弧形工作闸门流激震动实验分析

□靳光勇(新疆维吾尔自治区金沟河流域管理局)

弧形工作闸门流激震动实验分析

□靳光勇(新疆维吾尔自治区金沟河流域管理局)

溢流坝的弧形工作闸门流激震动状态具有特殊性，同时也具备一般水利枢纽流激震动的普遍特性，而且由于溢流坝建设工程具有灌溉、发电、供水等综合性效益，质量控制时期综合效益得以发挥是促进水利水电工程健康发展的关键因素，文章简单的介绍了溢流坝的弧形工作闸门运行特点，在此基础上，进行流激震动实验，观测溢流坝的弧形工作闸门进口水流流态，并且分析不同开度条件下震动速度、动位移、动应力等的变化情况，总结出溢流坝的弧形工作闸门流激震动的一般规律，指导水利枢纽的正常运行。

溢流坝;弧形闸门;流激震动实验

1 工程概况

新疆沙湾流域溢流坝具有灌溉、发电、供水等综合应用价值，是大型综合利用的水利水电工程，而且其中的电站主要承担调峰、调相、调频任务。新疆沙湾流域溢流坝包括了灌溉、发电工程以及枢纽三大部分，该坝的水电站装机容量为24万kW，引水灌溉6.63万hm2，而且多年的平均发电量为5.04亿kW·h。该水利水电工程水库正常蓄水位为140.00 m，其中死水位为116.00 m。该水利水电工程属于多年调节水库，总库容为17.10亿m3，另外，新疆沙湾流域溢流坝河床为碾压混凝土重力坝，拦河坝全长为5 842 m，其中最大坝高为57 m，其坝长为719 m，并且两岸衔接土坝，土坝的长度为5 123 m。该水利水电工程的溢洪道采取开敞式溢洪坝，共计装设了16扇露顶式弧形钢闸门，其堰顶高程为126.00 m，设置了16个孔口（孔口净宽为16.00 m），并且采用液压启闭机负责启闭。

2 溢流坝的弧形工作闸门泄洪水流流态分析

溢流坝的弧形工作闸门泄洪水流流态主要取决于闸门开度以及下泄水流流量，在实际运行中，若闸门两侧出现反向、对称、强度由弱变强现象，则会使得闸门面板产生动力，然后诱发闸门震动。而且经溢流坝的弧形工作闸门泄洪水流流态结果分析，得知：当闸门开度在0.10～0.20 m范围内时，本次研究的水利水电工程的上游水面比较平稳，然而，待闸门开度上升到0.50 m高度时，坝的两侧便会出现微小的漩涡，并且随着闸门开度的不断增大，漩涡的程度会越来越高，且产生严重的不稳定状态，可见，溢流坝的弧形工作闸门泄洪水流流态稳定性与闸门开度具有密切的联系。闸门开度上升到2.00 m高度时，不仅仅是漩涡增大，会伴随吸气漏斗钻我，产生声响，以此类推，当闸门开度达到一定界限时，便会出现恶劣的流态，对门体产生巨大的动力作用，从而导致动水何在作用面积减小，因此，在整个水利水电工程的运行过程中，要对闸门开度以及下泄水流流量进行适当的控制，避免较大冲击力的产生。

3 溢流坝的弧形工作闸门流激震动实验

3.1 震动特点

溢流坝的弧形工作闸门流激震动主要来源于主梁、支臂、面板等部位的共同应力作用，本次试验共计设置了42个应力测试点，而且水位在138.53m的条件下，溢流坝的闸门结构静应力的变化是随着部位的不同变化而变化的，而且在支臂状态下，呈压状态，使得应力出现最大值，大约为64MPa，而且当应力位于下主横梁中部时，闸门开度的变化对应力值的影响不大，在不同状态下，实验工作人员测得的最大静压应力之约为96MPa。本次研究的水利水电工程的弧形工作闸门流激震动装置为下拉式液压启闭机，利用该装置进行闸门的运行操作，其运行操作的特点如上述。

3.2 水流脉动压力

溢流坝的弧形工作闸门流激震动下的水流脉动压力测量，主要目的在于：有效的揭示闸门结构在整个泄水过程中所能够承受的水动力荷载变化规律，以便指导正常运行，避免运行过程中产生不必要的差错。本次实验采取了典型的测点脉动压力方根值与闸门开度之间的相关性研究，证实水流脉动压力的重要性。本次实验的结果显示：闸门所承受的水流脉动压力与闸门开度呈正相关关系，即：闸门开度越大，闸门所承受的水流脉动压力就越大。

4 实验结果分析与感悟

4.1 溢流坝的弧形工作闸门进口水流流态

溢流坝的弧形工作闸门进口水流流态同样的与闸门开度呈正相关关系，而且闸门进口水流的两侧若出现对称、反向、由弱变强等现象，则预示着整个溢流坝产生了巨大的运行动力，同时，是诱发弧形工作闸门流激震动的主要原因。而且溢流坝的弧形工作闸门进口水流流态具有一定的规律性，只有在较高程度的打开闸门的状态下，才会形成较大的涌浪，且对相关部位产生较大的冲击力，因此，只需要加以控制闸门开设的高度，便能够有效地规避运行风险，全面的提高溢流坝的综合效益。

4.2 不同开度条件下震动速度、动位移、动应力等的变化情况

通过上述的分析，我们可以得知：不同开度条件下震动速度、动位移、动应力等的变化也是不同的，闸门的开度直接关系到动应力以及动位移的大小，而且动应力和动位移直接影响整个溢流坝的弧形工作闸门流激震动速度，而且实验证实，其震动速度越大，所产生的不稳定性则越高，调峰、调相、调频越困难，会影响到整个溢流坝的正常运转，且对当地人民群众的切身利益造成一定程度的损害，因此，需要对闸门开度严加控制，避免较大冲击力的产生，从而创造更大的综合效益。

4.3 溢流坝的弧形工作闸门流激震动的一般规律

溢流坝的弧形工作闸门流激震动的一般规律主要体现在：各项控制管理工作与闸门开度呈正相关关系，也就是为了避免溢流坝的弧形工作闸门流激震动过度造成不良影响，需要对闸门开度进行全面有效的控制。而且通过上面的分析总结，我们可以得知：溢流坝建设工程具有灌溉、发电、供水等综合性效益，质量控制时期综合效益得以发挥是促进水利水电工程健康发展的关键因素，在整个溢流坝建设质量的把控上，需要在各个环节加强技术引导，且聘用专业的、适应社会发展的高素质、复合型、创新型、实用型人才负责整个水利水电工程项目的监督与落实，从而有效的避免各种安全隐患的发生，为全面的促进我国水利水电事业的健康发展打好坚实的基础。总的来说，溢流坝的弧形工作闸门流激震动的一般规律需要细化到每一个控制管理环节。

5 结语

总而言之，溢流坝的弧形工作闸门流激震动研究，旨在分析闸门流激震动与闸门开度的相关性，在整个溢流坝的运行过程中，严格的控制闸门的开度，保持适当的开度范围，即，闸门开度在1.50～2.50 m范围内为最佳，从而有效的避免闸门在大开度的状态下，导致溢流坝上游水流出现严重的不稳定性涌浪，全面的提升溢流坝的综合效益。文章的分析阐述可能存在一定的片面性，需要进一步深入研究，但是不能忽视其研究价值，期望能够为我国其他水利水电工程建设提供一定的帮助。

[1]吴维明,李艳楠,李敏等.架桥机在观音岩水电站溢流坝闸门安装中的应用[J].人民长江,2015(20):40-43.

[2]黄俊科.飞来峡枢纽溢流坝闸门的现地手动操作分析[J].电力系统装备,2014(7):69-72.

[3]庹正,郑春地.陆水水利枢纽主坝溢流坝弧形门支臂纠偏措施[J].人民长江,2013,44(18):91-92.

[5]张华伟.河龙水库溢洪道闸门冬季防冰冻措施的实施[J].北京农业,2012(18):176-177.

[6]覃建波.水力自控翻板闸门在竹桥水电站中的应用[J].水利规划与设计,2014(8):57-60.

[7]严沾谋,谭守林,陈寅其等.沙沱水电站溢流坝三斜支臂弧形闸门三维有限元分析[J].现代机械,2013(4):37-38.

[8]蒋寅军,宋一乐,王朝晖等.乌江思林水电站溢流坝弧形工作闸门流激振动试验[J].武汉大学学报（工学版）,2010,43(4): 467-471.

（责任编辑：邢博辉）

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