浅谈水力自动闸门第 1 期 ■ 南 科 技 ● 37 · 浅 谈 水 力 自 动 闸 门 - g 能 意 一水力自动闸九 发展简况 闸门运行自动化的研究是沿着两个方向 发展的 。 一是向着 自动化元件，电子计算机遥控 方面发展，即对上下游水位，流 量 变 化 计 测，闸门启闭调度，故障报警，电潦切断， 备用电源启动等都通过溯试，操作元件集中 在控制台进行遥控，或通过 电子计算机按照 予先编制好的程序软件 自动调度运行 。但这 种方式仍须有操作，管理，监浏人员，而且 当电气、机械，电子元件发生故障或电源中 断等意外情况发生时，不能保证安垒运行， 避免不了重大事故的产生。另外这种自动化 设备复杂、价格昂...
第 1 期 ■ 南 科 技 ● 37 浅 谈 水 力 自 动 闸 门 - g 能 意 一水力自动闸九 发展简况 闸门运行自动化的研究是沿着两个方向 发展的 。 一是向着 自动化元件，电子计算机遥控 方面发展，即对上下游水位，流 量 变 化 计 测，闸门启闭调度，故障报警，电潦切断， 备用电源启动等都通过溯试，操作元件集中 在控制台进行遥控，或通过 电子计算机按照 予先编制好的程序软件 自动调度运行 。但这 种方式仍须有操作，管理，监浏人员，而且 当电气、机械，电子元件发生故障或电源中 断等意外情况发生时，不能保证安垒运行， 避免不了重大事故的产生。另外这种自动化 设备复杂、价格昂贵，技术要求较高，只遣 于大型工程，在一般中，小型农田水利工程 及小水电建设申难以普遍推广使用。 另一个则是 向水力 自控方面发展，即利 用闸门本身的特殊结构，使闸f1本身自重与 水压力产生的抗倾和僚复力矩调整阿门开启 度以适应不断变化的水位．达封设计臁 求 的调节上下游水位或水量的 目的。完全可以 省去昂贵的启闭操作机械和电子设备，无须 专人管理。且安垒可靠，真正达封自动化的 目的。这种闸门也就是本文新论爱的主题。 由于水力自动闸门具有结构简单，运行 灵活可靠，可采用钢筋混凝土结构，就地制 造，无须机械电子设备，节省钢材，造价低 廉，适应性强，无须专人管理，便于普及推 广等优点，从而Bf起全世界各国水工人员的 重视，积极地开展了研究试验工作， 也取 得 了成果， 已在部分地区使用 。 国外对水力 自动闸门的研翩，偏重于灌 溉渠系的自动化方面，已有较成熟的定型设 计。例如苏联已有一百余种型号的灌区水力 自动化闸门，罗马尼亚有2O多种型号而且水 力 自动化灌区已占自动化灌区的8O ，英营 已有成套的灌渠用水力 自动闸门由工厂成批 生产出售，美国，匈牙利，北非 国也都髓 自行设计生产，但目前较为流行和成熟的还 是法国Neyrp Jc公司研制的一系列水力自动 闸门，具有代表性的是 。保持上游常水位的 单浮箱水力 自动闸门一一 AmI1型， 保持下 游常水位的单浮箱水力自动闸 门一一AVIO 型，前者可作为渠道上的节翩闸，分水闸、 泄洪闸之用，后者可作为进水闸防洪闸。此 外英国白t． 933午开始就在东帕克哈姆串途河 肯特地区进行了双浮箱水力 自动闸f1的研究 试验工怍，先后共建造了l1座这种闸门。并 于1977年总结了其工作原理及设计，施工经 验，缔E口成书出版。它 运 行 可靠，调节性 能灵敏，即保持了弧形闸门的优点又无需动 力、能源装置，是较成熟的形式，特别遣用 于泄洪嗣，拦河闸及节制闸，其最大宽度为 。 0尺 (约6米 )，高9．5尺 (约2．85米 )。但 这种闸广l结构上较复杂，土建工程量较大， 尤其是在小型工程 申显得更笨重。 在国内，简易的水力自动闸门一一承平 轴单铰翻板闸(木悯或钢板制)已有悠久的历 史，但在很长的时期彀有什么改进和发展， 因此我国还投有建成完整的水力自动化灌iE 系统。 维普资讯 浅谈亦力自动闸门 煎 硼板闸门， ：能调= 水量，关闭时 须待末位降至正常水位的4O～6O％时才能关 闭，而且由于闸门自重及水压力共凰作用 关 闭时冲击力 较大，易使闸门受 撞 ． 击 而 损 环，未能推广_I 重用。 1058年，垒国掀起大搞群众巨兴修水利 高潮 ，群 众 剖 遣了一种立轴式藉盖闸门。 只要拉开一个播销 就可剥用闸门摄两侧的 不平衡水压力自动杆一扁或多扇闸门，瞬时 问垒部Jf启，宣泄洪水，为水力自动闸门的发 展过 出了一步，困其结椒简单，可用木料、 福凝或钢板制作，适 用于 if区小河的农 爵水利工程， 当时曾为许多地匪堆广采用。 悒这种闸门开启虽较盘便 ．但关闭时费力， 当水拉高陆_ 几乎无舞关闭，又不 能 调节 水 位，．仍须^力操偿管{ 脊LU洪爆发开启不 及砖，或插销镑蚀拔不出时，举会 造 成 损 失，，因丽也未荫诳l 广。 、 1 5毕湖南省交通规 q勘测设计院 开 ． 始 水力自控多铰职抿阑门构研窥、试验 设计 ：，藉奄酒埠缸 ． 飒簿工程上 甩，是对单铰翻板闸j瑚 重大而有成效的改 选，为亦力自动阅f_1的发展迈 出了幕键性的． 一步 它克服了单铰翻板闸不箍调慧水位水 量，保持出游正常水位 关闭不及时，突然 开启与关闭易母}起震动棼击等砖点。用务铰 位绪掏使闸11运行平稳可靠，能维持上游常， 掷癣，使泉水与泄水平衡。它辖梅简单，可． 用钢筋混凝土结构，制临方便，这是一次新 的跃进，撅快为， 东、鼹Ⅲ 浙江、河南， - 辽宁、l 珏苏、旺西，安徽等省{I进试用。 ．． ， =、术力茸l 韵闸门的道翔性与推广遣甩 ， 。 ． 。 ， 水力 自动间门这种新型的水工建筑物， 最l 近十多年来才在国呔开始研究和运用的 ． 虽已逐渐为水正科技^最 肆意，但攀竟还 ： 远远束就得到应有的重视和推 i垂用一我认 为现在 已是不可忽视孵问题丁，要为这种适 1989年 用性强、费省效宏，安全可靠的新型水工建 筑物大力宣传、推广、介绍，使大家对它的 适用性蠲有较全面的认识。 1．在水库溢洪遭设计中采用闸门控铕 可 以提高正常蕾水位，增加有效库容又能满足 防洪需要， 因而 }I_开敞式溢洪道 的 效 益 更 好 ，适是众所周知的。然而 ，因为闸门连 同启 闭设备的投资较大， 啜有在大型工程中才能 显示其 优越性，而用于一般 小型水库则不 合算，也就不被采用 ，只能设计开敞式的。如 能采用水力 自动闸门，则可采用钢筋混凝土 结构，无需启蔚设备，也不要另建 闸室，仅增 嚣几扇闸门，投资不多而增加的灌溉、发电 效益却非常显著，是最 优设计方案 仅就我 县一座重点小 (一 )型水库的溢洪道改建方 案为侧，加设两扇2 6米的水力泊控翻板 闸，连同工作桥 和底板衬砌，投资 仅2．5万 元，却可增l 力 有效库容1 07万 立方米，增加 簪发电量21万聒小时，等于新建 了 一 座 小 (一)型水库。如果全国现有的中、小型水库 及今后的水库设计能采用这 型式进行改建 或设计，其效益是非常可观的，值得考虑。 2．在水力资源开发利用方面， 往对一 些平原地医的河道，困柯岸较低，．流域面积 大，洪峰水位较高，水头落差较，』、无法兴 建挡水建筑物而无法进行弭发利用。如我县 理论水力蕴藏置为 91 5万磁，而规划认为可 能开发利甩的仅 8万珏左右，尚不及三分之 一， 主要就 在于 中，下游河道平原地区未 列 入开发规划申，然而近年来我们发现如能利 用水力自动闸l1作为挡亦建筑物，则这部分 水力资源就有可能开发 出来，特别是上游有 太，中型水库调节的河道，其条 件厦 为 忧 越。我县在平江上游利用长冈水库 (六(二) 型，有效库客1．6亿 立 方 米， 装 机1．O6万 l芷)的调节库容及发 电尾术，建立 洪门水电 站，用2l扇2．5 x 6米的水力 自控翻板闷作挡 水建筑物，装机1000碰，设计年发庖量4OO万 隶 维普资讯 第 1 期 ● 南 科 技 配小时，无淹没影 响，已正常运行三年，现 在又准备在其下游龙口乡丰溪再建两缀，每 级用18扇3．5x10米的水力 自控 翻 板 闸 挡 水，共可装机3000豇，年发 电 量 为1360万 珏小时， 在 目前库 区淹没，移民问题较难处理的 情况下，在平原地区发展这种抬水建筑物的 低水头、大 流量式小水 电站，不会发生淹没和 移民问题，无疑是促进小水电建设发展，加速 实现农村 电气化的一条费 省 效 宏，切实可 行。立竿见影的有效途径，如镌在全国范围 内妥善规划积极推广，大量兴建，对台理开 发水力资源将会起到巨大作用。 3．用于山区引水灌溉工程及小水电站用 以替代拦河破坝。我国山区小 型 胺 坝为数 众多，是灌溉和小水 电站不可缺少的水工建 筑物。 目前这些陂坝大都是简易的柱石坝， 易被山洪冲毁，须经常修复维护，有的甚至 冲坏几次，影响灌溉和发电效益，若改咸水 力自动闸门则可适应山溪河流洪水暴涨暴落 的流态，安全可靠地运行 ，一劳永逸地解决这 一问题，山区河道多为岩基或砾石河床，基 础处理投资较少故整个工程造价较低，是经 济适用，安全可靠的理想挡水建筑物，有较 广泛的发展前景。 4．渠系灌溉自动化是今后农田水 嶂q重 要发展方向，我国 目前尚在起步，现有的渠 系配套闸门，大部分都采用机械启闭人工操 作，仅有极少数实现 遥控，远远这不到自 动化的要求。还有花钱多，需设 置 专 人 管 理，运行不可靠，易发生事故等缺陷。如能 全部采用水力 自动闸门，按不同要求配套， 则 可节省投资，加速灌溉渠系 自动 化 的 进 程，是值得深入研讨的一个重要的新课题。 5．平原江河、湖泊圩堤设置的防洪闸， 分洪闸、排涝闸，节制闸是关键往的水利枢 纽工程，关系到保护区内数以万计的居民和 农田的安垒，秸有失误，其后果是不堪设想 39 的，因此都设置有昂贵的闸门及启闸设备和 大量值班 管 理 人员，但仍不免发生操作失 灵，管理不善导致失事的事故。其中很大一 部分可考虑用既经济又安全可靠的水力 自动 闸门来替代。今后这类工程的兴建，也应 优 先考虑水力自动闸门，这将对节省投资，增 加安全可靠性起到重要作用。 总的看来，水力 自动闸门适用往较强， 在各类农 田水利和水 电建筑物都 能 考 虑 采 用 。 三，水力自动闸门的结构设计 水力 自动闸门的结构都是基于以闸门自 重 (有的还调整配重 )作抗候力矩来平衡水 压力的倾复力矩这 一原理来进行设计的，国 外偏重于带浮箱的单轴革铰结构，国内侧重 于多铰和曲线铰结构，通过不断的研究，探 索，试验，观铡积累 了不少资 料， 渐 趋 完 善，然而都局艰于对某一种类型的研讨，尚 缺乏系统地，全面地，综台性地对比，未形 成系列的定型设计．更谈不到制 定 设 计 准 则，施工规范等统一标准， 因而影响了它的 推广与运用 。 我国目前 已建成的水力 自动闸门约一百 余座，绝太多数都是采用钢筋混凝土结构， 也有少数面板是采用水泥钢丝 网结构的。橱 板多数是平面槽形板与实心板组合，少数是 弧形或梯形的。支承方式有长腿的，矩支承 板 或直接将面板 支承于铰座上的 。 有 多 翡 的，曲线铰，渐 开 型 铰，升卧垄 铰等。这 些型式各有其优缺点，其适用 范围、使用条 件，工作特性，要根据工程设计的要求进行 选择运用，不能盲目搬用，为此需要统一的 设计，施工，安装规程来进行指导，这一工 作 目 前 尚 存在的一些主要问题，应组织力 量深人探讨，积极瓣决。这些问题是。 1．在闸门翻转过程中，水流溢过门顶， 在闸板下游面的上部形成一楔形空腔，在动 维普资讯 浅谈水 力自动闸门 1989氲 水压力的影响下产生振动使闸 门 产 生 “拍 打 现象。严重的可导致闸门损坏。 2．在某些型式的闸门设计中未考虑到防 止 闸门脱铰冲走的问题。 3．杂草污物堵塞铰座。 ． 在较宽的河道上因横 向水流在各点的 不均匀，g【起闸门翻转不同步，增强闸板 扭 矩，导致闸板裂缝。 - 5．非岩基河床上闸底板结构及其稳定性 计算，消力设施的计 算因其流态复杂不同于 常规水闸，应有专题研究。 6．应有部分闸门能强制开启，以泄空闸 前挡水进行检修。 7．闸门构件少，结构简单。 8．曲线铰的轨迹计算，因牵 涉 因 素 较 多，尚不能精确定 出。 9．要研制适台这种闸门运行的低水头， 大流量的水轮发电机组，以替代目前昂贵的 灯泡式机组。 四，水力自动闸门的水力计算 水力自动闸门承受水压力及泄流情况较 为复杂，在其运行过程中，水力变化是一个 动态 问题，然而由于缺乏精确的动水压力计 算方法，目前一般水力 计算中都忽略了 (或 粗略昀估算)动水压力的影响，仅作静水压力 分析。实际上有些型式的水力自动闸门在设 计时不仅要求知道闸 门上总的动水压力，而 且还要求有较精确的动水压力分布情况才能 精确地确定流量系数，这些理论计算问题 目 前尚未解决。有的通过模型试验取得了一些 数据，提出了经验公式，但也只局限于一种 类型，难以普遍采用。 水力计算是结构设计的主要依据，而进 行水力计算时又须 以闸门的几何尺寸和闸门 结构为条件，这样就有多个未知数，要通过 多次假设反复计算，核对验证，才能得出结 果，特别是对下游消能工设计时更是如此， 因其控 制 条件非在最 大 洪水时而 在 泄 流 量 达 到 某一程度时。因此必须通过对不 同 开启度的泄流量进行计算分析。这项计算复 杂，工作量大，因此必须研制出一套简单实 用的计算公式，或编制一套实用的计算机程 序软件，以简化设计计算，避免由于计算误 差而引起的设计失误，造成损失。 目前，对全开时泄流量的计算，是按照堰 流公式乘 以一个折减系数 以消除因闸板潜卧 水中的面积阻挡影响。这种计 算方法是否符 合实际流态，颇值得商榷。实际上这时的水流 是分为两部分的。闸板下部是孔流，上部为 薄壁堰流，其下游可为自由 出流也可为淹没 流，应分别按实际流态计算然后叠加。然而这 两部分水流之间的相互影响关系尚不清楚， 因此应在理论上和模型试验中进一步探讨 。． 水力 自动 闸门的水力计算，在垒开时其 泄流量计算对上游塞高水位有关，在部分开 启时对下游消能工的设计计算有关，两者都 不容忽视，应该改进现在很多设计中只计算 最大供水时的泄流量及上游水位的方法，以 免对整个工程设计造成不应有的损失。 (参考文献略 ) (作者单位I兴 国县水利 电力局 ) 维普资讯
