连杆滚轮式水力自控翻板闸门水力学试验研究
陈灿辉 李一平 程永东
(广东省水利水电科学研究院,广州,510610)
摘 要:通过对 3m×6m(高×宽)连杆滚轮式水力自控翻板闸门的水力学试验研究,主要介绍该闸门运行稳定最 支点 运行稳定
佳设计后支承点位置.把试验成果应用于实际工程中,取得较好效果.可供相同门型及尺寸的闸门设计参考. 关键词:水力自控翻板闸门
1 前言
因水力自控翻板闸门具有结构简单,靠水的作用力自动启闭,节省能源,造价低廉,并兼有 泄洪,蓄水功能,在各小型水利工程上得到广泛应用.但是,水力自控翻板闸门的水力特性较复 杂,闸门的过流特性,动水压力和运行的稳定性仍处在研究阶段. 在最早进行水力自控翻板闸门研究者发现,水力自控翻板闸门在运行中会出现周期性来回拍 击支墩或坝坎的现象,破坏性极大. "拍打"的原因是由多方面引起: (1)控制闸门运行的支承条 (2)闸门面板压强,门后空腔泄流,下游水位顶托,门后空腔中负压等水力因素; (3)面板 件; 型式和堰的型式的形状因素.其中支承条件是引起闸门"拍打"的主要原因.为了解决闸门拍打 问题,将最初闸门设计的两铰及多铰支承的形式进行改造.双支点连杆滚轮式翻板闸门型式为改 进后的支承形式.其布置见图 1. 通过对 3m×6m(高×宽)连杆滚轮式翻板闸门的后支承点的水力学试验,研究该闸门运行的 稳定性,提出闸门运行稳定的最佳后支承点位置,并将试验成果应用于工程设计中,经原体运行 观测,取得较好效果.
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试验研究与成果
2.1 模型设计 3m×6m 连杆滚轮式水力自控 翻板闸门安装在曲线非真空实用 堰上,见图 1.在 80cm 宽的玻璃 水槽进行试验研究.模型比例 1:7.5.按弗劳德重力相似定律 设计模型.闸门用水泥加细铁砂 混合材料浇铸而成.连杆及两端 的活动铰用铜件制造.做到几何 尺寸相似,容重相似.为保证模 型制作的精度 ,对闸门重量和 重心进行率定 .闸门重量误差 0.85%,重心位置无误差,使闸门 的运动相似.模型率定成果见表 1 图 1 3m×6m 连杆滚轮式水力自控翻板闸门结构图 2.2 试验方案 水力自控翻板闸门稳定的运转,合理选择支承点很重要,试验中对闸门支承后支点的位置进 行 6 个方案的试验研究,各方案后支点位置从图 1 座标系 KOZ 可见,其座标值见表 2.
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表 1 模型率定成果
情 况 门重(T) 11.118 0.02635 0.02613 0.85% 重心位置(m) XC 0.2584 YC 1.4138 0.1885 0.1885 0
原体门重 模型门理论重 模型门实际重 误 差
注:重心座标见图 1 中 XO′Y 座标系.
表2
方案 1 2 3 4 5 6 试验值 -0.8325 -0.7875 -0.7350 -0.6825 -0.6225 -0.5775
自控翻板闸门 6 个方案后支点坐标
K(m) Z(m) 误差 0.9% 0.7% 2.7% 试验值 0.888 1.0725 0.8775 0.9975 0.8475 0.9825 计算值 0.8674 0.8674 0.84 误差 2.3% 1.2% 0.9%
计算值 -0.84 -0.74 -0.64
表 2 中还列出了方案 1,方案 3,方案 5 的后支点座标计算值.从表可见,由于闸门加工工艺 误差,试验中闸门后支的位置与设计值有误差,误差值小于 5%. 2.3 试验分析研究 闸门后支点选择合理的标志是:闸门开度应满足设计要求;泄流能力大;上游水位变幅较小; 水位与开门角度关系曲线平稳,渐开性好;闸门无"拍打"失稳的现象.经试验观测分析整理, 自控翻板闸门后支点 6 个方案水位与闸门开门角度关系见图 2.方案 1,方案 3,方案 5 的水位与 开门角度的理论计算值也绘在同一图中,以便对比分析,试验结果见表 3. 表 3 自控翻板闸门后支点 6 个方案水位与闸门开门角度特征成果
项号 方案 序号 1 最大 开度 最高堰 上水深 (m) 1 2 3 4 5 6 74° 65° 73° 68.5° 74° 65.5° 3.27 3.43 3.28 3.36 3.23 3.43 2 开关门过程 最低堰 上水深 (m) 2.89 3.08 2.88 3.08 2.63 3.09
0 . 023 26 ° ~ 0 . 038 42 °
3 计算与试验水位比较 (m) 较接近部分 差值/相应开度 距离较大处 差值/相应开度 0.54/72°

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