弧形工作閘門流激震動實驗分析

□靳光勇(新疆維吾爾自治區(qū)金溝河流域管理局)

弧形工作閘門流激震動實驗分析

□靳光勇(新疆維吾爾自治區(qū)金溝河流域管理局)

溢流壩的弧形工作閘門流激震動狀態(tài)具有特殊性，同時也具備一般水利樞紐流激震動的普遍特性，而且由于溢流壩建設工程具有灌溉、發(fā)電、供水等綜合性效益，質量控制時期綜合效益得以發(fā)揮是促進水利水電工程健康發(fā)展的關鍵因素，文章簡單的介紹了溢流壩的弧形工作閘門運行特點，在此基礎上，進行流激震動實驗，觀測溢流壩的弧形工作閘門進口水流流態(tài)，并且分析不同開度條件下震動速度、動位移、動應力等的變化情況，總結出溢流壩的弧形工作閘門流激震動的一般規(guī)律，指導水利樞紐的正常運行。

溢流壩;弧形閘門;流激震動實驗

1 工程概況

新疆沙灣流域溢流壩具有灌溉、發(fā)電、供水等綜合應用價值，是大型綜合利用的水利水電工程，而且其中的電站主要承擔調峰、調相、調頻任務。新疆沙灣流域溢流壩包括了灌溉、發(fā)電工程以及樞紐三大部分，該壩的水電站裝機容量為24萬kW，引水灌溉6.63萬hm2，而且多年的平均發(fā)電量為5.04億kW·h。該水利水電工程水庫正常蓄水位為140.00 m，其中死水位為116.00 m。該水利水電工程屬于多年調節(jié)水庫，總庫容為17.10億m3，另外，新疆沙灣流域溢流壩河床為碾壓混凝土重力壩，攔河壩全長為5 842 m，其中最大壩高為57 m，其壩長為719 m，并且兩岸銜接土壩，土壩的長度為5 123 m。該水利水電工程的溢洪道采取開敞式溢洪壩，共計裝設了16扇露頂式弧形鋼閘門，其堰頂高程為126.00 m，設置了16個孔口（孔口凈寬為16.00 m），并且采用液壓啟閉機負責啟閉。

2 溢流壩的弧形工作閘門泄洪水流流態(tài)分析

溢流壩的弧形工作閘門泄洪水流流態(tài)主要取決于閘門開度以及下泄水流流量，在實際運行中，若閘門兩側出現(xiàn)反向、對稱、強度由弱變強現(xiàn)象，則會使得閘門面板產(chǎn)生動力，然后誘發(fā)閘門震動。而且經(jīng)溢流壩的弧形工作閘門泄洪水流流態(tài)結果分析，得知：當閘門開度在0.10～0.20 m范圍內時，本次研究的水利水電工程的上游水面比較平穩(wěn)，然而，待閘門開度上升到0.50 m高度時，壩的兩側便會出現(xiàn)微小的漩渦，并且隨著閘門開度的不斷增大，漩渦的程度會越來越高，且產(chǎn)生嚴重的不穩(wěn)定狀態(tài)，可見，溢流壩的弧形工作閘門泄洪水流流態(tài)穩(wěn)定性與閘門開度具有密切的聯(lián)系。閘門開度上升到2.00 m高度時，不僅僅是漩渦增大，會伴隨吸氣漏斗鉆我，產(chǎn)生聲響，以此類推，當閘門開度達到一定界限時，便會出現(xiàn)惡劣的流態(tài)，對門體產(chǎn)生巨大的動力作用，從而導致動水何在作用面積減小，因此，在整個水利水電工程的運行過程中，要對閘門開度以及下泄水流流量進行適當?shù)目刂?，避免較大沖擊力的產(chǎn)生。

3 溢流壩的弧形工作閘門流激震動實驗

3.1 震動特點

溢流壩的弧形工作閘門流激震動主要來源于主梁、支臂、面板等部位的共同應力作用，本次試驗共計設置了42個應力測試點，而且水位在138.53m的條件下，溢流壩的閘門結構靜應力的變化是隨著部位的不同變化而變化的，而且在支臂狀態(tài)下，呈壓狀態(tài)，使得應力出現(xiàn)最大值，大約為64MPa，而且當應力位于下主橫梁中部時，閘門開度的變化對應力值的影響不大，在不同狀態(tài)下，實驗工作人員測得的最大靜壓應力之約為96MPa。本次研究的水利水電工程的弧形工作閘門流激震動裝置為下拉式液壓啟閉機，利用該裝置進行閘門的運行操作，其運行操作的特點如上述。

3.2 水流脈動壓力

溢流壩的弧形工作閘門流激震動下的水流脈動壓力測量，主要目的在于：有效的揭示閘門結構在整個泄水過程中所能夠承受的水動力荷載變化規(guī)律，以便指導正常運行，避免運行過程中產(chǎn)生不必要的差錯。本次實驗采取了典型的測點脈動壓力方根值與閘門開度之間的相關性研究，證實水流脈動壓力的重要性。本次實驗的結果顯示：閘門所承受的水流脈動壓力與閘門開度呈正相關關系，即：閘門開度越大，閘門所承受的水流脈動壓力就越大。

4 實驗結果分析與感悟

4.1 溢流壩的弧形工作閘門進口水流流態(tài)

溢流壩的弧形工作閘門進口水流流態(tài)同樣的與閘門開度呈正相關關系，而且閘門進口水流的兩側若出現(xiàn)對稱、反向、由弱變強等現(xiàn)象，則預示著整個溢流壩產(chǎn)生了巨大的運行動力，同時，是誘發(fā)弧形工作閘門流激震動的主要原因。而且溢流壩的弧形工作閘門進口水流流態(tài)具有一定的規(guī)律性，只有在較高程度的打開閘門的狀態(tài)下，才會形成較大的涌浪，且對相關部位產(chǎn)生較大的沖擊力，因此，只需要加以控制閘門開設的高度，便能夠有效地規(guī)避運行風險，全面的提高溢流壩的綜合效益。

4.2 不同開度條件下震動速度、動位移、動應力等的變化情況

通過上述的分析，我們可以得知：不同開度條件下震動速度、動位移、動應力等的變化也是不同的，閘門的開度直接關系到動應力以及動位移的大小，而且動應力和動位移直接影響整個溢流壩的弧形工作閘門流激震動速度，而且實驗證實，其震動速度越大，所產(chǎn)生的不穩(wěn)定性則越高，調峰、調相、調頻越困難，會影響到整個溢流壩的正常運轉，且對當?shù)厝嗣袢罕姷那猩砝嬖斐梢欢ǔ潭鹊膿p害，因此，需要對閘門開度嚴加控制，避免較大沖擊力的產(chǎn)生，從而創(chuàng)造更大的綜合效益。

4.3 溢流壩的弧形工作閘門流激震動的一般規(guī)律

溢流壩的弧形工作閘門流激震動的一般規(guī)律主要體現(xiàn)在：各項控制管理工作與閘門開度呈正相關關系，也就是為了避免溢流壩的弧形工作閘門流激震動過度造成不良影響，需要對閘門開度進行全面有效的控制。而且通過上面的分析總結，我們可以得知：溢流壩建設工程具有灌溉、發(fā)電、供水等綜合性效益，質量控制時期綜合效益得以發(fā)揮是促進水利水電工程健康發(fā)展的關鍵因素，在整個溢流壩建設質量的把控上，需要在各個環(huán)節(jié)加強技術引導，且聘用專業(yè)的、適應社會發(fā)展的高素質、復合型、創(chuàng)新型、實用型人才負責整個水利水電工程項目的監(jiān)督與落實，從而有效的避免各種安全隱患的發(fā)生，為全面的促進我國水利水電事業(yè)的健康發(fā)展打好堅實的基礎?？偟膩碚f，溢流壩的弧形工作閘門流激震動的一般規(guī)律需要細化到每一個控制管理環(huán)節(jié)。

5 結語

總而言之，溢流壩的弧形工作閘門流激震動研究，旨在分析閘門流激震動與閘門開度的相關性，在整個溢流壩的運行過程中，嚴格的控制閘門的開度，保持適當?shù)拈_度范圍，即，閘門開度在1.50～2.50 m范圍內為最佳，從而有效的避免閘門在大開度的狀態(tài)下，導致溢流壩上游水流出現(xiàn)嚴重的不穩(wěn)定性涌浪，全面的提升溢流壩的綜合效益。文章的分析闡述可能存在一定的片面性，需要進一步深入研究，但是不能忽視其研究價值，期望能夠為我國其他水利水電工程建設提供一定的幫助。

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（責任編輯：邢博輝）

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2016-06-01