減震器在自動翻倒閘門工程中的應用

王海濤

(沈陽市渾北灌區(qū)管理中心，沈陽110035)

自動翻倒閘門是一種不要工作橋、不用啟閉設(shè)備、利用水壓自動啟閉的閘門。由于鋼結(jié)構(gòu)閘門的跨度較大，蓄水較高，閘門啟閉時的沖擊力很大，以致影響閘門及門墩的安全。為了解決這個問題，在總結(jié)近年的施工經(jīng)驗，在閘門背水面的梁與支承門墩間安設(shè)了油阻減震器。改造后運行情況表明:這種油阻減震器的作用是顯著的，運行是可靠的。

1 自動翻倒閘門的工作原理

自動翻倒閘門主要由閘門、支座、門墩、止水橡皮、油阻減震器5 部分組成［1］。閘門采用鋼板和鋼梁框架結(jié)構(gòu)，下部為平衡板，上部為面板。閘門通過固定在主梁背水面的鑄鋼支座支承于鋼筋混凝土門墩上。閘門安裝完畢后，由于閘門下部平衡板的重量較大，故閘門能垂直立于閘孔中，并將閘孔封閉。此時，上游來水使水位逐漸加高，作用在門上的水壓力也就逐漸加大，壓力重心也隨之上移，待上游水位上升至閘門頂時，水壓力重心作用在閘門高度的1/3點上，而閘門支座的支點一般也設(shè)在門高的1/3 處，若閘門以支點分界上下是等重的，則此時閘門處于壓力平衡狀態(tài);但由于閘門下部平衡板的重量比上部結(jié)構(gòu)重，故閘門仍處于關(guān)閉狀態(tài)。當上游水位繼續(xù)增高并超過門頂時，作用于閘門上的水壓力重心向上移，即超過閘門的支承點而產(chǎn)生開門力矩，當開門力矩超過閘門下部平衡板自重及摩阻力所產(chǎn)生的力矩時，閘門即被翻倒在門墩上。此時，上游水位逐漸降低，下游水位隨之升高，當上下游水位接近時，由于閘門下部平衡板的重量較上部大，因而產(chǎn)生一個關(guān)門力矩，使閘門又自動關(guān)閉恢復原狀。

2 主要構(gòu)件的設(shè)計

2.1 閘門設(shè)計

閘門采用鋼制框架、鋼板面板結(jié)構(gòu)。閘門外形尺寸是根據(jù)閘門孔徑和蓄水水位要求擬定的。在一般情況下可設(shè)兩根縱向主梁和一根橫梁，并根據(jù)構(gòu)造要求布置邊梁、頂梁和底梁。

1)縱梁位置的確定:橫梁系一雙懸臂梁，縱梁合理的位置應使橫梁跨中彎矩與支座彎矩的絕對值相等，設(shè)縱梁中心距門邊為x 而支座及跨中的彎矩分別為:

根據(jù)| M支| =| M中| 得主梁中心至門邊的距離x 值為:x = 0.207L;兩根縱梁的中心距Loc:Loc= L－2x = 0.586L

2)橫梁位置的確定:設(shè)橫梁位于B 點，并距門頂C 點的距離為x1，A 為閘門支座點，O 為AB 的中心點。

當O、B 兩點彎矩的絕對值相等時，橫梁的位置是最合理的。

根據(jù)| MB| =| MO| 及(3)、(4)式解得:

由于支點A 并非完全簡支，故求得的MO值偏大，而x1也隨之偏大，所以在結(jié)合梁格布置時，x1值一般取偏小的整數(shù)值為宜。

3)閘門自重對門軸的重心距:閘門豎直關(guān)閉和閘門水平翻倒時，閘門自重對門軸的重心距分別按(6)、(7)式計算:

式中:∑M豎、∑M水平分別為閘門豎直關(guān)閉和水平翻倒時，門自重對門軸的力矩;∑W門為閘門自重。

2.2 閘門啟閉水力計算

在正常蓄水位的情況下，下游臨界水位的推求:設(shè)上游水深為H，下游臨界水深為ht，a 為門軸高。

當閘門處在臨界狀態(tài)時:| M關(guān)| =| M開| ，即:

根據(jù)(8)式，即可求出下游臨界水深ht。

2.2.1 開門水位的推求

1)當下游無水時，設(shè)閘門頂以上水深為x2。根據(jù)關(guān)門力矩等于開門力矩的關(guān)系解得x2值，解得x2值后即可求得上游開門水位。

2)當下游水深ht＞3a 時，設(shè)上下游水位差為x3。根據(jù)關(guān)門力矩等于開門力矩的關(guān)系求得上下游水位差x3，即:

由以上計算可看出，當下游水位升高，閘門易于翻倒，勢必影響正常蓄水位，為此，可改變門軸高度，以尋求適當?shù)拈_門水位和下游臨界水位。其方法可通過選取不同的a 值，求出幾組相應的控制水位，在其中選出與設(shè)計水位相符的一組所對應的a 值作為設(shè)計的門軸高度。

2.2.2 關(guān)門水位的確定

閘門翻倒后，主要受自重和浮托力作用，設(shè)水位降至與閘門底面水平時，閘門在自重作用下關(guān)閉，其關(guān)門安全系數(shù)K 為:

3 雙軸支座的結(jié)構(gòu)及作用

為了不致使開門水位抬得過高必須降低門軸位置;但是門軸降低后，對自動關(guān)門又帶來影響，這又要求抬高門軸位置。所以，為了解決這一矛盾，采用了“雙軸支座”結(jié)構(gòu)，即每對支座有高低兩個門軸，閘門關(guān)閉時，下軸起作用，使開門水位降低;而當閘門啟成平臥狀態(tài)時，利用上軸支承下軸脫空，從而保證了閘門能自動關(guān)閉。

4 油阻減震器的作用及工作原理

自動翻倒閘門翻倒時所產(chǎn)生的沖擊力很大，對閘門及門墩的安全有嚴重影響。利用油阻減震器裝置，大大改善了閘門及門墩的受力情況，使結(jié)構(gòu)安全得到了保證。油阻減震器的工作原理是:當閘門處于閉門狀態(tài)時，活塞桿受到壓力，并帶動處于缸體(2)內(nèi)的活塞(3)向缸體后部移動，缸體后部的油液一部分通過活塞上的小孔流向缸體前部(即靠近閘門的一端)，另一部分則通過缸體后部頂上的連接管(4)的小孔流入貯油筒(5)(流入貯油筒內(nèi)的油量基本上等于壓入缸體內(nèi)的活塞桿之體積)，這時貯油筒內(nèi)的空氣通過前端橫隔板(6)上部小孔排入貯氣筒(7)，再經(jīng)過貯氣筒前端的排氣孔(8)排出。由于活塞及連接管上的小孔很小(直徑為4毫米)，當油流過時產(chǎn)生很大的阻力，迫使活塞緩慢向后移動，閘門也就徐徐打開，從而起到開門時的防震作用。相反，當上游水位降到關(guān)門水位時，鉸鏈在閘門支座上的活塞桿帶動活塞向缸體前部運動，油液反方向通過活塞及連接管上的小孔流回，油液通過小孔產(chǎn)生的阻力，迫使閘門徐徐關(guān)閉，從而起到關(guān)門時的防震作用。

［1］蔣磊，張慶華，翟興濤，等．水力自控翻板閘門設(shè)計參數(shù)分析［J］．水利水電科技進展，2013，33(01):77－79．