一种垂直自动耦合泵闸组合结构的制作方法

1.本实用新型涉及水利工程技术领域，具体涉及一种垂直自动耦合泵闸组合结构。


背景技术：

2.目前，江、河、湖、库等水域内抽水或其它超深井内抽水时而设置的各种大中型泵站型式或方案通常有：(1)传统干式卧轴水泵方案(竖井泵房)；(2)钢制井筒潜水供水泵方案；(3)传统深井潜水泵方案；(4)斜拉式水泵方案；(5)滑槽轨道型式水泵方案；(6)长轴深井泵方案；(7)浮坞式泵站方案等型式。但在在水位变幅很大(大于18～20m以上)的江、河、湖、库等水域内抽水或大于18～20m以上的深井内抽水时，受水泵自身吸程的限制，必须将水泵机组置于抽水水位附近(一般水泵吸程在-3m～ 5m左右)，机组安装高程位置很低。
3.选用方案(1)和方案(6)时，暴露出其占地面积大、水下建筑物施工期长、泵房防渗技术难度高、工程造价大、运行环境差、后期维护成本高等缺点，对方案(6)还存在受机组主轴最大长度值限制的技术缺陷；
4.选用方案(4)和方案(7)时，除泵址选择需满促特定地质地形条件外，还对水域面积和交通运输等施工条件有特定要求，暴露出其占地面积大、运行维护不方便且存在安全管理问题，对方案(7)还存在旋转耦合装置承压能力(国内一般小于1.0mpa)的限制技术缺陷；
5.选用方案(2)时，存在机组自动定位困难、井筒制作安装精度要求高、机组振动和电缆绞结等技术难题难以解决的缺点；
6.选用方案(5)时，除超长导向轨道安装精度要求高、耗时费力外，还存在耦合就位过程中的异物卡阻和机组运行时的振动等技术难题难以解决的缺点。


技术实现要素：

7.针对背景技术中提出的问题，本实用新型的目的在于提出一种垂直自动耦合泵闸组合结构，适于水位变幅大于18～20m以上的江、河、湖、库等水域内抽水或大于18～20m以上深井内抽水。
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种垂直自动耦合泵闸组合结构，包括泵闸组合体、导向机构和垂直自动耦合机构，所述泵闸组合体由钢制门叶与立式潜水泵机组组成，所述泵闸组合体沿所述导向机构上下滑动，所述导向机构包括粗略导向机构和精确导向机构，所述精确导向机构是所述粗略导向机构的垂直延伸，所述粗略导向机构和所述精确导向机构均由主轨和反轨组成，所述垂直自动耦合机构包括耦合上瓣和耦合下瓣，所述耦合上瓣为设于所述立式潜水泵机组的水泵出水口与水平线夹角为锐角的法兰a，所述耦合下瓣为设于耦合管道首端的法兰b，所述法兰b与水平线夹角为与法兰a相同的锐角，所述锐角优选75
°
。
10.进一步地，所述钢制门叶两侧分别设有两套主轮和侧轮，所述主轮轴线与所述钢制门叶的面板平行，所述侧轮轴线与所述钢制门叶的面板垂直。
11.进一步地，所述主轮包括金属悬臂轮、轮轴与水润滑复合轴套，所述侧轮包括金属悬臂轮、轮轴与水润滑复合轴套，所述主轮和所述侧轮与所述钢制门叶采用螺栓连接。
12.进一步地，所述钢制门叶底部与基墩对应位置设置有两组用于引导耦合就位的可调锥体副。
13.进一步地，所述钢制门叶两侧还设置有侧水封，所述侧水封为定制条状p型。
14.进一步地，所述侧水封采用高强度尼龙帆布橡塑复合水封或钢丝骨架橡胶水封，外加聚四氟乙烯薄膜或聚四氟乙烯涂层。
15.进一步地，所述钢制门叶上端设有吊耳，所述吊耳由板材组焊而成，其上设同径双孔。
16.进一步地，粗略导向机构主轨和粗略导向机构反轨均采用型钢组合工字钢轨道焊接而成，所述粗略导向机构主轨和所述粗略导向机构反轨的入口端均为喇叭口，所述喇叭口坡度为1:10，精确导向机构主轨采用铸造工字钢轨道，精确导向机构反轨与粗略导向机构反轨同型。
17.进一步地，所述耦合上瓣还包括所述法兰a上设置的垫圈、密封件、压圈和螺栓，所述垫圈、密封件、压圈通过螺栓固定安装在法兰a上，所述法兰a和所述法兰b采用加宽圆形法兰或方形法兰。
18.进一步地，所述密封件为环状，内径略大于所述法兰a内径。
19.本实用新型具有以下有益效果：
20.采用本实用新型的垂直自动耦合泵闸组合结构，可缩短高竖井泵站水下施工周期，减小竖井平面尺寸，节省永久工程量，减少工程造价；可采用筑台围堰，取消新建高围堰所带的巨大临时工程量，从而降低工程总投资；运行维护在校核洪水位的地面上，极其方便；可满足水泵吸程要求，能克服长轴深井泵的主轴最大长度值的限制；既能克服钢制井筒潜水供水泵方案的机组振动和电缆绞结等技术难题，也能克服滑槽轨道型式水泵方案机组在耦合就位过程中异物卡阻和机组运行振动等技术难题；对大变幅水位变化而带来的水泵扬程大幅度变动的工况，采用变频启动、调频运行方式，既能节能降耗，又能减小了机组振动，进一步确保了机组平稳运行；当在库区抽水时，项目施工工期大幅缩短，能很大程度地减小水库对其自身供水水量安全的影响。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是垂直自动耦合泵闸耦合状态示意图；
23.图2是局部导向示意图；
24.图3是耦合装置局部放大示意图；
25.图4是粗略导向机构示意图；
26.图5是精确导向机构示意图；
27.图6是可调锥体副示意图。
28.附图中，各标记所代表的部件如下：
29.1-泵闸组合体，2-粗略导向机构，3-精确导向机构，4-垂直自动耦合机构，5-基墩，6-可调锥体副；
30.11-钢制门叶，12-立式潜水泵机组，111-主轮，112-侧轮，121-整体支座，123-侧水封，124-吊耳；
31.21-粗略导向机构主轨，22-粗略导向机构反轨；
32.31-精确导向机构主轨；
33.41-耦合上瓣，42-耦合下瓣，411-法兰a，412-垫圈，413-密封件，414-压圈，415-螺栓，421-法兰b。
具体实施方式
34.下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.参见图1-6所示，一种垂直自动耦合泵闸组合结构，包括泵闸组合体1、粗略导向机构2、精确导向机构3、垂直自动耦合机构4，所述泵闸组合体1主要包括钢制门叶11与立式潜水泵机组12，所述立式潜水泵机组12设有整体支座121，所述整体支座121采用型材组焊而成，其上设多个腰型孔和安装定位孔。所述钢制门叶11与所述立式潜水泵机组12通过螺栓连接后并采用焊接方式固定形成一个整体，即泵闸组合体1。
36.所述钢制门叶11采用q345b型材焊接而成，所述钢制门叶11左右两边分别设有两套主轮111，所述主轮111包括φ600金属悬臂轮、轮轴与水润滑复合轴套，与所述钢制门叶11采用螺栓连接，不需另外添加润滑济即有润滑效果。所述主轮111轴线与所述钢制门叶11的面板平行。所述钢制门叶11的左右两边还分别设有两个侧轮112，其轴线与所述钢制门叶11的面板垂直，设于所述立式潜水泵机组12的对侧，所述侧轮112包括φ150金属悬臂轮、轮轴与水润滑复合轴套，与所述钢制门叶11采用螺栓连接。所述主轮111和侧轮112用于与粗略导向机构2和精确导向机构3配合，对上下滑动的所述泵闸组合体1进行限位与导向。所述钢制门叶11底部与基墩5对应位置设置有两组用于引导耦合就位的可调锥体副6，用于辅助定位。
37.所述钢制门叶11两侧还设置有侧水封123，所述侧水封123为定制条状p型，采用高强度尼龙帆布橡塑复合水封或钢丝骨架橡胶水封，外加聚四氟乙烯薄膜或聚四氟乙烯涂层，既增加抗震性，又增加耐磨性。
38.所述钢制门叶11上端设有吊耳124，所述吊耳124由板材组焊而成，其上设同径双孔，其中一孔用于门叶制作、运输就位时使用，另一孔根据所述泵闸组合体1的重心确定位置，孔径根据起吊荷载确定为φ112mm，用于所述泵闸组合体1安装运行维护时吊装。
39.采用所述泵闸组合体1的形式，便于在所述钢制门叶11上布置所述侧水封123用于导向，可减少异物卡阻机率，同时可与轨道之间形成线性接触，分散设备工作时的振动荷载。这种形式还具有水阻消能降振作用，所述泵闸组合体1潜没在水中工作时所发生的振动能量，依靠水中门叶即时传递至其周边水体中，能确保所述泵闸组合体1运行平稳，减振性
能好。此外，所述泵闸组合体1采用垂直重力滑动式，既减少了泵房竖井尺寸，又降低了项目的施工难度及工期，还能有利于改善其检修和维护时的工作人员的工作环境，缩短维护工时，投运快捷方便，可显著增加项目效益。同时，当水位变幅较大，水泵机组采用变频启动调频运行时，可使水泵保持高效运行，增大水泵机组运行工况范围，更能减少机组自身的振动，同时降低能耗，运行效果更佳。
40.所述粗略导向机构2包括粗略导向机构主轨21和粗略导向机构反轨22，所述粗略导向机构主轨21和所述粗略导向机构反轨22形成门槽，用于限位所述主轮111，所述粗略导向机构主轨21的一侧用于限位所述侧轮112。所述粗略导向机构主轨21为一组对称组焊钢轨，采用型钢组合工字钢轨道焊接而成，入口端为喇叭口，喇叭口轨道坡度为1:10，方便泵闸组合体入位。所述粗略导向机构反轨22与所述粗略导向机构主轨21同型，便于工厂采购与制造。安装时，所述粗略导向机构主轨21和所述粗略导向机构反轨22与在门槽砼中预埋的插筋搭接焊固定。
41.采用所述粗略导向机构2能降低门槽异物卡阻机率的风险，缩短所述泵闸组合体1就位过程的时间，增加了所述泵闸组合体1快捷投运的灵活性。设置较长的所述粗略导向机构2，既降低了轨道安装难度，也缩短施工工期。
42.所述精确导向机构3是所述粗略导向机构2的垂直方向延伸，不同之处仅在于所述精确导向机构主轨31采用铸造工字钢轨道。相比所述粗略导向机构主轨21，所述精确导向机构主轨31采用铸造工字钢轨道，可承受大荷载，更能适用于大中型泵站工程；限位更严格，耦合成功率高。与组焊工字钢轨道机比，铸造工字钢轨道刚度大，在作用力较大时，形变较小，能提高泵闸组合体工作时的稳定性。
43.导向机构的主轨采用分段设计，即降低了制造与安装难度，同时可节省工程投资。
44.所述垂直自动耦合机构4包括耦合上瓣41和耦合下瓣42，所述耦合上瓣41由设于所述立式潜水泵机组12的水泵出水口与水平线夹角为75
°
的法兰a411以及所述法兰a411上设置的垫圈412、密封件413、压圈414和螺栓415组成，所述垫圈412、密封件413、压圈414通过螺栓415固定安装在法兰a411上。所述密封件413为环状，其内径略大于法兰a411内径。所述耦合下瓣42为设于耦合管道首端的法兰b421，其与水平线夹角为75
°
，采用平板圆孔结构。所述耦合管道下部设固定安装支座，因耦合管道受力较大，其外壁设加劲板，耦合段管道后接管道调节器。
45.为防止因现场安装精度不达标造成耦合效果不佳的情况发生，在耦合机构的法兰外缘开有应急固定用螺栓孔，应急时可牺牲维护检修方便度，确保工程能正常工作运行。所述法兰为增大宽度的定制法兰，采用方形或圆形均可，为便于制作，本例采用了方形法兰。
46.所述垂直自动耦合装置4依靠水泵工作时出水水压实现单向自动密封，密封件413设于耦合上瓣41，耦合下瓣42无密封件，能自由离合，密封件413与所述泵闸组合体1一起提升至泵房地面上检修维护，十分方便。所述垂直自动耦合装置4结构简单，制造难度低，耦合定位可靠性高；耦合面采用75
°
倾角楔形面，耦合面处的法向力f较大，耦合面不易松脱。
47.所述泵闸组合体1工作时，受到出水管水压的反力作用使泵闸组合体1有脱离耦合面的趋势，75
°
倾角的耦合面设置，使泵闸组合体1在其重力、轨道反作用力、耦合下瓣反作用力、耦合面摩擦力、四个主轮与主轨摩擦力、两道p型水封与门槽反轨的摩擦力、浮力等共同作用下，闭门力为负值，泵闸组合体仍能保持静止态势，确保泵闸组合体1正常工作。
48.目前本实用新型用于ycrlyg泵站建设一案例，自动耦合正常，机组运行平稳，振动小，两套泵闸组合体已累计成功抽水300多万m3。较传统干式卧轴泵竖井型式节省工程总投资2000多万元，缩短工期6～9个月；较滑槽轨道型式自动耦合时技术可靠性高，运行过程中抗振性能强，升降过程中不易被异物卡阻，轨道安装时难度低，投切快捷灵活；较钢制井筒潜水供水泵型式不会发生侧壁碰撞，机组在提升或下降时过程不易被其自身电缆绞结，机组自动定位精度高，机组运行时抗振动性能有保障。
49.以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型的基本原理。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可根据具体工程项目需要作相应的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的主要原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。