弧形閘門開度測(cè)量尺

席清?！√凭敢肌歉Ｉ?/p>

摘 要：某調(diào)水工程節(jié)制閘和控制閘大多為豎向液壓?jiǎn)㈤]機(jī)開關(guān)形式的弧形閘門，閘門開度均由液壓缸行程間接得到。結(jié)合該類機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)和當(dāng)前調(diào)水與工程運(yùn)行需求，設(shè)計(jì)安裝一套人工直接測(cè)讀閘門開度的“圓弧形反余弦函數(shù)比例閘門開度測(cè)量尺”，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)或由閘站值守人員從弧形尺刻度上直接讀數(shù)得到閘門開度，便于人工校核閘門開度及與閘控電腦顯示的閘門開度進(jìn)行比對(duì)。

關(guān)鍵詞：弧形閘門；開度計(jì)算；開度尺

中圖分類號(hào)：TV663 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）35-0084-02

Abstract： Most of the regulating gates and controlling gates of a water transfer project are arc gates in the form of vertical hydraulic hoist switches， and the opening degrees of the gates are obtained indirectly by the stroke of the hydraulic cylinder. According to the working characteristics of this kind of mechanism and the current demand of water transfer and engineering operation， a set of "arc inverse cosine function proportional gate opening measuring ruler" is designed and installed， which is used to measure the gate opening degree manually， and the gate opening degree can be obtained by reading directly from the arc ruler scale through the video monitoring system or by the personnel on duty at the gate station. It is convenient to check the opening degree of the gate manually and compare it with the opening degree of the gate displayed by the gate control computer.

Keywords： radial gate； opening calculation； opening scale

1 概述

1.1 閘門開度測(cè)量

閘門開啟高度（簡(jiǎn)稱閘門開度）指閘門底部止水至閘門底檻的垂直距離。

某調(diào)水工程節(jié)制閘和控制閘為數(shù)眾多，大多為豎向液壓?jiǎn)㈤]機(jī)開關(guān)形式的弧形閘門。目前，中線干線弧形閘門采用自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行開閉控制。該套設(shè)備中，通常是先由某種傳感器測(cè)得啟閉機(jī)卷筒的“旋轉(zhuǎn)角度”或液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作油缸活塞的“行程”值，自動(dòng)代入已編好的“旋轉(zhuǎn)角”或“行程”與開度的函數(shù)解析式軟件，計(jì)算得出閘門開度值后即時(shí)傳遞至總調(diào)中心與各閘控電腦。

結(jié)合該類機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)和當(dāng)前調(diào)水與工程運(yùn)行需求，設(shè)計(jì)安裝一套可人工直接測(cè)讀的弧形閘門開度尺，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)或由閘站值守人員從弧形尺刻度上直接讀得，便于特殊情況下及時(shí)上報(bào)閘門實(shí)際開度與日常人工校核閘門開度。

1.2 弧形閘門開度測(cè)量方案選擇

就弧形閘門開度測(cè)量來(lái)看，測(cè)量其開度可以采用幾種方法。

方案1：設(shè)計(jì)制作專用角度刻度盤，安裝于弧形閘門轉(zhuǎn)動(dòng)支鉸，通過(guò)刻度盤角度換算閘門開度。但該方法需要制作高精度刻度盤，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和安裝困難，之后需根據(jù)角度換算，使用較為麻煩。

方案2：制作刻度鋼絲，下支點(diǎn)安裝于邊墻處閘門下沿，在閘室邊墻定制作支架系統(tǒng)，人工直接讀取鋼絲刻度。但該方法精度不高，在鋼絲始終保持豎直的情況下可以直接讀數(shù)，非豎直時(shí)需換算；同時(shí)支架系統(tǒng)對(duì)閘門轉(zhuǎn)動(dòng)互相干擾，不便于使用。

方案3：設(shè)計(jì)制作弧形開度尺，安裝于閘室側(cè)墻水上，閘門上制作安裝刻度指針，在閘墻頂人工觀測(cè)。該方法僅針對(duì)安裝位置設(shè)計(jì)制作刻度尺，另安裝刻度指針，不需在水下安裝，讀數(shù)方便。

經(jīng)比較后確定采用方案3。

2 弧形閘門開度與轉(zhuǎn)動(dòng)角度、弧尺安裝半徑的關(guān)系

2.1 基本參數(shù)

弧形閘門在閘室的縱剖面形式如圖1所示。

O點(diǎn)為弧形閘門轉(zhuǎn)動(dòng)鉸心；O1為弧形閘門轉(zhuǎn)動(dòng)鉸心在閘底板平面上的豎向投影點(diǎn)；？駐OAB為弧形閘門， 為閘門迎水弧面線；R為弧形閘門弧面線曲率半徑；AO1為閘室底板；KO2為閘室側(cè)墻頂平面；O2為弧形閘門轉(zhuǎn)動(dòng)鉸心在閘室側(cè)墻頂平面上的豎向投影點(diǎn)；K為安裝就位的弧形尺與閘室墻頂面交點(diǎn)；？駐OA1B1為弧形閘門轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)角度？茲后的位置，P為閘門開度指針，P'為閘門在開度為x時(shí)指針位置（此時(shí)指向刻度F點(diǎn)），l為弧形閘門轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)角度？茲后弧形尺的弧長(zhǎng)（即 ）， 為弧形尺；R'為弧形尺（弧形尺所在的圓弧與閘門弧面同心）中心線曲率半徑（即弧尺基準(zhǔn)線）；圖中，h0為弧門鉸心距閘底板的高度，h1為閘門完全關(guān)閉時(shí)弧門頂距離閘底板的高度，h2為閘墻頂與閘底板的高度差。

？茲'為閘門開度為x時(shí)閘門開度（此時(shí)閘門轉(zhuǎn)動(dòng)角度為？茲）指針繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，顯然？茲'=？茲；？琢為閘門全關(guān)時(shí)OA與OO1的夾角，？琢=arccos（8÷11）（rad）；Hx為閘門開度為x時(shí)A1在OO1上的垂足點(diǎn)。

2.2 原理

2.3 結(jié)論

從原理推導(dǎo)過(guò)程和計(jì)算結(jié)果來(lái)看，建議采用閘門臨側(cè)墻水封處安裝弧尺指針，弧形刻度尺安裝于閘室側(cè)墻，弧形尺中心線所在圓與閘門轉(zhuǎn)動(dòng)鉸心同心，弧形尺半徑可根據(jù)弧門水封等限制條件選擇，比如選擇R'=11150（mm）的弧形尺。

弧形尺刻度非一般直線等間距刻度尺，而是其間距呈反余弦函數(shù)關(guān)系，制作過(guò)程中其刻度分布還需根據(jù)安裝位置等具體情況確定，如R'=10000（mm）等。

2.4 誤差

弧形尺、閘門本身，閘室側(cè)墻和底板，其施工、制作原本即存在誤差，安裝過(guò)程也產(chǎn)生誤差，外在的環(huán)境及溫度因素對(duì)弧尺測(cè)量閘門開度均有誤差影響。經(jīng)查閱監(jiān)理驗(yàn)收資料及有關(guān)混凝土、304不銹鋼等材料受溫度影響變形量等技術(shù)資料，該類誤差累積量在預(yù)估范圍內(nèi)，可忽略不計(jì)，因而開度計(jì)算中所用到的弧門半徑誤差與弧門轉(zhuǎn)動(dòng)鉸心高至關(guān)重要。

3 閘門開度與弧尺測(cè)量開度對(duì)比

弧形開度尺安裝施工需根據(jù)節(jié)制閘的現(xiàn)場(chǎng)條件和安裝時(shí)的工況，選擇合理的安裝方法。安裝后試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果見表1。

從表1的閘控系統(tǒng)顯示的實(shí)際開度與弧尺測(cè)量的開度差來(lái)看，最大差值的絕對(duì)值14mm、最小1mm，基本滿足功能要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

安裝階段因渠內(nèi)有水，無(wú)法直接測(cè)量閘門開度并與弧尺測(cè)量、閘控系統(tǒng)所示開度進(jìn)行比較，需待無(wú)水檢修期可考慮進(jìn)行直接測(cè)量閘門開度，再行比較，并校核、調(diào)整弧尺與指針。

目前，該套弧形閘門開度測(cè)量尺已在某調(diào)水工程全線推廣應(yīng)用，經(jīng)過(guò)跟蹤觀察，誤差在50mm以內(nèi)，基本滿足實(shí)際需求。

對(duì)于弧形閘門，目前自動(dòng)化控制并不能由人工直接觀測(cè)了解閘門開度，無(wú)法確認(rèn)其開度值，本文提出的弧形閘門開度測(cè)量尺也是一種間接的測(cè)量方法，該方法雖不能接入自動(dòng)化，但提出的閘門開度弧形測(cè)量尺為人工校核閘門開度提供了較為簡(jiǎn)潔直觀的解決辦法，尤其是在閘控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)測(cè)量閘門開度，且方便直觀，全天候觀測(cè)，校準(zhǔn)檢修方便，構(gòu)件易加工制作。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫魯安.弧門開度與啟閉機(jī)行程的函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)[J].水利電力機(jī)械，2016，11（28）：41-45.

[2]代威.弧形閘門開度計(jì)算[J].山西水利科技，2015，5（2）：18-21.