水力自控翻板闸门在水利工程应用中存在的问题及解决措施总结

水力自控翻板闸门在水利工程应用中存在的问题及解决措施总结

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水力自控翻板闸门在水利工程应用中存在的问题及解决措施总结

作者:许铨

来源:《建筑工程技术与设计》2014年第18期

水力自控翻板门是一种水工闸门,别称翻转闸门、中转轴闸门、横轴翻倒门等,经过许多年的研究和发展,它已经渐趋成熟,主结构已为钢筋混凝土,特别是曲线轨道水力自控翻板门。

1.水力自控翻板闸门的原理

水力自控翻板闸门(如图 1 所示)是一种利用水力自动操作的转动式平面闸门,可分活动和固定两部分。活动部分由面板、支架、支承铰和止水等构件组成,固定部分由支承铰座和支墩组成。

图1 水力自控翻板闸门示意

这种闸门启闭的水力自控主要依靠门叶前后水压差、闸门自重和各种摩擦阻力对支承铰中心产生的不平衡力矩来实现的,达到随着上游水位升高便自动逐渐开启闸门泄流、上游水位下降便自动逐渐关闭闸门蓄水的目的,使上游水位始终保持在要求的范围内。

2.工程实例及应用中存在的缺点

例1 某市A水电站闸坝采用孔口为10m×4. 5m(宽×高,以下同)的自动翻板闸门,共14扇,2012年8月1日全部安装完毕,刚投入使用就遭遇了洪水的考验。2010年9月22日晚,上虞市普降大雨。据9月23日现场观测记录表明,当水位超出门顶37cm时,部分闸门陆续开启;上午9 时25分至9时40分水位已

超出门顶69cm,但闸门开度远未达到超出30cm时开始开启70~80cm全开的设计要求。闸门自动开启失灵直接造成电站上游153.33m2的农田受

浸,并冲垮了100多米长的土堤,严重威胁了县城及两镇人民生命财产的安全。后经专家及有关领导会商决定,采用了 3 次人工爆破炸开了 2 座闸门,才得以顺利泄洪。

例2 某市B电站是杭州湾水系开发的最后1个梯级电站,装机为6MW。闸坝设计原为液压翻板门(钢质),孔口尺寸为8m×5.2m,共9孔,配有液压启闭机及

闸前检修门。施工时为了节约闸坝投资改为水力自控翻板闸门,门叶材质改为钢筋混凝土,由湖南某厂家生产,于2008年完成安装。但遭遇初次洪水时,闸门便不能自动翻转,导致闸坝被冲毁,失去挡水及

泄洪功能。后废弃翻板闸,改造为常规的垂直升降平面钢闸门(配卷扬机)方案。该事故可谓损失惨重,教训深刻。

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例 3 某市另一小型水电站闸坝同样采用水力自控翻板闸门，已运行数年。以往洪水期间，闸门运行中会发出一声“砰”的拍打声。在 2012 年 5 月初的一次洪水中，闸门频繁发出“砰” 声，终因剧烈的拍打、撞击而彻底破坏，

导致闸坝丧失应有的功能。由上述实例可见，水力自控翻板闸门在实际应用中存在诸多不稳定因素，可靠性并不强，安全隐患较大。经综合分析，水力自控翻板闸门技术的应用存在以下几个问题：（1）设计存在缺陷由于流态比较复杂，水流型态由刚开启时的闸上薄壁堰流以及闸下孔流，到开启到一定角度时的堰流，流量系数和各种水力参数都不稳定，通过理论计算得出的过流能力一般与实际相差较大，有些生产厂家可能没有进行充分的水工实验，这就使得翻板闸门的设计过流能力存在缺陷，致使上游洪水位超出设计预期，从而导致事故发生。另外，水力自控翻板闸门没有检修门，也不设交通桥，给两岸交通和检修造成了不便。（2）泥沙淤积和漂浮物影响正常启闭由于水力自动翻板闸门采用中间支铰结构，门前泥沙力矩为启门阻力矩，泥沙淤积有可能导致启门阻力矩增大，使得闸门在达到设计水位后仍不能正常启门。洪水期，河道中飘浮的树枝、杂草、垃圾较多，当杂物堵塞在铰座周围，会影响闸门的回关，严重的会在闸门与底板之间形成缝隙，导致闸前蓄不上水。（3）影响泄洪断面一般情况下，自动翻板闸门因为考虑到依靠自重翻门，所以门体往往制作比较厚，当翻倒泄洪时，具有较大倾角的门叶形成 1 道很厚的阻水面，对泄洪断面造成相当大的影响，因此设计时需考虑增加闸孔数量。并且当上下游水位较大或漂浮重物撞击时，甚至有可能将闸门冲走。（4）运行不稳定翻板门泄流时由于水流与边界交替分离与贴合，门后空腔时现时灭，门后补气不足，因此门叶底缘的动水压力变化大，给门叶的稳定运行带来较大影响，造成门叶颤动与拍打现象。这对闸门的正常运行是非常有害的，轻者能引起工程结构的整体振动，产生噪音，重者导致闸门破坏。（5）意外风险大自动翻板闸门由于其工作原理是由水压与自重平衡的作用使门体自动打开，不受人为控制，加上各种运行时的阻卡不一样，闸门在什么时候开启很难精确把握。如果下游有人畜或其他临时建筑，在没有征兆或通知的情况下，上游就有可能翻坝泄洪，导致意外发生。

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3.主要对策解决上述存在的问题，应从水力自控翻板闸门特点、设计理论及其固有缺点上加以认识。只有找出合理的解决方法，才能更好地发挥水力自控翻板闸在低水头电站建设中的优势。（1）在设计翻板闸门时，要充分认识和了解水力自控翻板闸门的过水机理和运行特性，运用相应的设计计算理论，并进行充分的水力学试验，以得出准确的水位与流量关系，避免产生误区；仔细分析电站建设前后河道过流条件变化的趋势，进行科学的规划设计，合理选择电站水位。（2）加强管理，及时清污，避免闸门或支铰发生堵塞，预设门后施加起吊预案。（3）可采取多种措施保证闸门稳定运行：①水闸枢纽布置时，在地质条件满足要求的情况下，优先选择在河道顺直、河底平整、纵坡平缓地段，使进闸和出闸水流比较均匀平顺，避免产生急流、旋涡等现象，有利于闸门正常运转。②水工结构上要保证水流流态平顺，边墙头部、闸墩、支墩、防护墩等的迎水部分尽量做成流线型，以免面板与闸下孔流间、闸门两

侧的过闸水流形成空腔，从而形成负压，导致闸门运行不稳。③堰坝顶应有一定水平宽度，闸门安置在堰坝水平直段上，且支墩不宜设在堰坝下游的斜面上，以防止闸门全开时坝前水位突然下降而引起拍打；为达到水流平稳要求，堰坝上游做成圆弧、椭圆曲线或 WES 堰型，下游做成斜坡，坡率④在进行闸门设计时，要合理确定滚轮的直径、连杆的长度及连杆后支点位置，选择连杆阻尼作用大、启闭水位低的尺寸作为设计值，从结构上保持闸门自身的阻尼作用，保证闸门运转的稳定性。⑤闸门重量要适宜，太轻，则转动惯量小，稳定性差；过重，则很费材料，操作困难。在现有技术和国力条件下，应力求安全第一。为有效避开翻板闸门不能自动打开的意外险情，建议在重要的水力发电项目和重要的水利枢纽工程中，增设启闭设备。目前，浙江省有 10 余座水电站都安装了液压翻板门，运行良好。另外，工程设计时还应按照规范要求设置检修门和交通桥，既方便检修、管理和抢险，也有利于社会公众的交通需求。 4.结语（1）水力自控翻板闸门作为一种广泛应用的技术，有其独特优势，但应保持清醒的认识，不能盲目自满于优点，而忽视其存在的缺陷。

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（2）任何一个工程，在设计时一定要有充分的科学实验论证，综合考虑多方因素，做好模型试验工作，尽可能避免出现设计误区，减少理论与实际的误差。（3）在认识上，不能片面追求经济效益、节省投资，应把安全性、可靠性放在第一位，其次才考虑经济性。