通過理論推導(dǎo)得出翻板閘門正常情況和非常情況下的受力平衡方程, 進(jìn)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(dāng)閘前水位達(dá)到翻板閘門的啟門水位范圍時(shí), 閘門能正常開啟, 推求翻板閘門的運(yùn)轉(zhuǎn)平衡公式, 由圖2 計(jì)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(dòng)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(dòng)滾輪和定滾輪摩擦因數(shù); R 動(dòng)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(dòng)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(dá)到翻板閘門的最大啟門水位時(shí), 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(dá)到極限平衡時(shí)閘前的臨界淤沙高度公式, 計(jì)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(yīng)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(dǎo)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(dāng)閘前淤沙高度大于hn 時(shí), 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(shí)能正常運(yùn)轉(zhuǎn), 發(fā)揮翻板閘門的優(yōu)勢。
5 算例
以某水電站工程復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(shí)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(jì)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(dāng)翻板閘門閘前的泥沙淤積到0. 91 m 時(shí), 將超出最大啟門水位對應(yīng)的啟門力, 進(jìn)而阻止了閘門的正常開啟。
關(guān)鍵詞：閘門
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