變配重可控水力自動(dòng)定軸翻板閘門實(shí)踐研究

前言

第1章 緒論

1．1 問題的提出

1．2 研究目標(biāo)

1．3 研究意義

1．4 研究思路和方法

1．5 研究?jī)?nèi)容

第2章 水力自動(dòng)閘門發(fā)展概況和存在的問題

2．1 現(xiàn)有水力自動(dòng)閘門類型

2．2 水力自動(dòng)閘門國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2．3 現(xiàn)有水力自動(dòng)閘門研究方法

2．4 目前存在的問題

第3章 變配重可控水力自動(dòng)定軸翻板閘門發(fā)明簡(jiǎn)介

3．1 發(fā)明內(nèi)容

3．2 附圖說明

3．3 具體實(shí)施方式

3．4 發(fā)明附圖

3．5 已獲發(fā)明專利證書

第4章 仁源水閘設(shè)計(jì)

4．1 工程概況

4．2 閘門啟閉翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)

4．3 閘門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

4．4 閘門結(jié)構(gòu)剛度校核

4．5 閘墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4．6 蓄水池和管道設(shè)計(jì)

4．7 水閘進(jìn)出水建筑物設(shè)計(jì)

4．8 工程概預(yù)算和結(jié)算

第5章 研究結(jié)論和建議

5．1 發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)

5．2 本次研究新增加創(chuàng)新點(diǎn)

5．3 與其他翻板閘門比較的優(yōu)點(diǎn)

5．4 建議

5．5 進(jìn)一步改進(jìn)研究設(shè)想

參考文獻(xiàn)

后記2100433B

《變配重可控水力自動(dòng)定軸翻板閘門實(shí)踐研究》基于“變配重可控水力自動(dòng)定軸翻板閘門”發(fā)明專利，在湖南省茶陵縣仁源村小溪流上興建了仁源水閘，系統(tǒng)總結(jié)了該水閘的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、預(yù)結(jié)算和管理等。

《變配重可控水力自動(dòng)定軸翻板閘門實(shí)踐研究》主要內(nèi)容包括緒論、水力自動(dòng)水閘發(fā)展歷程，仁源水庫設(shè)計(jì)、施工、預(yù)結(jié)算和管理等，重點(diǎn)介紹了目前仁源水閘理論計(jì)算方法，總結(jié)了整個(gè)過程存在的問題和取得的經(jīng)驗(yàn)，提出了進(jìn)一步改進(jìn)研究的設(shè)想。

《變配重可控水力自動(dòng)定軸翻板閘門實(shí)踐研究》可供水利、環(huán)保、電力、航道等行業(yè)相關(guān)的科研、設(shè)計(jì)及管理人員學(xué)習(xí)參考，也可作為有關(guān)高等院校師生研究、學(xué)習(xí)的參考書。

水力自動(dòng)閘門按閘門的形式可分為翻板閘門、弧形閘門、鼓形閘門、扇形閘門及舌瓣閘門等。各閘門利用力矩平衡或以控制浮室水位操作杠桿的方式進(jìn)行啟閉,以實(shí)現(xiàn)水流的自動(dòng)調(diào)節(jié)和運(yùn)行。借助水力自動(dòng)操縱門葉而控制水道孔口啟閉,以實(shí)現(xiàn)水流的自動(dòng)調(diào)節(jié)和運(yùn)行。

水力自動(dòng)閘門水力自動(dòng)翻板閘門

水力自動(dòng)翻板閘門是一種借助水壓力和重力的作用,隨著水位的變化,為保持水壓力與重力的平衡而自動(dòng)啟閉的閘門,該閘門主要利用力矩平衡原理使閘門繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng),隨著上游水位的變化自動(dòng)啟閉的一種自動(dòng)化閘門。該類閘門主要用于攔河閘上,在正常蓄水位時(shí),閘門關(guān)閉蓄水,以滿足灌溉、發(fā)電和航運(yùn)的需要。它具有運(yùn)行穩(wěn)定,管理方便等優(yōu)點(diǎn)。水力自動(dòng)翻板閘門在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。在我國(guó),從20世紀(jì)50年代以來,交通航運(yùn)和水利部門對(duì)水力自動(dòng)平面旋轉(zhuǎn)閘門進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐,使翻板閘門在防洪、發(fā)電、航運(yùn)等工程中得到廣泛應(yīng)用。到20世紀(jì)60年代中期,翻板閘門門型的門體結(jié)構(gòu)、材料應(yīng)用及閘門的工作原理等方面有所突破。20世紀(jì)70年代初期,我國(guó)陸續(xù)涌現(xiàn)了一批在結(jié)構(gòu)型式和調(diào)節(jié)性能以及運(yùn)行方式上都有較大發(fā)展的新型的水力自動(dòng)翻板閘門。到了20世紀(jì)80年代,連桿滾輪式水力自動(dòng)翻板閘門的出現(xiàn)使翻板閘門的結(jié)構(gòu)型式和調(diào)節(jié)性能更加完善。隨著許多學(xué)者的深入研究,使這類閘門突破了繞固定支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的常規(guī)做法,使閘門沿多個(gè)支點(diǎn)或曲線形軌道旋轉(zhuǎn)移動(dòng),改善了該類閘門的功能。

水力自動(dòng)閘門水力自動(dòng)弧形閘門

弧形閘門因其啟門力小,沒有門槽,過流流態(tài)好,操作運(yùn)行方便等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用,是水工建筑物中應(yīng)用最為廣泛的門型之一?；⌒伍l門早起的應(yīng)用是1860年尼羅河三角洲Rosetla壩和Damietta壩。1894~1895年,德國(guó)第一次在柏林附近安裝并使用弧形閘門。

水力自動(dòng)閘門水力自動(dòng)沖沙閘門

國(guó)內(nèi)外水力自動(dòng)閘門型式眾多,但多數(shù)均是設(shè)計(jì)在清水中運(yùn)行,而多泥沙河流上,從引水樞紐引出的水,通常需要經(jīng)沉砂池進(jìn)行沉沙,當(dāng)沉砂池淤積到一定程度后,開啟閘門沖沙。為此,法國(guó)興建了一種水力自動(dòng)沖沙閘門。該閘門主要由檢波系統(tǒng)、放大系統(tǒng)、排沙系統(tǒng)三部分組成。但該類閘門的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用條件比較復(fù)雜,且取水流量也只能控制在0.3~6.4立方米每秒,因此,只是在法國(guó)修建了十幾座,并未得到廣泛的應(yīng)用。

水力自動(dòng)閘門水力自動(dòng)滾筒閘門

水力自動(dòng)滾筒閘門是一種放置在溢流壩頂,可調(diào)節(jié)水流運(yùn)行的新型的水力自動(dòng)閘門。該閘門的工作特點(diǎn)是根據(jù)上游來水量和水位變化情況,利用水壓力產(chǎn)生的推動(dòng)力矩與閘門自重以及閘門配重產(chǎn)生的回復(fù)力矩進(jìn)行自動(dòng)啟閉,實(shí)現(xiàn)水流的自動(dòng)調(diào)節(jié)、運(yùn)行和排沙。該閘門在多泥沙河流中,能保證將高含沙洪水按需分洪,在泥沙淤積情況下,可按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)快速啟閉。同時(shí),在上游來水量較大時(shí),具有從閘門上、下同時(shí)過水的特點(diǎn),保證有較大的過水能力和較小的上游水深壅高值,使堤防工程量大大減少,可更好地調(diào)節(jié)水流運(yùn)行。水力自動(dòng)滾筒閘門的研究與應(yīng)用對(duì)提高高含沙洪水資源的利用具有重要的意義。

水力自控翻板閘門是我國(guó)水利工程技術(shù)人員歷經(jīng)四十多年的艱苦奮斗，研發(fā)出來并擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種節(jié)能、環(huán)保型閘門。自上世紀(jì)六十年代初第一代水力自控翻板閘門誕生，先后經(jīng)了橫軸雙支鉸型、多支鉸型、滾輪連桿式和滑塊式水力自控型四個(gè)發(fā)展階段。自1982年以來，第三代滾輪連桿式閘門便開始廣泛應(yīng)用。特別是1990年以來，廣大工程技術(shù)人員刻苦鉆研、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，從理論到水工模型實(shí)驗(yàn)，再到工程實(shí)踐，近幾年終于設(shè)計(jì)研發(fā)出第四代新型滑塊式翻板閘門。該閘門無論技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝，還是使用性能，均產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

從技術(shù)角度上來講，翻板閘門發(fā)展過程中幾個(gè)明顯的進(jìn)步：

（1）1982年初設(shè)計(jì)的面板鉛垂水流方向的雙支點(diǎn)滾輪連桿式閘門：該種翻板閘門采用雙支點(diǎn)帶連桿方式，在實(shí)際運(yùn)行過程中，能基本滿足工程需要。但不容否認(rèn)，這種閘門還存在一些不足，主要是在某些水力條件下容易發(fā)生小開度振動(dòng)拍打現(xiàn)象，雖然短期內(nèi)不至影響到整個(gè)閘壩的安全，但長(zhǎng)期的小開度振動(dòng)拍打會(huì)導(dǎo)致翻板閘門底部和固定壩的疲勞破損，以致閘壩漏水嚴(yán)重，直至造成整個(gè)翻板閘壩工程的破壞。另外，其初啟動(dòng)水位較高、而回關(guān)水位偏低，難以滿足用戶的使用要求。

（2）1983年下半年設(shè)計(jì)的面板向下游有一定的預(yù)傾角度的滾輪連桿式閘門：

針對(duì)面板鉛垂的滾輪連桿式閘門存在的問題，作了如下幾個(gè)方面的改進(jìn)：

a)將翻板閘門改進(jìn)成向下游預(yù)傾一個(gè)角度的型式，經(jīng)過多次水工模型試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，證明其能有效防止翻板閘門的小開度振動(dòng)拍打現(xiàn)象，并使初始啟門水位得以降低，關(guān)門水位得以提高；b)門下堰頂設(shè)有一個(gè)斜坡式跌落，使門下的堰型由寬頂堰改造成為梯形斷面實(shí)用堰，增大了流量系數(shù)，使上游洪水位低于采用其它形式的翻板閘門的情況，減少了淹沒損失；

c) 在連桿長(zhǎng)度及支鉸位置、滾輪直徑方面作多次修改和調(diào)整，運(yùn)行更加準(zhǔn)確可靠。而且翻板閘門的啟門水位可以根據(jù)業(yè)主要求設(shè)計(jì)為高于正常水位5~30cm之內(nèi)的任一值，設(shè)計(jì)成果與實(shí)際使用的水位差值可控制在5cm以內(nèi)，一般只有一、兩個(gè)厘米；

d)在閘門前增設(shè)防護(hù)墩，防護(hù)墩可以有效防止上游來物撞擊閘門及漂浮物堵在閘門支鉸下造成破壞。

經(jīng)近40年全國(guó)近30個(gè)省市實(shí)例工程的運(yùn)行證明，該種面板有預(yù)傾角的滾輪連桿式翻板閘門已相當(dāng)成熟可靠，具有廣泛推廣應(yīng)用的價(jià)值。2100433B

對(duì)于水力自動(dòng)閘門研究方法主要有:理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算。理論分析主要是通過對(duì)水力自動(dòng)閘門的工作特點(diǎn)進(jìn)行分析后,應(yīng)用基本理論、科研信息和相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí),進(jìn)行分析判斷,定性地分析閘門的工作原理,并對(duì)閘體的受力變化進(jìn)行分析。理論分析的優(yōu)點(diǎn)在于所得結(jié)果具有普遍性,各影響因素清晰可見,是指導(dǎo)模型試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算的理論基礎(chǔ)。模型試驗(yàn),是基于水力自動(dòng)閘門的模型試驗(yàn)裝置、測(cè)試設(shè)備等對(duì)閘門的各個(gè)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備、數(shù)據(jù)采集軟件等對(duì)模型的水力學(xué)特性進(jìn)行觀察和測(cè)量,得到相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖像。模型試驗(yàn)是研究水力自動(dòng)閘門的重要方法,也是水工模型水力特性研究的重要途徑。

采用數(shù)值模擬對(duì)水力自動(dòng)閘門進(jìn)行研究,具有靈活性強(qiáng)、周期短、成本低及可預(yù)測(cè)性等優(yōu)勢(shì),也是研究的有效手段。數(shù)值計(jì)算是基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的模擬方法,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和CFD技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種流場(chǎng)的研究。數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)、理論分析是研究水力自動(dòng)閘門的三種基本方法,它們是相互依賴,相互促進(jìn)的。