關于漸開式翻板閘門幾個問題的討論

1、關于漸開式翻板閘門幾個問題的討論    摘要：針對漂浮物的問題提出解決方案，分析了影響閘門運行穩(wěn)定的因素，并論證了連桿的長度對運行穩(wěn)定的影響，優(yōu)化了連桿的尺寸，使閘門運行更加穩(wěn)定。 關鍵詞：水閘 閘門 連桿滾輪式翻板閘門 優(yōu)化 穩(wěn)定  漸開式水力自動翻板閘門靠水壓力及閘門自重自動啟閉，無需啟閉機械及其他動力，只需少量人員管理，可節(jié)省大量工程投資及管理費用，與機械啟閉閘門相比可節(jié)省投資50%以上。尤其在偏遠的陡漲陡落的河流，水位低時閘門自動關閉，蓄水灌溉；汛期水位高時閘門自動開啟、泄洪；洪水過后，水位下降，閘門自動及時回關，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，漸開式水力自動翻板閘門在交通航道工程和水利工程中得到越來越廣泛的應用。例如臨沂市費縣北石溝攔河閘、引黃濟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。但是這類閘門在運行中也存在著一些問題，本文下面將針對連桿滾輪式翻板閘門（如圖1）的一些常見的問題例如漂浮物的堵塞、閘門運行的穩(wěn)定問題，閘門的結構優(yōu)化問題進行研究進而探討其解決方法。            &#

3、160;                                       圖 1           

4、60;                          1.常見的幾個問題及其解決方法漂浮物堵塞鉸座當閘門建在山區(qū)河道上時，河道行洪時具有來勢猛，速度大，沖刷強，漂浮物多等特點。當雜草、樹枝、樹干等雜物堵塞在鉸座周圍，會影響閘門的回關，嚴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啟起

5、來清除，給管理工作帶來很大的麻煩，還會造成一定的經濟損失。因此如何解決排漂的問題是翻板閘門能否在山區(qū)河道應用的關鍵問題。                                圖 2解決方法有以下幾種：（1）在上游設置導流墩，將漂浮物導向鉸座兩邊，減少漂浮物對鉸座的堵塞。缺點由于回

6、流等因素的影響仍有剩余漂浮物會沖到鉸座里。（2）是在門前設置攔污柵，缺點是要定期的清除柵前的漂浮物。（3）是在連桿上焊接一個弧形的攔污柵，大小視保護的范圍而定，在閘門開啟或關閉時，連桿和攔污柵一起運動，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  運行穩(wěn)定問題水力自控翻板門因其能隨水位漲落而自動啟閉、結構簡單、運行可靠、便于管理和造價低廉等優(yōu)點，在中小型閘壩、山塘水庫的溢洪道、山區(qū)渠道排洪建筑物以及人工湖中得到廣泛的應用，發(fā)揮了很好的效益。然而，由于這種閘門的運行環(huán)境和受力情況比較復雜，而其設計計算理論目前尚不十分完善，運行中普遍存在著諸多不穩(wěn)定現(xiàn)象，如突然翻

7、倒、頻繁擺動和“拍打”現(xiàn)象，這些就是通常所說的“失穩(wěn)”。所有這些失穩(wěn)現(xiàn)象，對閘門的正常運行是非常有害的，輕者能引起工程結構的整體振動，產生噪音，重者可導致閘門破壞。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)定的負壓。（2）閘門兩側邊壁使過閘水流兩側形成漏斗，帶入空氣使空腔壓力不穩(wěn)。（3）閘門剛開啟時遠驅水躍在閘門底部產生的負壓。（4）閘門開度小時形成的波狀水躍。（5）閘門全開時臨界淹沒水躍（6）風浪造成閘上游水位不穩(wěn)定也影響閘門的運行穩(wěn)定。為了保證閘門的穩(wěn)定運行可在閘門后設置兩道通氣孔，通氣孔面積應超過閘門淹沒面積的5%。

8、在水工結構上要保證水流流態(tài)平順，邊墻頭部、閘墩、支墩、防護墩等的迎水部分盡量做成流線型。要從結構上保證閘門自身的阻尼作用從而保證閘門的穩(wěn)定運行，例如連桿滾輪式翻板閘門的連桿長度和后支點高度要合適。而連桿長度及其后支點縱坐標對穩(wěn)定的影響則需要論證。以下將通過工程實例具體分析討論。結構優(yōu)化問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，這種閘門的連桿、滾輪的尺寸大小和位置設置得當時，基本不會發(fā)生拍打現(xiàn)象。因此，在進行閘門設計時，要合理確定滾輪的直徑、連桿的長度及連桿后支點位置，選擇連桿阻尼作用大，啟閉水位低的尺寸作為設計值，從結構上保持閘門自

9、身的阻尼作用，保證其運轉的穩(wěn)定性。在以下的工程實例中，針對連桿滾輪式水力自動翻板閘門的連桿長度，通過對幾個方案的比較，得出一個較好的方案，進而說明連桿長度對運行穩(wěn)定的影響。2. 工程實例 某閘，門高2.6米，門寬6米，擋水高度2.51米。運行特征水位：（均以相對高程表示）門底坎高程0.00米，閘門頂高程2.51米，啟動水位2.60米，全開水位2.87米，全開角度78度，關閉水位2.51米，最大設計水頭6.50米。滾輪的直徑D=0.53m、連桿的長度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，門下空腔負壓的下拉力P5，以及滾輪的

10、支承力N及連桿的內力T的作用下，根據力的平衡關系（M開M關），計算出上游水位H不斷變化過程中閘門的開度a，得到Ha關系曲線。 閘門在開關門過程中上游水位與閘門轉角的關系曲線如圖3所示。從圖中可以看出，閘門在任意開度位置，其開門水位較關門水位高，差值基本為2左右?？梢婇l門對防止“拍打”有一定的阻尼作用。這種阻尼作用主要是由滾輪、連桿機構本身決定的。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，閘門的連桿和滾輪設計合理時，基本不會發(fā)生拍打現(xiàn)象。 當開門力矩與關門力矩總和為零，閘門處于穩(wěn)定狀態(tài)。若來流量稍有增加，動水壓力增大，開門力矩有一微小增量

11、，這時連桿會產生反力，形成阻抗力矩來阻止其旋轉，該阻抗力矩隨著來水流量的增加而逐漸增大，當其達到最大值時，則閘門將處于向右轉動前的極限平衡狀態(tài)。反之，若來水流量稍有減少，動水壓力減小，則產生一微小關門力矩，這時連桿將產生拉力，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啟(或關閉)是會發(fā)生變化的。當動水壓力增加(或減少)到一定值時，閘門將增加(或減少)其開度，從而使動水壓力增量又發(fā)生改變，閘門在新的位置通過新的連桿反力矩(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使閘門在新的變量中維持穩(wěn)定。同時，由于連桿的存在，緩沖了閘門的轉動速度，使閘門必須在克服連桿反力

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

13、不合理，連桿長度過長，翻板閘門啟動后迅速達到全開位置，翻板閘門運行不穩(wěn)定，如方案。連桿長度不夠，閘門的開門曲線過于平緩，閘門最大開度較小，影響泄洪排澇，且全開水位較大，上游水位漲幅過大，會造成上游農田的淹沒，如方案。方案的開門曲線較平穩(wěn)光滑，閘門最大開度也較大，表明閘門運行較穩(wěn)定，且全開水位較低，上游水位漲幅較小。各方案對應的各項指標如表1所示。表1各方案對應的各項指標方案方案方案方案方案方案連桿長度（m）最大開門角度（°）上游啟動水位（m）上游全開水位（m）上游水位漲幅（m）對應不同的連桿長度，翻板閘門運行時所能達到的最大開門角度m也不同，其變化規(guī)律如圖6所示。圖6 連桿長度與閘門最大開度的關系曲線圖中曲線有唯一的極值點（，），即m最大值為，對應的L。因此，L為連桿的優(yōu)化長度。3.結論在平原地區(qū)，尤其是城市的水渠中應用翻板閘門，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題，但在山區(qū)中，由于山上沖下來的樹枝、雜草很多，所以都要考慮用攔污柵來防止鉸座被纏住而影響翻板閘門的運行穩(wěn)定。通過以上的分析，我們認為連桿長度，和后支點的高度對翻板閘門運行穩(wěn)定的影響很大，因此對翻板閘門