成都鸿之海水利设备有限公司
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｜绵阳三台县不锈钢闸门｜闸门主要作用是既关水和放水，地基条件差和水头低且变幅大是闸门适用工况复杂的两个原因，所以闸门具有许多其它水利工程产品不能代替的不锈钢闸门闸门工况不稳定具体表现在渗流、冲刷和沉陷等几个方面，闸门安装位置的选择也直接影响到闸门功能的正常发挥和使用时间，在安装时应根据闸门的功能、主要特点和运用要求，然后也要综合考虑地形、地质、水流、泥沙含量、建筑材料、交通运输、施工和管理等方面的因素不锈钢闸门】并对安装方案进行对比研究。闸门产品的孔口尺寸决定于过闸的流量设计和闸孔的泄流能力，过闸流量设计是根据闸门的任务要求通过水文分析和水力计算确定的，而闸孔的泄流能力与上下游水位、闸孔型式和底板高程有关。
｜绵阳三台县不锈钢闸门｜水闸是修建在河道和渠道上利用闸门控制流量和调节 水位的低水头水工建筑物。在水利工程中，水闸的应用十 分广泛，多建于河道、 渠系、水库、湖泊及滨海地区。闸 门可以、拦洪、挡潮、排涝、灌溉、蓄水、以上 游取水或通航的需要。鉴于水闸对上下游导流的重要作用， 要求其密封性极其高。目前，大型水闸主流应用π 型或双 P 型橡胶作为止水密封条，材质采用 SF6574 或 SF6674。橡 胶止水密封条作为闸门金属结构的易损件，在闸门启闭过 程中与闸门门槽的强烈极易造成止水密封条的翻转或 损坏 [1]，致使闸门漏水及无法密封，甚至卡阻闸门，而更 换橡胶昂贵的材料和费用，对单位较大的工 作量和经济负担，对民生、安全都形成难以挽回的损失。 较之以前，闸门水采用剂与水混合均衡， 再经以人工或水泵将混合物向闸门浇灌为之，其 效果不。且在闸门启闭中，闸门水 基本与闸门启闭控制分离，即要先启动闸门 水，完毕后，再行启闭闸门，期间需要大量人工操作 及运行时间，还需随时观察情况 [2]，易产生故障，更 有甚者，有些操作人员为避免麻烦，甚至不经直接启结合工程实际，将检修闸门平压阀的理论引入到工作闸门的设计之中，建立了两个设计流量闸门的几何模 型，解决了水闸运行中大闸门控制小流量的技术难题，为其他水闸的设计提供了参考和借鉴。 关键词：水电站；闸门；设计 黄壁庄水库修建于 1958 年，位于河北省石家庄 市西北 30 km，是海河流域滹沱河中下游重要的控 制性大（I）型水利枢纽工程，总库容 12.1 亿 m3，库区 面积 61.3 km2，水库以防洪为主，兼顾灌溉发电等。 水电站下游有两个灌区：石津灌区、引黄灌区。 石津灌区设计灌溉面积 244 万亩，渠X设计流量 114 m3/s；引黄灌区设计灌溉面积 11.4 万亩，渠X设 计流量 4.5 m3/s。 水电站的灌溉洞是石津渠的备用取水口、引黄 渠的正常取水口，石津渠、引黄渠取水口闸门布置示 意图见图 1。（1）在正常情况下，水电站灌溉并发电。 灌溉洞闸门关闭，发电洞闸门全开，水库中的水经过 水轮发电机，流向石津渠，水轮发电机的导水叶控制 下泄流量。（2）水轮发电机发生故障时，水电站仅灌监测结果表明：闸门关键部位的应力均在 100MPa以内，结构强度安全运行要求,闸门流激振动试验结果表明：在闸门开启 30~3000mm间的开度范围内，闸门的振动量亦表 现出两头开度振动大、中间小的变化特征，而小开 度时的闸门振动更为明显。闸门的振动量不仅与 库水位有关，与下游水位和闸门开度也密切相关。 这是闸门小开度时，闸下水现淹没水跃和临门 水跃，对门体产生拍击作用的缘故。因此在库水位 较低的情况下，也会出现较大的振动量，闸门振动 量随库水位的影响没有明显的规律性。 由观测结果可以看出：闸门的振动量以小开度 30mm大，50mm略小，100mm、200mm小。随 后振动量随开度的逐渐回升。从振动方向看， 闸门振动的切向振动量大，径向次之，侧向振动量 小。相应振动均方根值分别为2.1m/s2、 1.19m/s2 及0.58m/s2。较大的振动量出现在闸门开度为 30mm和1500mm时。从振动量与开度变化关系 看，当闸门开启至3000mm时，各测点的振动加速 度出现下降趋势。 （5）闸门动位移结果显示，闸门体的振动 量以面板略大，支臂次之。面板振动较大的部位位 于门叶下部，这与闸门结构的受力特征密切相关。 闸门径向大振动位移均方根值为1.14mm，切向 大振动位移量为1.4mm，侧向大振动位移均方根值为1.58mm。闸门的较大振动位移出现在开启 高度100mm以下，避开这些开度后振动位移均方 根值可控制在0.5mm之内。 （6）闸门的水动力作用包括门体上游面水流脉 动压力和小开度门后旋滚两部分作。上游面 脉动压力主能量一般分布在0~10Hz频段，X势频 率在0~5Hz之间；下游面底缘部位的旋滚作用属于 冲击型荷载。前者仅当闸门处于极小开度运行时， 因下泄水流的不闸门在小开度产生较大 振动；后者可激发闸门的低阶振型，振动响应将更 大，运行时这种工况应当避免。 （7）闸门局部开启时振动应力量X不大，各部 位的动应力一般在2.0MPa以内。但闭门的动 应力相对较大，支臂大动应力为16.0MPa，位于 支臂与面板相接部位；面板大动应力为26.0MPa， 位于下主横梁中部。这是由于闭门中产生水 封与侧轨和油缸不平稳运动产生的振动所致。 （8）通过对闸流激振动原型观测成果的综 合分析，提出闸门的调度和小开度运行应遵循 如下操作规程： ①根据对闸下水流流态、闸门动力特性、流激 振动加速度、动位移及动应力等参数的综合分析， 浅槽区闸门的较大振动量出现在开度为30mm和 50mm时；较大的振动位移出现在开度1500mm以 上。因此，小开度闸门的运行区域宜在e=100～ 500mm，尽量避免在30～50mm的极小开度范围内 运行，并确保闸下出流始终保持处于明流状态。 ②深槽区闸门在小开度时可能出现淹没水跃和 临门水跃，会对门体产生拍击作用，造成较强振动。 在试验下游水位条件下，较大振动量出现在闸门开 启高度100mm以下。若下游水位上涨，则强振区的 闸门开度还会，因此深槽区闸门的开启高度宜 在200mm以上，并随下游水位的作相应。 ③闸门小开度运行时，尤其闸门开度处于100mm 附近时，需要注意液压保压和开度控制问题， 确保闸门运行开度的性。 ④本工程闸工作水头虽然不是很高，但仍 需密切关注闸门小开度运行时底缘下方溢流面混 凝土的蚀损情况，发现问题及时处理。闸门自激振动监测及其措施闸门自激振动在国内外水电工程中均有出现， 并出现不同程度的问题。我国早期的皎口水库泄 水底孔弧形工作闸门就因水封自激振动而引发闸 门的强烈振动，闸门支臂因动力失稳而；四川 攀枝花米易湾滩水电站闸工作闸门也因顶水 封的漏水产生自激振动，引起闸门的强烈振动；安 徽蒙城船闸上闸X弧形闸门底水封也因发生自激 振动而引发闸门的强烈振动；某大型水闸平面工作 闸门顶水封亦发生水封漏水而引发闸门结构的强 烈振动，其振动量使水闸上部结构也产生强烈振 动，严重危害水闸结构的运行安全。 闸门自激振动典型案例 1.1.1皎口水库底孔弧形工作闸门的振动问题 深孔闸门的小开度振动是水利工程界泄水建 筑物广泛存在的问题。比较典型的工程有皎口水 库底孔弧形工作闸门的泄流振动。该底在水库建成运行后，同时出现空蚀及闸门振动问题。空蚀的原因主要由于进口事故闸门门井进 水出现交汇水流，引起孔顶产生负压区。小开 度闸门振动主要由于门顶止水部件漏水和下泄水 流不。在工作闸门启门或闭门中，当弧形门启或 闭至顶止水，与胸墙存在一定离合间隙时（此时相 对开度n=0.085）出现炮击式轰鸣，闸门支臂、面板 及启闭杆等部位均出现强烈振动响应，底孔各部位 的动水压力也出现压力波动现象。振动加速度、动 应力、水流脉动压力等参数出明显的周期性振 动特征。现场检测结果显示，门前泄水道周围边界 的脉动压力的主频较低，一般在20Hz范围以内（图 3），临近胸墙和水封部位的脉动压力较高，随 闸门顶止水与胸墙间隙的变化在45～140Hz范围 内变化，闸门的动应力具有类似特点。闸门面 板和支臂的大动应力为5.5MPa，接近顶止水部 位测点的脉动压力约0.125MPa，闸门整体自振频 率约35Hz。 闸门止水原设计布置 经分析，这种闸门小开度周期性振动的原因是 顶部漏水形成能量输入和反馈，产生闸门 的自激振动，同时闸门的振动又以作的形式施 加于上游水体，引起水流压力的脉动。如果不改变 此种状况，其振动不会自行停止。脉动能与水位 脉动能与开度 水流脉动压力能谱 Fig. 除小开度振动外，该闸门在大开度时也出现强 烈振动，这种大开度强烈振动亦与胸墙止水密切相 关。当闸门开启至相对开度n=0.8～0.96时，闸门 出现强烈振动，并伴有巨大的轰轰声，闸门的振动 依然为周期性特征。观测结果显示，闸门大 动应力达到35.0MPa，双倍振幅达70.0MPa。闸门 整体自振为50Hz，流激振动响应的X势 约33Hz。与小开度振动相比，大开度振动的 比小开度时要低得多，其主要原因仍然是胸墙止水 漏水引起的自激振动。 1.1.2 米易湾滩水电站闸振动特征米易湾滩水电站闸是一个低水头潜孔闸 门，位于大坝右侧，闸门采用卷扬式启闭机启闭操 作。电站建成后三孔闸门均出现不同程度的 水封漏水和强烈的闸门振动现象。虽经多次改造 （包括水封改造、门顶增设横梁等），但闸工作闸 门的振动现象无法解决，仍然有很大的振动量。水 封自激振动引起的水面驻波和振动水珠帘高达1m 以上。这种振动使闸门结构的安全受到严重威胁。 三孔闸的顶水封为P形，侧水封为方形， 底水封为刀型。闸门因顶水封漏水出现不同程度 的自激振动，止水拉裂也相当严重。其中1号孔振 动为严重， 2号孔次之。在100m以上范围都能 听见振动引起的噪声，噪声量X约在70分贝以上， 属于高频振动。当闸门下闸和局部开启运行时，下泄水流 产生的脉动压力荷载作用于闸门结构，引起闸门结 构的振动，因此水流脉动压力是引发闸门振动的主 要动力源。本次原型观测主要测量了闸门近底缘 部位的门体脉动压力。图14给出了闸门开启和关 闭中的门前水位线，典型脉动压力测点脉 动量全变化时域线见图15。测量数据表 明，在闸门小开度范围（2.2m、 2.1m、 2.0m、 1.9m、 1.7m、 1.6m、 1.5m）内，门顶部的脉动压力均方根值 小，门底部的脉动压力均方根值相对较大，对应 状态的时均压力值较小，反映了闸下水流流速引起 水流紊动加剧的特点，实测大脉动压力均方根值 为11kPa，若按3倍均方根值计算大值，则大脉 动压力为33kPa。此外脉动压力和时均压力随着 水位的升高逐渐变大。闸门闭门阶段，底部压力表 现出一定量X的负压，反映了底部负压的变化特 性。从谱分析结果来看，水流脉动压力的主能量一 般集中在10Hz以内的低频区。 4.2.2 事故闸门的振动加速度特征闸门振动现象及分类 水工钢闸门( 包括闸门门叶、支承结构、止水部件等) 属于弹性体系，在某些因素( 如高速水流冲击) 作用 下会发生振动现象。当水头较低，扰动较小时，振幅和较小，振动对水电站安全运行基本无影响; 但当 水头较高、流量较大时，振幅和相应增大，闸门振动加剧，危及大坝水库安全运行。因此，控制闸门振动是水库大坝安全运行的一项重要课题。 实际研究中发现，闸门振动往往是在流固耦合作用下产生的，国内外学者对流激振动激励机理已有了 较多研究，下面介绍几种代表性的分类。 X先是美国学者 Blevins［4］按照流体诱发的振动类型将其分为流动和非流动两大类，又根据诱 发振动的原因细分出了多种振动形式，如图1 所示。 以某水闸一闸门为例，基于有限元分析，考虑了水体—闸门耦合作用，借助有限元以及自编子程序， 分别计算并对比分析了 4 种不同工况下闸门的自振特性。计算结果表明: 闸门自振较不考虑水体—闸门耦合作用时 均有所，闸门自振基频受水体—闸门耦合作用的影响较小，对于较高阶闸门自振的影响比较明显; 考虑水体— 闸门耦合作用对闸门结构的振型有一定的影响。 关键词: 闸门; 水体—闸门耦合作用; ，工程师，主要从事水利水电X方面相关工作。 工程概况 某水电站工程座落于云南省保山市，水电站设计 装机容量为 11. 55 MW，安装 3 台混流式水轮发电机 组，单机容量为 3. 85 MW，额定水头为 123. 5 m， 大引用流量为 12. 45 m3 /s。电站水闸工程一弧形钢闸 门的跨度为 8. 0 m，弧面半径为 14. 0 m，弧形面板的 弧长为 10. 5 m。为了解该闸门自振特性，采用有限元 分析，计算并对比分析了闸门结构的自振特性。 2 计算 闸门结构的自振特性包括闸门的和振型，是 闸门动力计算分析的核心内容［1］。在水电站大坝工程 中，由于阻尼对闸门自振特性的影响很小，计算中不 考虑阻尼力的影响［2］。文献［3］中给出了闸门无阻尼 的振动方程: K－ω2 i M( ) i =0 (1) 式 中 M 为 质 量 矩 阵， K 为 刚 度 矩 阵; ω ii =1，2，…，n( ) 为闸门结构 n 个度所对应的 n 个自振; i 为 i 阶自振对应的振型，又称为 特征向量，其中 M=珚 M+Mp，当不考虑水体与闸门结构 的相互作用时，可略去式 Mp 项。 水工结构的自振特性计算中，一般只需考虑几个低 阶［4］，此次闸门自振特性计算中采用直接滤频法［5］。 2. 1 计算坐标系及计算范围 计算时所建闸门模型顺河向取为 x 轴(上游指向下 游)，横河向取为 y 轴(右岸指向左岸)，垂直向取为 z 轴(指向上方)［3］。在动力计算时，考虑了闸门过水时 水体－闸门耦合作用工况，亦对闸门有影响水体进行
