[实用新型]一种抗磨蚀水工闸门

说明书

本实用新型公开一种抗磨蚀水工闸门，即在传统的闸门面板和支架的基础上对闸门面板和支架的结构进行优化，增加抗磨蚀的碳纤维复合材料的敷层，提高闸门面板的抗磨蚀的能力，增加整流凸包调整水流的冲击力，支架增加液压缸可以调整闸门面板的迎水角度，增加与水流的接触面积，综合以上措施，可以对水流挟带的悬移质泥沙和推移质泥沙运动时，本身带有一定动能的硬质泥沙对水工闸门面板底部表面反复冲击和切削，做到最大化的减弱，充分保护水工闸门不受洪水冲击磨蚀，增加闸门的使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及抗磨蚀技术领域，特别是涉及一种抗磨蚀水工闸门。

背景技术

随着世界科技的发展，高坝大库的兴建和金属结构制造水平的提高，高水头、大泄量、高流速的闸门不断涌现，其产生的磨蚀是不可忽视问题，成了影响水工闸门耐久性的重要因素。我国是一个多泥沙河流的国家，在众多河流中，有115条河流的年均输沙量在1000万吨以上，入海泥沙年均总量超过19.4亿吨。黄河是我国河流泥沙问题最严重的河流，同时在世界上也居于首位，多年均输沙量达16.3 亿吨。高速含沙水流对水工建筑物的磨蚀破坏，尤其对泄水闸门的磨蚀破坏是最常见的问题，当泄水闸门的过流速度超过30m/s，泄水冲沙闸门遭受的磨蚀破坏更严重，其中磨蚀是水流挟带的悬移质泥沙和推移质泥沙运动时，本身带有一定动能的硬质泥沙对水工闸门面板底部表面反复冲击和切削，与此同时高速水流在沿程压强变化的场合形成的空泡在压强高的区域破灭产生很大的冲击压强冲击水工闸门面板底部表面所造成破坏的统称，其包括水流中泥沙直接冲击所造成的磨损和由空化所产生的空泡溃灭在闸门面板底部表面引起的空蚀破坏的两种不同破坏过程。对于我国河流高含沙量、高水头的现状，水利枢纽中70％的泄水闸门都发生了磨蚀现象。磨蚀问题直接影响到水工闸门的安全性和耐久性，同时对下游人民生命财产安全和水轮机组的正常运行产生重大影响。

解决水工闸门面板表面抗高速含沙水流的冲磨破坏问题，除了改善过流结构体型设计、有效的消能措施、加强工程的建设运行管理等方法外，对水工闸门抗冲磨性能的提高主要从以下两个方面进行：一是采用高强钢制作闸门，从而导致闸门的生产制造费用高昂；二是对其面板表面进行处理，即从材料学和摩擦学的角度出发，选择高性能的抗冲蚀磨损的材料。

碳纤维复合材料(CFRP)就是其中的选择之一，其单层厚度一般为0.111mm、0.167mm、0.240mm、0.250mm、0.294mm和0.333mm等，弹性模量一般为230MPa，伸长率大于1.6％，极限抗拉强度大于 3400MPa，具强度高、能灵活用于抗弯、抗剪结构中；可自由裁切，搭接粘结，任意延长，施工便捷；适用于各种构件表面；耐酸碱盐等化学腐蚀的环境，本身无污染；特别适用于钢材等基体结构；永久荷载作用下抗蠕变和抗震性能好等优点。

采用碳纤维复合材料(CFRP)粘贴在闸门面板迎水面的具体施工工艺为：1)先对闸门面板迎水面进行表面处理，一般可采用高速喷砂处理，直到出现金属光泽即可；2)涂抹碳纤维结构胶，其中第一层先涂抹底胶，等粘贴碳纤维复合材料之后，再涂抹碳纤维浸渍胶，将碳纤维复合材料有效粘贴面板的迎水面，养护7天左右，其与钢材表面的剪切强度可达到50MPa以上；3)根据施工或抗磨蚀要求可以重复第2步，粘贴第二层或多层，已得到更好的抗磨蚀效果。将碳纤维复合材料粘贴在水工闸门面板迎水面，等碳纤维结构胶凝固后，碳纤维复合材料与闸门面板牢固地粘贴在一起，使碳纤维复合材料的硬度达到6.5到7.5，而泥沙的硬度一般在5.5左右，从而可用碳纤维复合材料来抵抗水流中悬移质泥沙和推移质泥沙对水工闸门面板的磨蚀作用，同时利用碳纤维复合材料的高强度和高韧性来抵抗其对水工闸门面板的空蚀破坏。此外，碳纤维复合材料与钢材表面的剪切强度明显高于现有的热喷涂防磨蚀的剪切强度(一般小于20MPa)。故采用碳纤维复合材料(CFRP)材料作为一种新的措施来防止水工闸门磨蚀具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种抗磨蚀水工闸门，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现防止高速含沙水流对水闸门的冲磨破坏。