現(xiàn)代水工閘門與啟閉設(shè)備的種類和選型

羅江紅

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計院，江西南昌 330009)

閘門是水工建筑物的重要組成部分之一，用來控制水位，調(diào)節(jié)流量，是蓄水及引水建筑物中必不可少的組成部分。閘門的型式有很多種，閘門的選型和布置，應(yīng)根據(jù)閘門的受力條件、控制運用要求和閘室結(jié)構(gòu)布置等因素選定。啟閉機是閘門的主要組成部分之一，其布置與選型在工程中甚為關(guān)鍵。

1 閘門

1.1 平面直升閘門

平面直升閘門是用得最為廣泛的一種門型，因為它能滿足各種類型泄水孔道的需要。它的優(yōu)點如下:①可封閉相當大面積的孔口。②建筑物順水流方向的尺寸較小。③閘門結(jié)構(gòu)比較簡單，其制造、安裝和運輸工作相對來說比較簡便。④門葉可移動至其他孔口，便于檢修維護。⑤門葉可在孔口間互換，故孔口較多時可兼作其他孔的事故門或檢修門。⑥門葉可沿高度分成數(shù)段，有利于排冰或排砂，也可以減輕起門力。⑦閘門的啟閉設(shè)備比較簡單，對移動式啟閉機的適應(yīng)性較好等。⑧潛孔式平面閘門有時可利用水柱壓力閉門，減少門重或配重。

平面直升閘門的缺點如下:①需要較高和較厚的閘墩(但升臥式平面閘門并不需要很高的閘墩)。②具有影響水流的門槽，特別在水頭較高的情況，門槽的存在會帶來很多的不利。③所需啟閉力較大，故需選用較大的啟閉機等。

平面直升閘門根據(jù)支承行走部分構(gòu)造形式不同，有滑動式、滾輪式、鏈輪式幾種。平面直升閘門有時可按需要作特殊的考慮。例如:在某些地震強烈較大的地區(qū)，啟閉機排架不宜太高，則可考慮升臥式閘門?；蛘?，有此船閘，為滿足通航凈空的要求，其通航孔工作閘門可采用提升橫位式平面閘門。

1.2 弧形閘門

弧形閘門也是用得最為廣泛的一種門型，因為它也能滿足各種類型泄水孔道的需要。它的優(yōu)點如下:①可封閉相當大面積的孔口。②所需閘墩高度和厚度較小。③沒有影響水流流態(tài)的門槽。④所需的啟閉力較小。⑤埋設(shè)件較少等。

弧形閘門的缺點如下:①需要較長的閘墩。②閘門所占的空間位置較大。③不能提出孔口以外進行檢修維護，不能在孔口間互換。④閘門承受的總水壓力集中于支座處，對土建結(jié)構(gòu)要求較高?；⌒伍l門一般總是把凸面布置在上游，這樣門底出流比較平順。但用在船閘輸水廊道上的工作門，當水頭較高時，則把凸面布置在下游更為有利。

1.3 人字閘門

人字閘門一般只能在靜水中操作，普遍應(yīng)用于單向水級船閘中的工作閘門，近年也有用在雙向水級的船閘上。優(yōu)點為:①可封閉相當大面積的孔口。②閘門受力情況類似于三鉸拱，對結(jié)構(gòu)有利，比較經(jīng)濟。③所需的啟閉力較小。④通航凈空不受限制。

人字閘門的缺點為:①不能在動水中操作運行。②門葉的抗扭剛度較小，長期操作運行容易發(fā)生扭曲變形，以至漏水較嚴重。③閘門長期處于水中，其水下部分的檢修維護比較困難。④與直升式平面閘門或橫拉式閘門比較，閘首較長。小型船閘有時不用人字形雙扇閘門，而僅用單扇閘門，也就是一字門，其操作和布置與人字門類似，見圖1。

圖1 人字門圖

1.4 翻板閘門

翻板閘門早期是以水力自控翻板閘門的形式出現(xiàn)，因其具有不設(shè)啟閉設(shè)備，根據(jù)特定水位自動開啟、關(guān)閉，以及門體大多采用鋼筋混凝土，節(jié)省鋼材等優(yōu)點，在鋼材缺乏時期建設(shè)的中、小型水利工程中曾得到推廣，但由于門體采用脆性材料，或者存在制造缺陷，在翻轉(zhuǎn)過程中易發(fā)生振動、撞擊，容易造成門葉受損而漏水以及無法人為控制調(diào)節(jié)流量等缺點，影響翻板閘門的推廣應(yīng)用。為克服這些缺點，逐漸發(fā)展為液壓鋼制翻板閘門，門體材料采用鋼材，由固定支鉸支承，配置液壓啟閉機作為控制設(shè)備。液壓翻板閘門有上翻式、下臥式等類型，具有以下優(yōu)點:①沒有門槽，閘墩厚度較小，沒有啟閉機排架，壩面簡潔、美觀。②所需的啟閉力較小。③液壓啟閉機有阻尼作用，可減少閘門振動。④相對平面直升式閘門來說，埋設(shè)件較少，節(jié)省鋼材等。

液壓翻板閘門的缺點為:①閘門開啟時，門葉在水流中，影響過流能力，并可能引起閘門震動。②閘門、啟閉機布置在孔口中，檢修維護困難。③閘門控制流量局部開度范圍小，門葉頂、底都過流，流態(tài)較差。此種閘門缺點是一般只適用于低水頭工況運行，一般為1～5 m水頭差范圍內(nèi)比較適用，而且造價較高，見圖2。

圖2 液壓鋼制翻板閘門圖

其他門型如橫位門、舌瓣門、浮箱式閘門等，取水輸水建筑物中使用比較少，這里就不一一敘述了。

2 啟閉機

啟閉機的類型也是多種多樣的，不同類型啟閉機多數(shù)用它的機構(gòu)特征來命名，如固定卷揚式啟閉機、液壓式啟閉機等。啟閉機按傳動形式分為機械傳動的和液壓傳動的。機械傳動的啟閉機按布置形式分為固定式和移動式兩大類。液壓傳動的啟閉機一般只有固定式。

下面就3種常用的啟閉機來分別介紹它們的特點和適用范圍。

2.1 固定卷揚式啟閉機

固定卷揚式啟閉機有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、運行平穩(wěn)可靠、安裝維護方便等優(yōu)點，而在啟閉力和揚程方面有寬廣的適應(yīng)范圍，因此使用最為廣泛，主要用于靠自重、水柱或其它加重方式關(guān)閉孔口的閘門，見圖3。其缺點是不能產(chǎn)生下壓力，自重相對較大，尤其是大容量的固定卷揚式啟閉機更是如此。

2.2 螺桿式啟閉機

螺桿式啟閉機主要用在需要下壓力的閘門上。螺桿式啟閉機具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉以及操作方便等優(yōu)點，其缺點是啟閉力不能太大，速度較低，行程也受限制。

圖3 卷揚式啟閉機圖

2.3 液壓啟閉機

液壓啟閉機依靠液壓傳動來實現(xiàn)閘門的啟閉。近年來，由于機械制造工藝水平和液壓元件系列化、標準化水平的提高，啟閉機液壓化的趨勢在國內(nèi)外都是明顯的，所以液壓啟閉機的地位越來越高。液壓啟閉機具有傳動效率高、運行平穩(wěn)、啟閉容量大、結(jié)構(gòu)緊湊及用鋼量少等優(yōu)點，特別是它具有布置簡單、適應(yīng)性強、體積小、附屬土建簡單的優(yōu)點得到了日益廣泛的應(yīng)用。液壓啟閉機的缺點是加工精度較高、造價相對略高。目前國內(nèi)已有QPPY、QPKY、QHLY等系列化液壓啟閉機。近幾年國內(nèi)部分廠家已經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)了新一代機、電、液一體化的新型液壓啟閉機集成式啟閉機，并在部分水利工程中推廣使用。

3 結(jié)論

隨著當代新材料，新工藝在水利工程上的推廣應(yīng)用，出現(xiàn)了許多新型閘門和啟閉設(shè)備，所以在閘門設(shè)計中還應(yīng)提倡創(chuàng)新精神，要積極慎重地采用新技術(shù)、新材料、新門型、新結(jié)構(gòu)、新工藝，力求閘門設(shè)計經(jīng)濟合理、技術(shù)先進、安全可靠、運用方便，從而使工程最大限度地發(fā)揮經(jīng)濟效益和社會效益。同時閘門選型要根據(jù)工程的實際情況選擇適合的閘門及配套的啟閉機，例如在城市景觀水利工程中我們可以多考慮景觀要求，選擇外形美觀，結(jié)構(gòu)簡單的液壓啟閉機，但在農(nóng)村水利工程中我們一般不選擇液壓啟閉機，而更傾向選擇螺桿式啟閉機，因為螺桿式較液壓啟閉機造價低，而且建在農(nóng)村方便管理?？傊l門選型布置要因地制宜，不要照抄照搬，不要脫離工程實際情況，只有經(jīng)反復論證擬定之后，才可順利地進行閘門的結(jié)構(gòu)布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。

［1］陳寶華，張世儒.水閘［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［2］水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局.SL265—2001水閘設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］談松曦.水閘設(shè)計［M］.北京:水利電力出版社，2001.

［4］水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局.SL/T191—96水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1997.

［5］水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局.DL5077—1997水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1997.

［6］水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局.GB50288—99灌溉排水工程設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，1999.

［7］水利水電規(guī)劃設(shè)計管理局.SL252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標準［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.