關(guān)于漸開(kāi)式翻板閘門幾個(gè)問(wèn)題的討論

1、關(guān)于漸開(kāi)式翻板閘門幾個(gè)問(wèn)題的討論    摘要：針對(duì)漂浮物的問(wèn)題提出解決方案，分析了影響閘門運(yùn)行穩(wěn)定的因素，并論證了連桿的長(zhǎng)度對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定的影響，優(yōu)化了連桿的尺寸，使閘門運(yùn)行更加穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞：水閘 閘門 連桿滾輪式翻板閘門 優(yōu)化 穩(wěn)定  漸開(kāi)式水力自動(dòng)翻板閘門靠水壓力及閘門自重自動(dòng)啟閉，無(wú)需啟閉機(jī)械及其他動(dòng)力，只需少量人員管理，可節(jié)省大量工程投資及管理費(fèi)用，與機(jī)械啟閉閘門相比可節(jié)省投資50%以上。尤其在偏遠(yuǎn)的陡漲陡落的河流，水位低時(shí)閘門自動(dòng)關(guān)閉，蓄水灌溉；汛期水位高時(shí)閘門自動(dòng)開(kāi)啟、泄洪；洪水過(guò)后，水位下降，閘門自動(dòng)及時(shí)回關(guān)，可充分利用水利資源，提

2、高水的利用率。它能保證較大的過(guò)水能力和上游水位較小的壅高值，使堤防工程量大為減少。正是由于以上的特點(diǎn)，漸開(kāi)式水力自動(dòng)翻板閘門在交通航道工程和水利工程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如臨沂市費(fèi)縣北石溝攔河閘、引黃濟(jì)青大沽河水利樞紐工程、沂南縣黃埠攔河閘等都采用這種形式的翻板閘門。但是這類閘門在運(yùn)行中也存在著一些問(wèn)題，本文下面將針對(duì)連桿滾輪式翻板閘門（如圖1）的一些常見(jiàn)的問(wèn)題例如漂浮物的堵塞、閘門運(yùn)行的穩(wěn)定問(wèn)題，閘門的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行研究進(jìn)而探討其解決方法。            &#

3、160;                                       圖 1           

4、60;                          1.常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題及其解決方法漂浮物堵塞鉸座當(dāng)閘門建在山區(qū)河道上時(shí)，河道行洪時(shí)具有來(lái)勢(shì)猛，速度大，沖刷強(qiáng)，漂浮物多等特點(diǎn)。當(dāng)雜草、樹(shù)枝、樹(shù)干等雜物堵塞在鉸座周圍，會(huì)影響閘門的回關(guān)，嚴(yán)重的將在閘門與底板之間形成縫隙，閘前蓄不上水。汛后清理這些雜物也比較困難，需要千斤頂、吊車或滑輪組把閘門開(kāi)啟起

5、來(lái)清除，給管理工作帶來(lái)很大的麻煩，還會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此如何解決排漂的問(wèn)題是翻板閘門能否在山區(qū)河道應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。                                圖 2解決方法有以下幾種：（1）在上游設(shè)置導(dǎo)流墩，將漂浮物導(dǎo)向鉸座兩邊，減少漂浮物對(duì)鉸座的堵塞。缺點(diǎn)由于回

6、流等因素的影響仍有剩余漂浮物會(huì)沖到鉸座里。（2）是在門前設(shè)置攔污柵，缺點(diǎn)是要定期的清除柵前的漂浮物。（3）是在連桿上焊接一個(gè)弧形的攔污柵，大小視保護(hù)的范圍而定，在閘門開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，連桿和攔污柵一起運(yùn)動(dòng)，這種方案效果比較好。翻板閘門弧形攔污柵剖面示意圖如圖2所示。1.2  運(yùn)行穩(wěn)定問(wèn)題水力自控翻板門因其能隨水位漲落而自動(dòng)啟閉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、便于管理和造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，在中小型閘壩、山塘水庫(kù)的溢洪道、山區(qū)渠道排洪建筑物以及人工湖中得到廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了很好的效益。然而，由于這種閘門的運(yùn)行環(huán)境和受力情況比較復(fù)雜，而其設(shè)計(jì)計(jì)算理論目前尚不十分完善，運(yùn)行中普遍存在著諸多不穩(wěn)定現(xiàn)象，如突然翻

7、倒、頻繁擺動(dòng)和“拍打”現(xiàn)象，這些就是通常所說(shuō)的“失穩(wěn)”。所有這些失穩(wěn)現(xiàn)象，對(duì)閘門的正常運(yùn)行是非常有害的，輕者能引起工程結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，重者可導(dǎo)致閘門破壞。影響閘門穩(wěn)定的因素很多，其中主要有：（1）閘門面板上的溢流水舌與閘下孔流間形成空腔，空腔中的空氣被水流帶走形成不穩(wěn)定的負(fù)壓。（2）閘門兩側(cè)邊壁使過(guò)閘水流兩側(cè)形成漏斗，帶入空氣使空腔壓力不穩(wěn)。（3）閘門剛開(kāi)啟時(shí)遠(yuǎn)驅(qū)水躍在閘門底部產(chǎn)生的負(fù)壓。（4）閘門開(kāi)度小時(shí)形成的波狀水躍。（5）閘門全開(kāi)時(shí)臨界淹沒(méi)水躍（6）風(fēng)浪造成閘上游水位不穩(wěn)定也影響閘門的運(yùn)行穩(wěn)定。為了保證閘門的穩(wěn)定運(yùn)行可在閘門后設(shè)置兩道通氣孔，通氣孔面積應(yīng)超過(guò)閘門淹沒(méi)面積的5%。

8、在水工結(jié)構(gòu)上要保證水流流態(tài)平順，邊墻頭部、閘墩、支墩、防護(hù)墩等的迎水部分盡量做成流線型。要從結(jié)構(gòu)上保證閘門自身的阻尼作用從而保證閘門的穩(wěn)定運(yùn)行，例如連桿滾輪式翻板閘門的連桿長(zhǎng)度和后支點(diǎn)高度要合適。而連桿長(zhǎng)度及其后支點(diǎn)縱坐標(biāo)對(duì)穩(wěn)定的影響則需要論證。以下將通過(guò)工程實(shí)例具體分析討論。結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題連桿滾輪式翻板閘門利用連桿的阻尼作用，使閘門的穩(wěn)定性有了極大的改善，阻尼越大，抗“拍打”的能力越強(qiáng)，這種閘門的連桿、滾輪的尺寸大小和位置設(shè)置得當(dāng)時(shí)，基本不會(huì)發(fā)生拍打現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行閘門設(shè)計(jì)時(shí)，要合理確定滾輪的直徑、連桿的長(zhǎng)度及連桿后支點(diǎn)位置，選擇連桿阻尼作用大，啟閉水位低的尺寸作為設(shè)計(jì)值，從結(jié)構(gòu)上保持閘門自

9、身的阻尼作用，保證其運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。在以下的工程實(shí)例中，針對(duì)連桿滾輪式水力自動(dòng)翻板閘門的連桿長(zhǎng)度，通過(guò)對(duì)幾個(gè)方案的比較，得出一個(gè)較好的方案，進(jìn)而說(shuō)明連桿長(zhǎng)度對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定的影響。2. 工程實(shí)例 某閘，門高2.6米，門寬6米，擋水高度2.51米。運(yùn)行特征水位：（均以相對(duì)高程表示）門底坎高程0.00米，閘門頂高程2.51米，啟動(dòng)水位2.60米，全開(kāi)水位2.87米，全開(kāi)角度78度，關(guān)閉水位2.51米，最大設(shè)計(jì)水頭6.50米。滾輪的直徑D=0.53m、連桿的長(zhǎng)度L=1.487m， 在門重G，門葉上游面、底緣、頂緣和下游面所承受的水壓力合力P1、P2、P3、P4，門下空腔負(fù)壓的下拉力P5，以及滾輪的

10、支承力N及連桿的內(nèi)力T的作用下，根據(jù)力的平衡關(guān)系（M開(kāi)M關(guān)），計(jì)算出上游水位H不斷變化過(guò)程中閘門的開(kāi)度a，得到Ha關(guān)系曲線。 閘門在開(kāi)關(guān)門過(guò)程中上游水位與閘門轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線如圖3所示。從圖中可以看出，閘門在任意開(kāi)度位置，其開(kāi)門水位較關(guān)門水位高，差值基本為2左右?？梢?jiàn)閘門對(duì)防止“拍打”有一定的阻尼作用。這種阻尼作用主要是由滾輪、連桿機(jī)構(gòu)本身決定的。連桿滾輪式翻板閘門利用連桿的阻尼作用，使閘門的穩(wěn)定性有了極大的改善，阻尼越大，抗“拍打”的能力越強(qiáng)，閘門的連桿和滾輪設(shè)計(jì)合理時(shí)，基本不會(huì)發(fā)生拍打現(xiàn)象。 當(dāng)開(kāi)門力矩與關(guān)門力矩總和為零，閘門處于穩(wěn)定狀態(tài)。若來(lái)流量稍有增加，動(dòng)水壓力增大，開(kāi)門力矩有一微小增量

11、，這時(shí)連桿會(huì)產(chǎn)生反力，形成阻抗力矩來(lái)阻止其旋轉(zhuǎn)，該阻抗力矩隨著來(lái)水流量的增加而逐漸增大，當(dāng)其達(dá)到最大值時(shí)，則閘門將處于向右轉(zhuǎn)動(dòng)前的極限平衡狀態(tài)。反之，若來(lái)水流量稍有減少，動(dòng)水壓力減小，則產(chǎn)生一微小關(guān)門力矩，這時(shí)連桿將產(chǎn)生拉力，拉力形成的力矩使閘門維持穩(wěn)定。連桿的位置隨閘門的開(kāi)啟(或關(guān)閉)是會(huì)發(fā)生變化的。當(dāng)動(dòng)水壓力增加(或減少)到一定值時(shí)，閘門將增加(或減少)其開(kāi)度，從而使動(dòng)水壓力增量又發(fā)生改變，閘門在新的位置通過(guò)新的連桿反力矩(或拉力矩)重新維持穩(wěn)定。因此，連桿的反力不是不變的，而是以不斷改變的量來(lái)使閘門在新的變量中維持穩(wěn)定。同時(shí)，由于連桿的存在，緩沖了閘門的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，使閘門必須在克服連桿反力

12、矩(或拉力矩)的最大值后才能轉(zhuǎn)到新的開(kāi)度。這樣，就保證了閘門的開(kāi)啟和關(guān)閉達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。 為了便于分析連桿長(zhǎng)度對(duì)閘門運(yùn)行的影響，本文設(shè)計(jì)了五種典型方案，即保持翻板閘門的滾輪半徑和連桿后支點(diǎn)高度不變，后支點(diǎn)向上下游水平移動(dòng)，各方案間的后支點(diǎn)水平距離間隔為5cm，方案：L1. 581m，方案：L，方案：L，方案：L，方案：L，如圖4所示。圖4 改變連桿長(zhǎng)度的五種典型方案通過(guò)自己編寫(xiě)的開(kāi)門運(yùn)行程序的運(yùn)算，可以得到各方案閘門在開(kāi)門過(guò)程中上游水位H與閘門的角度F的關(guān)系曲線，如圖5所示。圖5 不同連桿長(zhǎng)度的開(kāi)門曲線 圖5反映了連桿長(zhǎng)度的變化對(duì)閘門開(kāi)門曲線的影響，從圖中可看出：連桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

13、不合理，連桿長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，翻板閘門啟動(dòng)后迅速達(dá)到全開(kāi)位置，翻板閘門運(yùn)行不穩(wěn)定，如方案。連桿長(zhǎng)度不夠，閘門的開(kāi)門曲線過(guò)于平緩，閘門最大開(kāi)度較小，影響泄洪排澇，且全開(kāi)水位較大，上游水位漲幅過(guò)大，會(huì)造成上游農(nóng)田的淹沒(méi)，如方案。方案的開(kāi)門曲線較平穩(wěn)光滑，閘門最大開(kāi)度也較大，表明閘門運(yùn)行較穩(wěn)定，且全開(kāi)水位較低，上游水位漲幅較小。各方案對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。表1各方案對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)方案方案方案方案方案方案連桿長(zhǎng)度（m）最大開(kāi)門角度（°）上游啟動(dòng)水位（m）上游全開(kāi)水位（m）上游水位漲幅（m）對(duì)應(yīng)不同的連桿長(zhǎng)度，翻板閘門運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的最大開(kāi)門角度m也不同，其變化規(guī)律如圖6所示。圖6 連桿長(zhǎng)度與閘門最大開(kāi)度的關(guān)系曲線圖中曲線有唯一的極值點(diǎn)（，），即m最大值為，對(duì)應(yīng)的L。因此，L為連桿的優(yōu)化長(zhǎng)度。3.結(jié)論在平原地區(qū)，尤其是城市的水渠中應(yīng)用翻板閘門，由于水流比較清徹，漂浮物和雜物都比較少，所以不必考慮排漂的問(wèn)題，但在山區(qū)中，由于山上沖下來(lái)的樹(shù)枝、雜草很多，所以都要考慮用攔污柵來(lái)防止鉸座被纏住而影響翻板閘門的運(yùn)行穩(wěn)定。通過(guò)以上的分析，我們認(rèn)為連桿長(zhǎng)度，和后支點(diǎn)的高度對(duì)翻板閘門運(yùn)行穩(wěn)定的影響很大，因此對(duì)翻板閘門