閘門(mén)振動(dòng)的原因及防止措施分析

1、閘門(mén)振動(dòng)的原因及防止措施分析 【摘要】閘門(mén)是水利建筑的重要結(jié)構(gòu)部分，對(duì)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(guò)程中，卻經(jīng)常有漏水、失事等問(wèn)題發(fā)生，究其原因，是由于閘門(mén)的振搗導(dǎo)致的。因此，分析閘門(mén)振動(dòng)的原因，尋找合適的防止措施，對(duì)于水利建筑的安全有著重要意義，本文就圍繞此展開(kāi)討論。 【關(guān)鍵詞】閘門(mén)振動(dòng)；原因；防止措施 近些年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jìn)步，水利工程的正常運(yùn)行對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dòng)或關(guān)閉的工作過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，輕則會(huì)引起水利工程排

2、水等功能受到影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸢踩鹿省Ｒ虼?，加?qiáng)對(duì)閘門(mén)振動(dòng)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(shí)意義。 一、 閘門(mén)振動(dòng)的發(fā)生原因 閘門(mén)振動(dòng)的發(fā)生原因十分復(fù)雜，但通常認(rèn)為，動(dòng)水作用的不平穩(wěn)是閘門(mén)振動(dòng)問(wèn)題的直接原因。在閘門(mén)開(kāi)啟或閉合的過(guò)程中，會(huì)有動(dòng)水的產(chǎn)生，當(dāng)動(dòng)水接觸到閘門(mén)時(shí)，會(huì)給予閘門(mén)一定的作用力，引起閘門(mén)的振動(dòng)，大多情況下，這種振動(dòng)是比較微弱的，并不會(huì)給閘門(mén)運(yùn)行的安全造成影響，但在一些特殊情況下，閘門(mén)的振動(dòng)是十分強(qiáng)烈的，甚至有共振或動(dòng)力失穩(wěn)問(wèn)題出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅閘門(mén)安全。 一般而言，閘門(mén)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(mén)結(jié)構(gòu)本身或其周邊介質(zhì)運(yùn)動(dòng)形成的

3、相互作用力。針對(duì)不同類(lèi)型的作用力，閘門(mén)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特點(diǎn)也是千差萬(wàn)別的，在外部作用力不停作用于閘門(mén)結(jié)構(gòu)時(shí)，其帶來(lái)的能量會(huì)抵消掉阻尼消耗能量，使閘門(mén)表現(xiàn)出持續(xù)振動(dòng)現(xiàn)象1。 就激流振動(dòng)而言，通常將閘門(mén)振動(dòng)發(fā)生原因分為三種，一是外部作用力誘發(fā)的振動(dòng)，屬于一種微幅隨機(jī)振動(dòng)，其發(fā)生原因主要是由于水流波動(dòng)性特征引起脈動(dòng)壓力作用于閘門(mén)后，導(dǎo)致出現(xiàn)振動(dòng)。 二是穩(wěn)定性問(wèn)題引發(fā)的振動(dòng)，這種振動(dòng)是由于水流不穩(wěn)定特征結(jié)合反饋機(jī)制功形成來(lái)對(duì)閘門(mén)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(mén)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。 三是閘門(mén)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的振動(dòng)，這是一種自激振動(dòng)，由于閘門(mén)結(jié)構(gòu)本身存在誘發(fā)力，在物體共振過(guò)程中，形成閘門(mén)本身的振動(dòng)現(xiàn)象，但是物

4、體共振反饋是不穩(wěn)定的，所以，此種振動(dòng)會(huì)在結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)消失時(shí)同時(shí)一并消失。 二、 閘門(mén)振動(dòng)的振源分析 （一） 弧形閘門(mén)的止水漏水 止水座板是閘門(mén)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(mén)中，止水座板與平面閘門(mén)有很大差異，在安裝時(shí)，容易發(fā)生選型不當(dāng)或者安裝不平直等問(wèn)題，止水座板與止水之間接觸出現(xiàn)縫隙，無(wú)法完全密封，在上部水體的壓力作用下，水就會(huì)從縫隙中射出，脈動(dòng)壓力作用于止水上，導(dǎo)致止水振動(dòng)，進(jìn)而引起閘門(mén)振動(dòng)。當(dāng)止水漏水較為嚴(yán)重時(shí)，射出的水會(huì)直接作用在門(mén)葉后梁格上，也會(huì)發(fā)生閘門(mén)振動(dòng)問(wèn)題。 （二） 閘門(mén)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(huì)有風(fēng)浪、涌潮等現(xiàn)象，此時(shí)，如果閘前水位與胸墻接近或略低，胸墻底部與弧門(mén)水上部分會(huì)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(mén)上，給弧門(mén)安全造成嚴(yán)重威脅，甚至?xí)痖l門(mén)支臂失穩(wěn)問(wèn)題，進(jìn)而誘發(fā)閘門(mén)振動(dòng)2。 （三） 平面閘門(mén)底緣型式不當(dāng) 當(dāng)平面閘門(mén)底緣型式設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，比如水平底緣，閘門(mén)的水利條件相對(duì)較為惡劣，閘門(mén)開(kāi)啟、閉合操作更加困難，而且在此過(guò)程中會(huì)形成水脈動(dòng)壓力，有時(shí)會(huì)有負(fù)壓出現(xiàn)，引起空蝕，這些都會(huì)引起閘門(mén)振動(dòng)。 （四） 平面閘門(mén)門(mén)槽空蝕問(wèn)題 平面閘門(mén)是水利工程中常用的閘門(mén)型式，但此種閘門(mén)在有高速水流從閘孔中通過(guò)時(shí)，會(huì)在門(mén)槽段發(fā)生邊界的突變，在局部?jī)?nèi)出現(xiàn)壓力驟降，出現(xiàn)空穴現(xiàn)象

6、，引起空蝕問(wèn)題，導(dǎo)致閘門(mén)發(fā)生嚴(yán)重振動(dòng)。 （五） 閘后有淹沒(méi)水躍發(fā)生 在一定開(kāi)啟程度下進(jìn)行泄流時(shí)，閘門(mén)后部可能會(huì)有淹沒(méi)水躍現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)閘門(mén)形成周期性的沖擊，此時(shí)，水流的強(qiáng)烈脈動(dòng)壓力會(huì)不斷作用在閘門(mén)上，導(dǎo)致閘門(mén)發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)。 （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(mén)為例，在閘前水位比閘頂高的條件下開(kāi)啟，就會(huì)在閘門(mén)底部、上部通常發(fā)生泄流，也就是雙層過(guò)水，在這種作用下，水流會(huì)在閘門(mén)后部形成渦流，導(dǎo)致閘門(mén)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)。 三、 閘門(mén)振動(dòng)的有效預(yù)防措施 （一） 針對(duì)振源的閘門(mén)振動(dòng)防止措施 針對(duì)上述各種閘門(mén)振動(dòng)的振源，可以采取的有效防止措施主要有： 第一，在閘門(mén)安裝過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)

7、止水施工質(zhì)量的控制，通過(guò)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(mén)振動(dòng)。 第二，在閘門(mén)上游位置設(shè)計(jì)防浪排、放浪柵等裝置，或者在胸墻底部設(shè)計(jì)通氣管，有效降低波浪給予閘門(mén)的沖擊力，保證泄流時(shí)氣體可以自由排出，都可以起到防止閘門(mén)振動(dòng)的效果。 第三，改變平面閘門(mén)底緣型式，采用刀刃型底緣，其中，在上游閘門(mén)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(mén)底緣經(jīng)過(guò)時(shí)的順暢，降低水流給閘門(mén)形成的水脈壓動(dòng)力，從而防止閘門(mén)振動(dòng)3。 第四，在閘門(mén)有淹沒(méi)水躍發(fā)生時(shí)，應(yīng)該立即改變閘門(mén)運(yùn)用的條件，通過(guò)提升閘門(mén)開(kāi)啟高度等措施，來(lái)消除淹沒(méi)水躍現(xiàn)象，使閘門(mén)后部

8、通氣充分、水流為明流，就可以避免閘門(mén)振動(dòng)的發(fā)生。 （二） 運(yùn)行管理的閘門(mén)振動(dòng)防止措施 在閘門(mén)振動(dòng)中，還有相當(dāng)一部分是由于運(yùn)行管理不當(dāng)引起的，所以，加強(qiáng)對(duì)閘門(mén)運(yùn)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(mén)。有很多閘門(mén)在建設(shè)初期是安全的，并不會(huì)發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，閘門(mén)會(huì)多多少少的出現(xiàn)一些問(wèn)題，此時(shí)閘門(mén)性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了一定改變，如果這些問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就可能會(huì)引起閘門(mén)振動(dòng)。因此，要定期對(duì)閘門(mén)進(jìn)行檢查維修，包括滑輪、支鉸等關(guān)節(jié)構(gòu)件的運(yùn)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(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行維修，提升閘門(mén)

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