小型球型自動水閘的設(shè)計與研究

摘 要：隨著我國對農(nóng)業(yè)水利的大筆投入，農(nóng)業(yè)灌溉工程再次變成了熱門，當前我國大部分仍以明渠灌溉為主，而這些灌溉用的水工建筑物中多是用于調(diào)節(jié)渠道中水位、流量大小的水閘，由于這些農(nóng)業(yè)灌溉地點的隨機性，這些水閘分布在灌區(qū)的各個角落，交通不便，地點偏遠，不方便專人管理，所以對于這些小型農(nóng)水工程建筑的維護就顯得比較困難，而隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，這些水閘的數(shù)量也在不斷增加，所以這些水閘的改進顯得格外必要。而文章所述的這種新型球形水閘便可有效解決當前存在的不足之處，大大提高了社會效益。

關(guān)鍵詞：灌溉；維護；球形水閘；社會效益

1 自動球閘的設(shè)計思路

1.1 自動球閘的布置

根據(jù)農(nóng)田灌溉的需要，球形閘門布置如圖，全閘共分為上游進水段和閘室和下游連接段三部分（結(jié)構(gòu)見圖1），上游做陳沙坑和攔污網(wǎng)以保證進入閘室的水沒有污物影響球閘工作，球閘下部閘室做排沙孔。閘室段設(shè)計成兩層，中層底板留圓孔，空上布置球閘，球閘由四根柱子固定，柱高與地面齊平上做混凝土蓋板。水流由上游通過陳沙坑和攔污網(wǎng)由下部進入閘室，當浮力和水壓力的和大于球重量時球閘打開，水流通過進入下游球形閘閘室主要以預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主體并做防水，上游做消力池以確保水流平緩流入閘室，不影響球閘的工作。

1.2 球閘結(jié)構(gòu)和材料

通過對各種材料的模型實驗，從水流特性、造價，密閉性和抗破壞能力等方面考慮球閘以低合金鋼Q345為材料，具有棉啟閉設(shè)施、自動控制水位、抗破壞能力強、造價低等特點。

球閘結(jié)構(gòu)，球閘外形球狀空心結(jié)構(gòu)（見圖2），內(nèi)徑由設(shè)計上下游水位差決定，球形下部加一段柱形突起（突起體積不計），球面能于出水口緊密結(jié)合增強密閉性，下部柱形突起使球中心靠下增強其過水時的穩(wěn)定性。

1.3 改進方案

在上游閘室交通橋下設(shè)電磁鐵，可輔助控制水位，可在不改變球重量的前提下控制來水量大小。

2 球型閘各項參數(shù)的確定

2.1 小型球閘底孔尺寸確定

由于球閘的出流孔在球閘底部，其孔板高程一般與下游渠底齊平（或稍高），根據(jù)水力學(xué)基本原理屬于有壓孔口出流，由孔流的基本公式可得出底孔面積公式

2.2 球形閘質(zhì)量的確定

3 創(chuàng)新特色

該水閘是根據(jù)水力學(xué)底孔出流的原理和力學(xué)平衡原理，將閘室設(shè)計成底部開孔的矩形閘箱，箱內(nèi)設(shè)置球閘擋水，通過上下有水位差形成升力使水閘自動開啟關(guān)閉來控制上下游水位，球行閘門以不銹鋼為材料設(shè)計自重等于上下游水位差產(chǎn)生的力和浮力的和。因此，在上游來水時球閘可以自動抬起，省略了啟閉設(shè)備和人工管理，球體閘門體積小而求抗破壞性強，便于維修更換，較少了人工管理和施工工程量，大大降低了投入成本，節(jié)約了人力物力，提過了投資效益。

4 應(yīng)用前景

小型球閘是一中新穎的閘型，它適用于小流量的田間配套渠道，該小型水閘與同規(guī)模的水閘相比較；工程量小，運行方便節(jié)省人工，適用于偏遠地區(qū)的農(nóng)田灌溉，其經(jīng)濟效益顯著，在明渠灌區(qū)是一種很有推廣價值的小型水工建筑物。該球閘也可小型話直接應(yīng)用在農(nóng)田灌溉的田間于毛渠之間，適用于大面積的水稻灌溉，可實現(xiàn)灌溉的自動化。

參考文獻

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