閘門振動的原因及防止措施分析

1、閘門振動的原因及防止措施分析 【摘要】閘門是水利建筑的重要結(jié)構(gòu)部分，對于水利建筑的蓄水、排水、泄洪等功能的發(fā)揮有著極大的影響。但是，在水閘使用過程中，卻經(jīng)常有漏水、失事等問題發(fā)生，究其原因，是由于閘門的振搗導(dǎo)致的。因此，分析閘門振動的原因，尋找合適的防止措施，對于水利建筑的安全有著重要意義，本文就圍繞此展開討論。 【關(guān)鍵詞】閘門振動；原因；防止措施 近些年來，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，水利工程等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也有了很大程度進步，水利工程的正常運行對社會經(jīng)濟穩(wěn)定和人們?nèi)松戆踩榷加兄鴺O大影響。水閘作為水利工程的組成部分之一，在啟動或關(guān)閉的工作過程中，經(jīng)常會有振動現(xiàn)象的發(fā)生，輕則會引起水利工程排

2、水等功能受到影響，嚴(yán)重時甚至?xí)鸢踩鹿?。因此，加強對閘門振動原因的分析并探索相應(yīng)的防止措施，有著十分重要的現(xiàn)實意義。 一、 閘門振動的發(fā)生原因 閘門振動的發(fā)生原因十分復(fù)雜，但通常認為，動水作用的不平穩(wěn)是閘門振動問題的直接原因。在閘門開啟或閉合的過程中，會有動水的產(chǎn)生，當(dāng)動水接觸到閘門時，會給予閘門一定的作用力，引起閘門的振動，大多情況下，這種振動是比較微弱的，并不會給閘門運行的安全造成影響，但在一些特殊情況下，閘門的振動是十分強烈的，甚至有共振或動力失穩(wěn)問題出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅閘門安全。 一般而言，閘門的作用力只是指結(jié)構(gòu)受到的外力、干擾力，但也有一種特殊情況，即閘門結(jié)構(gòu)本身或其周邊介質(zhì)運動形成的

3、相互作用力。針對不同類型的作用力，閘門結(jié)構(gòu)的振動特點也是千差萬別的，在外部作用力不停作用于閘門結(jié)構(gòu)時，其帶來的能量會抵消掉阻尼消耗能量，使閘門表現(xiàn)出持續(xù)振動現(xiàn)象1。 就激流振動而言，通常將閘門振動發(fā)生原因分為三種，一是外部作用力誘發(fā)的振動，屬于一種微幅隨機振動，其發(fā)生原因主要是由于水流波動性特征引起脈動壓力作用于閘門后，導(dǎo)致出現(xiàn)振動。 二是穩(wěn)定性問題引發(fā)的振動，這種振動是由于水流不穩(wěn)定特征結(jié)合反饋機制功形成來對閘門結(jié)構(gòu)的外力，根據(jù)流體共振或物體共振的原理，引起閘門結(jié)構(gòu)的振動。 三是閘門運動導(dǎo)致的振動，這是一種自激振動，由于閘門結(jié)構(gòu)本身存在誘發(fā)力，在物體共振過程中，形成閘門本身的振動現(xiàn)象，但是物

4、體共振反饋是不穩(wěn)定的，所以，此種振動會在結(jié)構(gòu)運動消失時同時一并消失。 二、 閘門振動的振源分析 （一） 弧形閘門的止水漏水 止水座板是閘門的重要組成部分，是避免水利工程中建筑滲水、漏水的重要構(gòu)件，但是，在弧形閘門中，止水座板與平面閘門有很大差異，在安裝時，容易發(fā)生選型不當(dāng)或者安裝不平直等問題，止水座板與止水之間接觸出現(xiàn)縫隙，無法完全密封，在上部水體的壓力作用下，水就會從縫隙中射出，脈動壓力作用于止水上，導(dǎo)致止水振動，進而引起閘門振動。當(dāng)止水漏水較為嚴(yán)重時，射出的水會直接作用在門葉后梁格上，也會發(fā)生閘門振動問題。 （二） 閘門受到波浪的沖擊 在水利工程中，水體并不是完全靜止的，尤其是在有風(fēng)的情況

5、下，會有風(fēng)浪、涌潮等現(xiàn)象，此時，如果閘前水位與胸墻接近或略低，胸墻底部與弧門水上部分會形成封閉空間，空氣被壓縮后產(chǎn)生巨大的沖擊力，直接作用在弧門上，給弧門安全造成嚴(yán)重威脅，甚至?xí)痖l門支臂失穩(wěn)問題，進而誘發(fā)閘門振動2。 （三） 平面閘門底緣型式不當(dāng) 當(dāng)平面閘門底緣型式設(shè)計不當(dāng)時，比如水平底緣，閘門的水利條件相對較為惡劣，閘門開啟、閉合操作更加困難，而且在此過程中會形成水脈動壓力，有時會有負壓出現(xiàn)，引起空蝕，這些都會引起閘門振動。 （四） 平面閘門門槽空蝕問題 平面閘門是水利工程中常用的閘門型式，但此種閘門在有高速水流從閘孔中通過時，會在門槽段發(fā)生邊界的突變，在局部內(nèi)出現(xiàn)壓力驟降，出現(xiàn)空穴現(xiàn)象

6、，引起空蝕問題，導(dǎo)致閘門發(fā)生嚴(yán)重振動。 （五） 閘后有淹沒水躍發(fā)生 在一定開啟程度下進行泄流時，閘門后部可能會有淹沒水躍現(xiàn)象的發(fā)生，對閘門形成周期性的沖擊，此時，水流的強烈脈動壓力會不斷作用在閘門上，導(dǎo)致閘門發(fā)生強迫振動。 （六） 其它特殊的水流條件 在一些特殊的水流條件下，以低水頭弧形閘門為例，在閘前水位比閘頂高的條件下開啟，就會在閘門底部、上部通常發(fā)生泄流，也就是雙層過水，在這種作用下，水流會在閘門后部形成渦流，導(dǎo)致閘門發(fā)生強烈振動。 三、 閘門振動的有效預(yù)防措施 （一） 針對振源的閘門振動防止措施 針對上述各種閘門振動的振源，可以采取的有效防止措施主要有： 第一，在閘門安裝過程中，加強對

7、止水施工質(zhì)量的控制，通過更換止水材料或者調(diào)整止水位置等措施，確保止水與止水座板之間接觸的緊密性，預(yù)防漏水發(fā)生，避免閘門振動。 第二，在閘門上游位置設(shè)計防浪排、放浪柵等裝置，或者在胸墻底部設(shè)計通氣管，有效降低波浪給予閘門的沖擊力，保證泄流時氣體可以自由排出，都可以起到防止閘門振動的效果。 第三，改變平面閘門底緣型式，采用刀刃型底緣，其中，在上游閘門底緣傾角控制在45-60%之間，下游傾角也要30，保證水流從閘門底緣經(jīng)過時的順暢，降低水流給閘門形成的水脈壓動力，從而防止閘門振動3。 第四，在閘門有淹沒水躍發(fā)生時，應(yīng)該立即改變閘門運用的條件，通過提升閘門開啟高度等措施，來消除淹沒水躍現(xiàn)象，使閘門后部

8、通氣充分、水流為明流，就可以避免閘門振動的發(fā)生。 （二） 運行管理的閘門振動防止措施 在閘門振動中，還有相當(dāng)一部分是由于運行管理不當(dāng)引起的，所以，加強對閘門運行管理的控制，也能起到一定的防止作用，具體防止措施主要有： 首先，定期檢查維修閘門。有很多閘門在建設(shè)初期是安全的，并不會發(fā)生振動現(xiàn)象，但經(jīng)過一段時間運行后，閘門會多多少少的出現(xiàn)一些問題，此時閘門性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了一定改變，如果這些問題不能及時發(fā)現(xiàn)，就可能會引起閘門振動。因此，要定期對閘門進行檢查維修，包括滑輪、支鉸等關(guān)節(jié)構(gòu)件的運行情況、聯(lián)接緊固件的牢固程度、止水的密封性、通氣孔的暢通性以及薄弱部位的銹蝕情況等，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行維修，提升閘門

9、結(jié)構(gòu)剛度，改變閘門的自振性質(zhì)，避免共振問題發(fā)生。 其次，完善閘門操作規(guī)章。對閘門操作的規(guī)章進行完善，通過對閘門振動原因的分析，尋找其中閘門操作失誤的問題，比如雙層過水、長時間停留在同一振動開度等，將其納入到操作規(guī)章中，避免違章、不當(dāng)操作等問題，有效預(yù)防閘門振動問題。 第三，采取避免振動的措施。在閘門的運行過程中，需要對閘門周邊的情況進行嚴(yán)密觀察，及時發(fā)現(xiàn)可能會引起閘門振動的問題，并采取合適的措施進行處理，有效避開會引起閘門振動的位置。比如在閘門運行中，在某一水位時出現(xiàn)了進口漩渦，且僅在此水位有，則此水位不適合閘門開啟運行；如果有橫向流出現(xiàn)時，也不適合進行局部開啟操作。通過這些操作方式，能夠在一定程度上預(yù)防閘門振動的出現(xiàn)，但僅是治標(biāo)不指標(biāo)的方法，所以，還有對振因進行詳細分析，盡量消除這種問題。 結(jié)語 綜上所述，閘門振動是閘門使用運行過程中常見的一種現(xiàn)象，其發(fā)生原因比較復(fù)雜，如果不做好閘門振動的控制，極容易引起嚴(yán)重的安全事故，因此，分析閘門振動原因并尋找防止措施十分必要。閘門振動的防止可以通過針對不同振源類型采取具體的控制措施，也可以從運行管理等方面來進行預(yù)防，通過多種手段的共同作用，可以最大程度的降低閘門振動發(fā)生的可能，保證水利工程的安全。 參考文獻： 1付亮，陳龍，張曉曦，程永光，莫劍.柘溪水電廠事