标运动包络子区域温度达到第三设定值并持续设定时间，且排水组件检测到融水排出；

18、步骤五，达到所述预设解冻条件后，使所述可膨胀主动侧止水卸压回缩；

19、步骤六，确认所述可膨胀主动侧止水释放到位、排水正常且不存在禁止动作故障后，控制所述主气囊充气或排气，使所述钢制闸门向所述目标位置转动。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种气动翻板闸门运动包络区防冻系统及控制方法，有益效果是：

21、1）边墩加热工作区域覆盖闸门侧缘的运动包络区域，能够对闸门本次启闭路径上可能经过的位置进行主动解冻，避免闸门进入未解冻区域；

22、2）主动侧止水在挡水时膨胀压紧、启闭前卸压回缩，能够兼顾挡水密封和低摩擦运行，并降低止水冻粘后被强行拖动的风险；

23、3）检测与控制模块将目标区域预热、解冻判断、止水释放、排水确认和主气囊动作形成安全联锁，有利于避免在未解冻或止水未释放时执行闸门动作；

24、4）边墩加热组件与闸座加热组件、排水组件协同工作，能够改善闸门侧缘、底部铰接部、主气囊邻近区域、倒伏支承区域和排水低点的低温条件；

25、5）分区加热和多能耦合供能够根据目标动作和能源状态进行按需调度，减少无效能耗并提高边远寒区工程的运行保障能力。