下游常水位后浮箱水力自动控制闸门的设计.docx

摘要:后浮箱水力自控闸门在突尼斯麦—崩水渠已运行20多年,发挥了很好的调节控制作用。本文结合工作实践,从闸门的工作原理、结构特点、闸门选型等方面,对该闸门进行了简明的技术分析和造型介绍及设计体会、认识。


关键词:后浮箱水力自动闸门工作原理结构特点闸门选型

 

1 概述

自动化是科学技术现代化的重要内容,自动闸门则是水利工程实现自动化运行的一项重要设备。浮箱水力自动化闸门是一种借助水力和重力作用,可以自动启闭和调节的自动化闸门,具有运行可靠、结构简单等特点,越来越被广泛地应用于供水、灌溉、防洪、发电、水运等工程。

下游常水位水力自动控制闸门的特点是,在闸后为某一设计水位条件下,当下游需水量改变时,闸门能利用水力作用自动地进行启闭,以满足闸后需水量要求,无论闸上游
水位如何变化,闸门的开度大小,以下游需水量的大小而变。这种闸门是专门为输水和灌溉渠道设计的,用作渠道进水闸、节制闸及分水闸等,可实现渠道水力自动调节和输水。

我国援助突尼斯共和国建设的麦-崩水渠工程,设计要求水渠的水位实现自动控制。该工程采用的控制下游水位的后浮箱闸门,是我院在国内尚无设计先例,又缺乏技术资料的情况下,自行研制设计的,经过多次室内水工模型试验和中间试验,获得了有关布置、结构主要参数等一系列技术数据后,进行了施工详图设计和制造。经安装运行后证实:下游常水位水力自动控制闸门启闭灵敏、运行可靠、易于维修,达到了预想的效果。

笔者有幸参加了突尼斯麦—崩水渠自动控制下游常水位的后浮箱闸门的设计工作,本文结合工作实践谈谈对该类型闸门的设计体会和认识,同大家交流,以有益于推广和应用。

2 闸门的工作原理

下游常水位闸门主要由面板、臂杆、配重箱、轴承以及浮箱、浮箱套等部位组成(见图1)。






图1 下游常水位水力自动控制闸门结构图

面板和浮箱的前后侧板均做成圆弧形,其圆心都和转动轴轴心重合。浮箱底部的切线方向也通过轴心,门轴高程设置在下游设计水位上,如图2所示。






图2 面板、浮箱工作原理示意图

从图2可以看出,要使闸门处于稳定平衡状态,作用在闸门上的开门力矩(Cp) 应等于关门力矩(Cf),

即:Cp=Cf (1)

开门力矩Cp=pdsinα(2)

式中:p为包括配重的闸门重量;d为重心和转轴中心的距离;α为浮箱的底部和水面所形成的角度。

关门力矩

式中:w为水的单位重量;e为浮箱的宽度;R为浮箱的外径;r为浮箱的内径。将(2)、(3)式代入(1)式,

即:

由此可见,闸门的平衡与α角值无关,即当闸后水位为设计水位时,只要在进行闸门设计和安装调整时,适当调整配重,使闸门重量和重心位置满足式(1)或式(4)的要求,则在该下游水位条件下,闸门开启到任何位置,也均能保持平衡。当下游水位降落时,闸门失去平衡,开度加大,下泄流量增加,下游水位回复到与转轴中心相同时,闸门才停止转动;当下游水位超过转轴中心时,闸门转动开度减小,至水位回落到转轴中心相同时,闸门停止转动。这样,能经常保持下游为常水位。

3 闸门的结构特点

(1)闸门是一个有两个上支臂的弧形门,其左右支铰轴由一个空心圆筒联接起来,两个上支臂支撑固定在空心圆筒