減震器在自動翻倒閘門工程中的應用

王海濤

(沈陽市渾北灌區管理中心，沈陽110035)

自動翻倒閘門是一種不要工作橋、不用啟閉設備、利用水壓自動啟閉的閘門。由于鋼結構閘門的跨度較大，蓄水較高，閘門啟閉時的沖擊力很大，以致影響閘門及門墩的安全。為了解決這個問題，在總結近年的施工經驗，在閘門背水面的梁與支承門墩間安設了油阻減震器。改造后運行情況表明:這種油阻減震器的作用是顯著的，運行是可靠的。

1 自動翻倒閘門的工作原理

自動翻倒閘門主要由閘門、支座、門墩、止水橡皮、油阻減震器5 部分組成［1］。閘門采用鋼板和鋼梁框架結構，下部為平衡板，上部為面板。閘門通過固定在主梁背水面的鑄鋼支座支承于鋼筋混凝土門墩上。閘門安裝完畢后，由于閘門下部平衡板的重量較大，故閘門能垂直立于閘孔中，并將閘孔封閉。此時，上游來水使水位逐漸加高，作用在門上的水壓力也就逐漸加大，壓力重心也隨之上移，待上游水位上升至閘門頂時，水壓力重心作用在閘門高度的1/3點上，而閘門支座的支點一般也設在門高的1/3 處，若閘門以支點分界上下是等重的，則此時閘門處于壓力平衡狀態;但由于閘門下部平衡板的重量比上部結構重，故閘門仍處于關閉狀態。當上游水位繼續增高并超過門頂時，作用于閘門上的水壓力重心向上移，即超過閘門的支承點而產生開門力矩，當開門力矩超過閘門下部平衡板自重及摩阻力所產生的力矩時，閘門即被翻倒在門墩上。此時，上游水位逐漸降低，下游水位隨之升高，當上下游水位接近時，由于閘門下部平衡板的重量較上部大，因而產生一個關門力矩，使閘門又自動關閉恢復原狀。

2 主要構件的設計

2.1 閘門設計

閘門采用鋼制框架、鋼板面板結構。閘門外形尺寸是根據閘門孔徑和蓄水水位要求擬定的。在一般情況下可設兩根縱向主梁和一根橫梁，并根據構造要求布置邊梁、頂梁和底梁。

1)縱梁位置的確定:橫梁系一雙懸臂梁，縱梁合理的位置應使橫梁跨中彎矩與支座彎矩的絕對值相等，設縱梁中心距門邊為x 而支座及跨中的彎矩分別為:

根據| M支| =| M中| 得主梁中心至門邊的距離x 值為:x = 0.207L;兩根縱梁的中心距Loc:Loc= L－2x = 0.586L

2)橫梁位置的確定:設橫梁位于B 點，并距門頂C 點的距離為x1，A 為閘門支座點，O 為AB 的中心點。

當O、B 兩點彎矩的絕對值相等時，橫梁的位置是最合理的。

根據| MB| =| MO| 及(3)、(4)式解得:

由于支點A 并非完全簡支，故求得的MO值偏大，而x1也隨之偏大，所以在結合梁格布置時，x1值一般取偏小的整數值為宜。

3)閘門自重對門軸的重心距:閘門豎直關閉和閘門水平翻倒時，閘門自重對門軸的重心距分別按(6)、(7)式計算:

式中:∑M豎、∑M水平分別為閘門豎直關閉和水平翻倒時，門自重對門軸的力矩;∑W門為閘門自重。

2.2 閘門啟閉水力計算

在正常蓄水位的情況下，下游臨界水位的推求:設上游水深為H，下游臨界水深為ht，a 為門軸高。

當閘門處在臨界狀態時:| M關| =| M開| ，即:

根據(8)式，即可求出下游臨界水深ht。

2.2.1 開門水位的推求

1)當下游無水時，設閘門頂以上水深為x2。根據關門力矩等于開門力矩的關系解得x2值，解得x2值后即可求得上游開門水位。

2)當下游水深ht＞3a 時，設上下游水位差為x3。根據關門力矩等于開門力矩的關系求得上下游水位差x3，即:

由以上計算可看出，當下游水位升高，閘門易于翻倒，勢必影響正常蓄水位，為此，可改變門軸高度，以尋求適當的開門水位和下游臨界水位。其方法可通過選取不同的a 值，求出幾組相應的控制水位，在其中選出與設計水位相符的一組所對應的a 值作為設計的門軸高度。

2.2.2 關門水位的確定

閘門翻倒后，主要受自重和浮托力作用，設水位降至與閘門底面水平時，閘門在自重作用下關閉，其關門安全系數K 為:

3 雙軸支座的結構及作用

為了不致使開門水位抬得過高必須降低門軸位置;但是門軸降低后，對自動關門又帶來影響，這又要求抬高門軸位置。所以，為了解決這一矛盾，采用了“雙軸支座”結構，即每對支座有高低兩個門軸，閘門關閉時，下軸起作用，使開門水位降低;而當閘門啟成平臥狀態時，利用上軸支承下軸脫空，從而保證了閘門能自動關閉。

4 油阻減震器的作用及工作原理

自動翻倒閘門翻倒時所產生的沖擊力很大，對閘門及門墩的安全有嚴重影響。利用油阻減震器裝置，大大改善了閘門及門墩的受力情況，使結構安全得到了保證。油阻減震器的工作原理是:當閘門處于閉門狀態時，活塞桿受到壓力，并帶動處于缸體(2)內的活塞(3)向缸體后部移動，缸體后部的油液一部分通過活塞上的小孔流向缸體前部(即靠近閘門的一端)，另一部分則通過缸體后部頂上的連接管(4)的小孔流入貯油筒(5)(流入貯油筒內的油量基本上等于壓入缸體內的活塞桿之體積)，這時貯油筒內的空氣通過前端橫隔板(6)上部小孔排入貯氣筒(7)，再經過貯氣筒前端的排氣孔(8)排出。由于活塞及連接管上的小孔很小(直徑為4毫米)，當油流過時產生很大的阻力，迫使活塞緩慢向后移動，閘門也就徐徐打開，從而起到開門時的防震作用。相反，當上游水位降到關門水位時，鉸鏈在閘門支座上的活塞桿帶動活塞向缸體前部運動，油液反方向通過活塞及連接管上的小孔流回，油液通過小孔產生的阻力，迫使閘門徐徐關閉，從而起到關門時的防震作用。

［1］蔣磊，張慶華，翟興濤，等．水力自控翻板閘門設計參數分析［J］．水利水電科技進展，2013，33(01):77－79．