浅谈水力自控翻板闸门在某水库溢洪洞上的应用

浅谈水力自控翻板闸门在某水库溢洪洞上的应用

吾提库尔·胡斯曼

摘 要：某水库泄洪建筑物溢洪洞采用水力自控翻板闸门，它借助水力和动力，利用水力和闸门自重平衡的原理，在一定的水位下，随着流量的变化而自动启闭的闸门，尤其运用在水库泄洪建筑物上，泥沙经过水库的沉淀，且溢洪洞控制段水位较高，可减少淤积泥沙对闸门的影响，可保证水力自控翻板闸门发挥最大的功能。 关键词：溢洪洞；水力自控翻板闸门。

中图分类号：TV222 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）02-0119-02

一、工程概况

某水库工程规模为Ⅲ等，中型。水库主要包括大坝、溢洪洞、输水隧洞、导流隧洞。大坝顶长310m，坝顶高程958.68m，坝顶宽8m，最大坝高66.47m。溢洪洞位于左坝肩，由进口段、控制段、渐变段、隧洞洞身段、泄槽段、出口段组成，溢洪洞进口控制段采用开敞式无坎宽顶堰，水力自控翻板闸门。

二、水力自控翻板闸门工作原理、优点及应用 1．工作原理水力自控翻板闸门是借助水力和动力作用，利用水力和闸门自重平衡的原理，在一定的水位条件下，随流量的变化而自动启闭的闸门。运行时，水库上游水位下降，逐渐回制蓄水，使上游水位始终保持在正常蓄水位。随着水库上游水位抬高，而逐步泄流。此闸门由门叶、支腿、支墩、滚轮，连杆等部件组成。当上游来水流量加大，上游水位抬高，动水压力对支点的力矩大于门重与摩阻力对支点的力矩时，闸门自动开启到一定倾角，直到在该倾角下动水压力对支点的力矩等于门重对支点的力矩，达到该流量下的新的平衡。流量不变时，开启角度也不变。而当上游流量减少到一定程度，使门重对支点的力矩大于动水压力与摩阻力对支点的力矩时，水力自控翻板闸门可自行回关到一定倾角，达到该流量下的新的平衡。因此，水力自控翻板闸门具有不需启闭机械及相应设施、不需人为操作，完全由水流及时自动控制的特点。

图1 水力自控翻板闸门示意图

收稿日期：2017-12-08

作者简介：吾提库尔〃胡斯曼（1973-），男，塔城地区水利水电勘察设计院高级工程师。

2．优点及应用 （1）优点

①原理独特、结构简单、运行安全、制造方便。②施工简便、造价合理，投资仅为常规闸门的65%左右。③自动起闭，自控水位准确，运行时稳定性良好。管理方便安全、省人、省时、省力。④门体为预制钢筋混凝土结构，支承部分为金属结构。方便维修，运行管理费用低。⑤能准确自动水位。

（2）应用

①用于城市环保：蓄水后能美化城市，不影响生态环境，不影响河道行洪断面，满足城市防洪要求。②用于农田灌溉：自动调节水位，能满足灌溉用水需要，不影响行洪要求，满足防洪要求。③用于水库溢洪道（洞）：能自动调节库容，发挥水库效益，确保水库安全。④用于水电站：平常运行时为坝，洪水来闸门翻起，不影响河道行洪断面，可扩大装机容量，取得最大经济效益。

鉴于水力自控翻板闸门的优点和可用于水库溢洪洞起到能自动调节库容以及方案的经济比选，水库溢洪洞控制段采用水力自控翻板闸门。

三、溢洪洞水力自控翻板闸门洪水调节 1．调洪计算的原则 （1）防洪标准

根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》规定，工程规模为Ⅲ等中型。设计洪水标准采用50（P=2%）年一遇，校核洪水标准采用1,000（P=0.1%）年一遇。

（2）起调水位

根据水库水土平衡调节计算成果，水库的主要任务是工业用水，按照河流径流过程特征，经过径流调节计算，本水库水位5月达到正常蓄水位，此时正值春洪期，如果期间再碰上暴雨，就有可能形成设计洪水和校核洪水，经综合分析，起调水位定为正常蓄水位。

（3）泄洪建筑物

泄洪建筑物为溢洪洞，进口闸底板高程为949.14m。 （4）调洪方式

120 中 国 水 运 第18卷 溢洪洞进口控制段采用开敞式无坎宽顶堰，控制段采用净宽10m，高度为6m的水力自控翻板闸门控制。洪水期，库水位超过正常蓄水位时，闸门自动开启，低于回门对应的水位时，闸门自动关闭，高于正常蓄水位时，闸门保持全开状态，闸门周而复始进行洪水调节。

2．调洪计算原理

根据水力自控翻板闸门的启闭原理，其泄流能力可按门顶薄壁堰流与门底孔流之和计算，淹没系数与流量系数由模型试验给出。

（1）闸门底部水流采用闸孔出流公式

Q=σs×μ0×e×n×ε×b×2g×H0

式中：e—闸门开启高度，m；ε—垂直收缩系数；n—闸孔孔数；b—闸孔净宽；μ0—闸孔自由出流的流量系数；H0—包括行进流速水头的闸前水头，m；σs—淹没系数。

（2）闸门上部水流采用堰流公式

Q=m×ε×b×2g×H3/2 式中：m—流量系数；ε—垂直收缩系数；b—净宽；H0—包括行进流速水头的闸前水头；σs—淹没系数。

3．洪水调节计算结论

（1）50年一遇的（P=2%）设计洪水。经水库调节后，最大下泄流量267m3/s，水库拦洪库容221×104m3，设计

洪水位为956.15m。

（2）1,000年一遇的（P=0.1%）校核洪水。经水库调节后，最大下泄流量294m3/s，调洪库容318×104m3，校核洪水位为956.55m。

四、水力自控翻板闸门设计

水力自控双作用翻板闸门由固定坝、液压杆和翻板闸组成，固定坝采用C25F200W6钢筋混凝土宽顶堰结构，水力自控翻板闸由闸门、防护墩、支腿、支墩等构成，采用C30F200W6预制钢筋混凝土结构。翻板闸后另设检修工作桥一座，桥宽0.8m，桥板厚20cm，采用C25F200钢筋混凝土现浇，闸门后部两侧设液压杆与支墩连接，闸门两侧边墙上设通气孔，通气孔长5.7m，预埋φ200通气钢管。

五、结语

水力自控翻板闸门结构简单，应用方便，造价适中，可充分利用水力资源，提高水资源利用率，在水利工程中得到广泛应用，并产生了良好的经济效益和社会效益。尤其运用在水库泄洪建筑物上，泥沙经过水库的沉淀，且溢洪洞控制段水位较高，可减少淤积泥沙对闸门的影响，可保证水力自控翻板闸门发挥最大的功能，同时水力自控翻板闸门在今后的发展中可积极探索研究闸门在结构和材料省的优化和完善，从而设计出使用范围更加广阔的新型水力自控翻板闸门。

（上接第页） 应力达到临界应力值，表示此时导管架海洋平台的变形由弹性变形变为塑性变形。在碰撞过程中，碰撞力逐渐增加然后到达一定时刻略微下降。由于船的速度是恒定的，所以碰撞有效应力在接触后最初具有线性的特点，在碰撞的不同时间节点下，导管架海洋平台结构出现不同程度的卸载，在碰撞过程中，碰撞应力逐渐增加后再趋于平缓。

五、结论

本文利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对碰撞场景进行数值仿真模拟分析。以供应船船艉垂直撞击导管架平台管柱的过程为研究对象，得到圆截面管柱的碰撞力、应力和应变的结果，结论如下：（1）变形主要集中在船艉和平台发生碰撞的部位，也是构件发生失效的主要部分，撞击区域的形状与船艉的大小和形状有很大的关系；（2）平台管柱各部分的动能与其内能相比很小，可忽略不计。在其各个部分中，吸能最多的是管柱外板，而吸能最少的是横向框架T型材，因此增加管柱外板强度可以显著提高平台的抗撞性能；（3）由于受碰撞力作用，平台的横荡、横摇和首摇变化幅度非常大，随着碰撞力的增大，运动响应在接*台结构损坏时，碰撞力的大小、方向和变化趋势对平台的运动响应有着直接和重要的影响；（4）由于初速度恒定，碰撞的全过程供应船船艉作匀速直线运动，所以碰撞力在碰撞接触后最初呈现线性，在碰撞的不同阶段，海洋平台结构表现出不同程度的卸载现象，每一次卸载表示某个构件的失稳和破坏。

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