减震器在自动翻倒闸门工程中的应用

王海涛

(沈阳市浑北灌区管理中心，沈阳110035)

自动翻倒闸门是一种不要工作桥、不用启闭设备、利用水压自动启闭的闸门。由于钢结构闸门的跨度较大，蓄水较高，闸门启闭时的冲击力很大，以致影响闸门及门墩的安全。为了解决这个问题，在总结近年的施工经验，在闸门背水面的梁与支承门墩间安设了油阻减震器。改造后运行情况表明:这种油阻减震器的作用是显著的，运行是可靠的。

1 自动翻倒闸门的工作原理

自动翻倒闸门主要由闸门、支座、门墩、止水橡皮、油阻减震器5 部分组成［1］。闸门采用钢板和钢梁框架结构，下部为平衡板，上部为面板。闸门通过固定在主梁背水面的铸钢支座支承于钢筋混凝土门墩上。闸门安装完毕后，由于闸门下部平衡板的重量较大，故闸门能垂直立于闸孔中，并将闸孔封闭。此时，上游来水使水位逐渐加高，作用在门上的水压力也就逐渐加大，压力重心也随之上移，待上游水位上升至闸门顶时，水压力重心作用在闸门高度的1/3点上，而闸门支座的支点一般也设在门高的1/3 处，若闸门以支点分界上下是等重的，则此时闸门处于压力平衡状态;但由于闸门下部平衡板的重量比上部结构重，故闸门仍处于关闭状态。当上游水位继续增高并超过门顶时，作用于闸门上的水压力重心向上移，即超过闸门的支承点而产生开门力矩，当开门力矩超过闸门下部平衡板自重及摩阻力所产生的力矩时，闸门即被翻倒在门墩上。此时，上游水位逐渐降低，下游水位随之升高，当上下游水位接近时，由于闸门下部平衡板的重量较上部大，因而产生一个关门力矩，使闸门又自动关闭恢复原状。

2 主要构件的设计

2.1 闸门设计

闸门采用钢制框架、钢板面板结构。闸门外形尺寸是根据闸门孔径和蓄水水位要求拟定的。在一般情况下可设两根纵向主梁和一根横梁，并根据构造要求布置边梁、顶梁和底梁。

1)纵梁位置的确定:横梁系一双悬臂梁，纵梁合理的位置应使横梁跨中弯矩与支座弯矩的绝对值相等，设纵梁中心距门边为x 而支座及跨中的弯矩分别为:

根据| M支| =| M中| 得主梁中心至门边的距离x 值为:x = 0.207L;两根纵梁的中心距Loc:Loc= L－2x = 0.586L

2)横梁位置的确定:设横梁位于B 点，并距门顶C 点的距离为x1，A 为闸门支座点，O 为AB 的中心点。

当O、B 两点弯矩的绝对值相等时，横梁的位置是最合理的。

根据| MB| =| MO| 及(3)、(4)式解得:

由于支点A 并非完全简支，故求得的MO值偏大，而x1也随之偏大，所以在结合梁格布置时，x1值一般取偏小的整数值为宜。

3)闸门自重对门轴的重心距:闸门竖直关闭和闸门水平翻倒时，闸门自重对门轴的重心距分别按(6)、(7)式计算:

式中:∑M竖、∑M水平分别为闸门竖直关闭和水平翻倒时，门自重对门轴的力矩;∑W门为闸门自重。

2.2 闸门启闭水力计算

在正常蓄水位的情况下，下游临界水位的推求:设上游水深为H，下游临界水深为ht，a 为门轴高。

当闸门处在临界状态时:| M关| =| M开| ，即:

根据(8)式，即可求出下游临界水深ht。

2.2.1 开门水位的推求

1)当下游无水时，设闸门顶以上水深为x2。根据关门力矩等于开门力矩的关系解得x2值，解得x2值后即可求得上游开门水位。

2)当下游水深ht＞3a 时，设上下游水位差为x3。根据关门力矩等于开门力矩的关系求得上下游水位差x3，即:

由以上计算可看出，当下游水位升高，闸门易于翻倒，势必影响正常蓄水位，为此，可改变门轴高度，以寻求适当的开门水位和下游临界水位。其方法可通过选取不同的a 值，求出几组相应的控制水位，在其中选出与设计水位相符的一组所对应的a 值作为设计的门轴高度。

2.2.2 关门水位的确定

闸门翻倒后，主要受自重和浮托力作用，设水位降至与闸门底面水平时，闸门在自重作用下关闭，其关门安全系数K 为:

3 双轴支座的结构及作用

为了不致使开门水位抬得过高必须降低门轴位置;但是门轴降低后，对自动关门又带来影响，这又要求抬高门轴位置。所以，为了解决这一矛盾，采用了“双轴支座”结构，即每对支座有高低两个门轴，闸门关闭时，下轴起作用，使开门水位降低;而当闸门启成平卧状态时，利用上轴支承下轴脱空，从而保证了闸门能自动关闭。

4 油阻减震器的作用及工作原理

自动翻倒闸门翻倒时所产生的冲击力很大，对闸门及门墩的安全有严重影响。利用油阻减震器装置，大大改善了闸门及门墩的受力情况，使结构安全得到了保证。油阻减震器的工作原理是:当闸门处于闭门状态时，活塞杆受到压力，并带动处于缸体(2)内的活塞(3)向缸体后部移动，缸体后部的油液一部分通过活塞上的小孔流向缸体前部(即靠近闸门的一端)，另一部分则通过缸体后部顶上的连接管(4)的小孔流入贮油筒(5)(流入贮油筒内的油量基本上等于压入缸体内的活塞杆之体积)，这时贮油筒内的空气通过前端横隔板(6)上部小孔排入贮气筒(7)，再经过贮气筒前端的排气孔(8)排出。由于活塞及连接管上的小孔很小(直径为4毫米)，当油流过时产生很大的阻力，迫使活塞缓慢向后移动，闸门也就徐徐打开，从而起到开门时的防震作用。相反，当上游水位降到关门水位时，铰链在闸门支座上的活塞杆带动活塞向缸体前部运动，油液反方向通过活塞及连接管上的小孔流回，油液通过小孔产生的阻力，迫使闸门徐徐关闭，从而起到关门时的防震作用。

［1］蒋磊，张庆华，翟兴涛，等．水力自控翻板闸门设计参数分析［J］．水利水电科技进展，2013，33(01):77－79．