通過理論推導得出翻板閘門正常情況和非常情況下的受力平衡方程, 進而推求出在非常情況下影響翻板閘門正常開啟翻轉(zhuǎn)的閘前臨界淤沙高度公式。
1 正常情況
即當閘前水位達到翻板閘門的啟門水位范圍時, 閘門能正常開啟, 推求翻板閘門的運轉(zhuǎn)平衡公式, 由圖2 計算作用于閘門上各力對受力中心的合力矩∑M:
式中: P1為靜水壓力, kN; γ′為渾水容重, 在一般情況下, 取,kg/m3; h為門頂水頭,m; L為閘門高度, m; b為閘門寬度, m;Ps為淤沙壓力,kN。
式中: γn為泥沙的浮容重, kN/ m3 ; hn為閘前淤沙高度, m; φn為淤沙的內(nèi)摩擦角 G為閘門自重, kN; Gw 為門頂水頭水重,kN;θ為翻板閘門與豎直面的夾角, (°) ; F1為動滾輪受到的摩擦力; F2為定滾輪受到的摩擦力; f1、f2分別為動滾輪和定滾輪摩擦因數(shù); R 動滾輪半徑, m; L1為靜水壓力受力中心至定滾輪中心的距離, m; L2為淤沙壓力受力中心至定滾輪中心的距離, m; L3為翻板閘門重心至定滾輪中心的距離, m; L4為動滾輪摩擦力至定滾輪中心的距離, m; Lwx為門頂水頭重心至定滾輪中心的距離,m。
2 非常情況
即閘前水位達到翻板閘門的最大啟門水位時, 由于淤沙壓力過大, 閘門不能正常開啟, 推求翻板閘門受力達到極限平衡時閘前的臨界淤沙高度公式, 計算作用于閘門上各力對定滾輪中心求矩∑M:
∑M = P′1 L1+GL3 sinθ+ GwLwx sinθ-PsL2 - F1L4 - F2R=0 (6)
式中: P′1為最高啟門水位對應的靜水總壓力。
將式(4)、式(5)代入式(6)得P′1(L 1 - f R) + G(L3 - f R) sinθ+ Gw (Lw x - f R) sinθ-f (G + Gw)L4 cosθ= Ps (L2 + fR)(7)
將式(3) 代入式(7) 得至此可推導出水力自控翻板閘門在非常情況下的閘前臨界淤沙高度hn, 當閘前淤沙高度大于hn 時, 閘門無法正常開啟, 因此需控制翻板閘門閘前的淤沙高度, 以保證閘門在洪水到來時能正常運轉(zhuǎn), 發(fā)揮翻板閘門的優(yōu)勢。
5 算例
以某水電站工程復合運動式水力自控翻板閘門為例。門高L= 4 m, 門寬b= 8 m, 閘門關(guān)閉時與豎直面的夾角θ= 10°, 河流含沙量S= 2.0 kg / m3, 泥沙內(nèi)摩擦角φn =20°, 泥沙浮容重γn = 13. 5 kN/m3, 滾輪摩擦因數(shù)f 1 = f 2 =0.3, 啟門水位一般位于門頂以上0. 05~ 0. 10 m 左右, 此處取最大值h= 0.10 m。
經(jīng)計算P1 = 659.90 kN, L1 = 0.166 m, L2 = m, G= 190.54kN, L3 = 0.543 m, Gw = 1.04 kN, L4= 0.74 m。
代入式(7) 并試算得出臨界淤沙高度hn = 0. 91 m。
可見當翻板閘門閘前的泥沙淤積到0. 91 m 時, 將超出最大啟門水位對應的啟門力, 進而阻止了閘門的正常開啟。
關(guān)鍵詞：閘門
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