浅谈不同类型闸门在水利工程中的应用

闫骏霞 陈小霞 郑世华

（国家知识产权局专利局，中国 北京100088）

水利工程是对我国的水资源进行调配的一种工程，主要调配的是地下水和地表水。闸门是一种活动的挡水结构，是泄水和引水等建筑物的主要组成部分，装于溢流坝、岸边溢洪道、泄水孔、水工隧洞和水闸等建筑物的空口上，用以调节流量，控制上、下游水位、宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物等。在调配水资源的过程中，闸门作为一种重要的设备，将直接影响到调配的结果。另一方面，闸门的防护作用也是不可忽视的，由于水利工程修建在大江大河之中，闸门的防护能力必须达到较高的水平，否则将影响到水利工程的安全性。由此可见，闸门的作用非常重要。在此，本文主要对不同类型闸门在水利工程中的应用进行讨论。

1 闸门的组成

闸门主要由三部分组成：

①主体活动部分，用以封闭或开放孔口，通称闸门，亦称门叶；

②埋固部分；

③启闭设备。

活动部分包括面板梁系等称重结构、支承行走部件、导向及止水装置和吊耳等。埋件部分包括主轨、导轨、铰座、门楣、底槛、止水座等，它们埋设在孔口周边，用锚筋与水工建筑物的混凝土牢固连接，分别形成与门叶上支承行走部件及止水面，以便将门叶结构所承受的水压力等荷载传递给水工建筑物，并获得良好的闸门止水性能。启闭机械与门叶吊耳连接，以操作控制活动部分的位置，但也有少数闸门借助水力自动控制操作启闭。

2 闸门的分类

闸门的种类和型式较多，按照不同的标准大致可以分为以下几类：第一，按照闸门的工作性质，可以分为工作闸门、检修闸门、事故闸门。这些闸门的功能比较单一，但专业性较强。例如，工作闸门能在动水中进行开启和关闭。第二，按照闸门关闭时门顶与水面的相对位置，可以划分为露顶式闸门、潜孔式闸门。第三，按照门叶的外观形状，则可以划分为平面闸门、弧形闸门、人字形闸门等等。不同形状的闸门，具有的功能也不同，直升式平面闸门和横轴弧形闸门应用最广。大、中型露顶式和潜没式的工作闸门大多采用弧形闸门，高水头深孔工作闸门尤为常用弧形闸门。当用作事故闸门和检修闸门时，大多采用平面闸门。工作闸门前常设置检修闸门和事故闸门。对高水头泄水工作闸门由于经常作动水操作或局部开启，应设法减少闸门振动和空蚀现象，改善闸门水力条件，按不同的部件考虑动力的影响，并对门体的刚度和动力特征进行分析研究。

3 不同类型闸门在水利工程中的应用

3.1 直升平面闸门在水利中的应用

直升平面闸门是我国水利工程中应用比较广泛的一种，应用效果也得到了业界内的肯定。直升平面闸门的技术比较简单，其开闸方式属于垂直快速升降，造型上也比较简单。应用直升平面闸门，可取得以下积极效果：第一，水利工程的开闸时间和关闸时间有固定的要求，运用该类型的闸门，能够在短时间内实现开闸和关闸，且不会遇到太大的阻碍，对日常工作有利。第二，直升平面闸门的结构简单、闸室比较短，在维护时也相对方便一些，花费较少的时间，就能够达到较为理想的效果。第三，该类型的闸门造价并不高，适合中小类型的水利工程。但是，直升平面闸门的结构相对简单，一旦遇到较大的水流冲击力，闸门将很难抵挡，遭到的破坏力较大，日后应着重加强结构设计和部分配套设施，强化功能。

3.2 弧形闸门在水利工程中的应用

弧形闸门因其有突出的优点而得到广泛的应用，作为众多类型中的佼佼者，为我国的水利工程发展做出了巨大的贡献。弧形闸门的承重结构由弧形面板、主梁、次梁、竖向联结系或隔板、起重桁架、支臂和支铰所组成。它的挡水面形成了一个圆弧状，弧形闸门的支铰中心和弧形挡水面公用一个圆心。弧形闸门的支铰设置的一般情况下是在位于闸门高度的三分之二左右的高度。弧形闸门早期应用在尼罗河坝上，闸门壁受到牵引的作用，设计者给它起了个名字叫“半径在牵引作用下的圆筒闸门”。弧形闸门的特点是：所需启闭力较小、没有影响水流流态的门槽、工作桥排架高度和闸墩厚度较小、局部开启条件好、埋设件数量少、所需闸墩较长或闸门井尺寸较大、不能提出孔口以外进行检修和维护，也不能在孔口间互换、闸门承受的总水压力集中于支座处，对土建结构受力不利。弧形闸门适用于中等类型的水利工程，我国正处于社会快速发展阶段，中等类型的水利工程较多，运用弧形闸门可以减少繁琐的修建措施。弧形闸门可根据水利工程的需求，进行适当的更改，不仅能够增加想要的功能，还可以减少水流的冲击，实现长久运营。

3.3 人字闸门在水利中的应用

人字闸门属于技术性较高的一个类别，它主要应用在通航中，作为一个工作闸门。人字闸门是有两扇门组成的旋转式的开关闸门，从结构和排水量上，非常适合用在航道上。人字闸门的门底和门体下部都在水中运转，在对人字闸门维修的时候要求船闸对其进行有效的排水，它们在启动运行的时候只能在静水中启动，关闭的时候也只能在静水中关闭。人字闸门如果内部出现问题，维修起来非常的困难，尤其是水下的检修尤为困难。人字闸门不能在流动的水中进行有效的操作，因为它的抗扭力很小。对于大孔口船闸，人字形闸门节省材料，并且在运行的过程中也非常灵敏。由此可见，人字闸门的优势和劣势都比较突出，优势在于适合通航，劣势在于维修困难。今后的工作中，可以尝试对人字闸门进行改造，克服其缺陷，促进水利工程的更大发展。

4 总结

本文对不同类型闸门在水利工程中的应用展开讨论，论述了常用闸门的适用范围以及其优缺点并提出了改进的方向。进行闸门形式选择时，需要根据闸门工作性质、设置位置、运行条件闸孔跨度、启闭力和工程造价等，结合闸门的特点，参照已有的运行实践经验，通过技术经济比较确定。在今后的研究工作中，我们还应当对闸门的应用展开进一步的研究，健全闸门的分类体系和功能，加强水利工程安全运营。

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