闸门振动分析及防振措施

史喆琼 李继栋

【摘 要】作为水利水电工程建筑的重要组成部分，闸门的振动直接影响到水利水电工程的安全和启闭设备的正常运行，掌握闸门振动情况具有很重要的现实意义。因此，本文在深入研究闸门振动问题的基础上，阐述了闸门各种振动现象及其危害，分析振动的成因并提出了相应的防振措施。

【关键词】闸门；振动；防振

中图分类号：TH164 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）18-0037-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.016

【Abstract】As an important part of the water conservancy and hydropower Engineering building， the vibration of the sluice gate directly affects the safety of water conservancy and hydropower projects and the normal operation of the opening and closing equipment. It is of great practical significance to master the vibration of the sluice gate. Therefore， on the basis of the deep study of the vibration of the sluice gate， this paper expounds the various vibration phenomena and the harm of the gate， analyzes the causes of the vibration and puts forward the corresponding anti vibration measures.

【Key words】Sluice gate； Vibration； Anti vibration

0 引言

閘门是水利水电工程的重要组成部分，大部分闸门在启动或者关闭的过程中，都有一定程度的振动情况[1]，对于振动较小的情况，由于对水工建筑物影响甚小，一般可以忽略不计；但对于振动较大的情况，可能对闸门产生较大的破坏，从而对整个水利水电工程产生较严重的后果。针对这种情况，需要对闸门振动给予足够的重视，这样才能保证水工结构工程顺利实施。

1 闸门振动分类及危害

1.1 闸门振动的分类

闸门振动主要分为轻微振动、剧烈振动和两种情况[2]，一般认为，轻微振动和剧烈振动通过闸门的平均振动位移划分，当闸门平均振动位移小于0.5mm时，为轻微振动；当闸门平均振动位移大于等于0.5mm时，为剧烈振动。

1.2 闸门振动的危害

闸门的振动一方面会对闸门本身产生破坏，另一方面还会引发与闸门连接的设备的损坏，进而影响到整个工程系统的稳定运行。

2 闸门振动产生的原因

引起闸门振动的原因主要分为两个方面，首先，闸门自身结构引起的振动，包括闸门止水缺陷[3]引发振动和闸门长时间使用导致闸门结构变形引起的振动；其次，外部水流引起的振动，包括泄流时淹没出流引发的振动和大风吹动水面产生浪涌，波浪周期性冲击闸门产生的振动[4]。

3 波浪冲击和水跃冲击引起的震动对闸门的影响

3.1 波浪冲击闸门引起振动

在上游出现的较大风浪和涌潮作用下，闸门处于关闭挡水状态，计算其最大振幅，示意图如图1。

设闸门宽bm，高lm，自振频率是wHz，设上游水位高度为am，弹性模量为E，惯性矩为J，波浪高度是h，波浪力是F，闸门中间的最大位移为ym，波浪速度为v，风速为v0。

根据分析，将实际问题简化，最后简化为两端固定的梁，受一简谐力作用，如图2所示。

根据材料力学知识，位于距之作距离x处的任一单元的振动位移表达式为：

运行，得下图3

分析发现，一般风速引起的波浪不会使这种中小型闸门的位移到达0.5mm，因此闸门工作在安全环境中。

3.2 泄流时闸门的振动

闸门泄流时或闸门在动水操作中受到水流作用时都会户生不同程度的振动、一般情况下，振动比较微弱，不致影响闸门的安全运行，但在某些特定条件下，闸门将产生强烈振动，甚至产生共振或动力失稳现象[5]。闸门泄流示意图，如图4.

分析简化，相当于一端为自由端，一端固定的悬臂梁，如下图5.由此可以设想， 若板在某一流速vk下形成自激振动，那末相应的悬臂梁也必定在这vk下产生自激振动，相反，如悬臂梁在某一工作流速V0下不产生自激振动，那么相应的板一定不会颤振。

建立坐标系，水平向左为X轴正方向，竖直向下为Y轴正方向，梁的弯曲振动方程，查询文献，得

此方程的推倒运算很复杂，此处只为粗略估算简化力学模型的静挠度和频率，故简化计算，根据材料力学，可知ε=，其中F代表水流作用力，l表示悬臂梁长度，EJ表示弯曲刚度。

这里悬臂梁起着弹簧的作用，所以梁的弹簧系数：

4 闸门的防振措施

预防闸门振动主要是从振源上直接消除振动，如果无法直接消除，应采取相应的措施减小振源，或者采取措施减少振动工况的运行时间[6]。

4.1 闸门开度调整

在闸门泄流时，根据实际情况，调整闸门开度，尽量避免出现剧烈振动的情况。

4.2 闸门自身结构调整

首先，闸门止水要保证密封效果，闸门安装时，进行多次试验和调整，达到完全不漏水为止；其次，在满足设计安装要求的情况下，加强闸门强度，减少使用过程中闸门自身产生变形的量。

4.3 工程消浪设施的设置

在闸门上游加设防浪栅、防浪排，以削弱或减轻波浪对闸门的冲击，也可以在胸墙底部设置通气管，以使在正常泄流等情况下担负排气的作用[7]，这是避免闸门振动等不利情况的重要设施。

5 结论

闸门振动危害很大，导致闸门发生振动的因素涉及到很多方面，本文重点分析了挡水阶段波浪冲击和泄流阶段的振动，给出了简化的分析方法，用来解决振动问题，我们除了要在设计阶段做好处理措施外，还应该在实际运行过程中进行故障分析，对振动原因做出准确地判断，这样就能针对性的实施处理措施，使振动现象得到及时的控制，避免闸门被破坏。

【参考文献】

[1]刘永林，刘斌.水工弧形钢闸门振动的负阻尼[J].东北大学学报，2004，4（4）.

[2]刘永胜.电站进水口快速闸门振动特性研究[J].固体力学学报，2011，10（32）.

[3]谌磊，王正中.弧形钢闸门的动力稳定分析[J].人民黄河，2006，7，28（7）.

[4]吴长剥，田海乎，王辉斌，唐卫乎.水电站隧洞式进水口事故工作闸门结构振动研究[J].机电与金属结构，2010，12，36（12）.

[5]孙小峰，马益全.水工闸门振动问题研究现状及发展趋势浅析[J].中国科技信息，2010（23）.

[6]林敦志.闸门振动现象及振动特性分析[J].工业技术， 2010（16）.

[7]杨瑞红，何贤锋，亏小东.闸门防振减振措施探折[J].水利建设与管理，2009（2）.