翻板閘配裝液壓系統在農業水利工程中的應用研究

[摘要] 自動翻板閘由于具有結構簡單、施工簡易、造價較低等優點，廣泛應用于水利工程中。但由于在運行中存在著閘門振動、撞擊等問題，我們通過在翻板閘上配裝液壓系統，解決了自動翻板閘存在的突出問題，該系統具有結構簡單新穎、經濟合理、運行安全、可靠的優點。

[關鍵詞] 翻板閘；液壓系統；應用

一、前言

隨著水資源的日趨緊張，攔蓄、調蓄工程的日益增多，必須加強對水閘結構類型及優化設計的研究。通過對已建翻板閘工程的實地調研，在借鑒周邊縣市翻板閘成功經驗的基礎上，我們對自動翻板閘并配裝液壓式啟閉傳動系統（以下簡稱液壓系統）進行了研究，并通過在泗水縣高峪攔河閘工程中的使用，克服了翻板閘在運行中的不足，解決了自動翻板閘存在的突出問題，該系統具有結構簡單新穎、經濟合理、運行安全、可靠的優點。使這一閘型獲得了新的發展，并為該項目的推廣奠定了基礎。

二、自動翻板閘的特點及存在的主要問題

1.自動翻板閘的特點

自動翻板閘主要特點是不用啟閉機械，而用水力自行啟閉。當上游水位上升高到閘門頂部以上一定高度時，閘門便自動翻倒泄洪。當上游水位降落到一定水位，閘門便自動關閉攔水。自動翻板閘門多用鋼筋混凝土框架結構，閘門下部為鋼筋混凝土平衡板，可增強閘門在蓄水時的穩定性，不需修建機架橋、啟閉機等啟閉設施，有結構簡單、施工方便、工程量少、造價低等優點，且閘室結構輕矮，抗震性能好，因此，廣泛應用于攔河閘、分洪閘及中小型水庫溢洪閘等水利工程中。

2.存在的主要問題

翻板閘門在啟閉過程中最大的問題：一是閘門對閘墩撞擊力大，常使門墩上的橡皮防沖塊被撞壞，以致閘門裂縫甚至斷裂。二是閘門在運行過程中，水面受到波浪影響，加之閘門底部水流狀態不穩定，以致使得閘門產生周期性的拍打門墩的現象。三是自動翻板閘主要靠水力原理自行啟閉，因此，這種閘門不能有效地控制水位和流量，其反向也不能過流，在水利工程運用中受到了限制。

針對翻板閘存在的問題，為了從根本上解決閘門拍打、震動和撞擊等問題，自動翻板閘已由單一的單鉸翻板閘發展為多鉸翻板閘、圓弧鉸翻板閘等多種形式。由于閘門翻板時水流的不穩定以及制造、安裝等工藝上的誤差，始終沒有解決好翻板閘存在的突出問題。在一定程度的影響了翻板閘的應用。但由于該閘型具有造價低的優點，在中小型水利工程又總是優先考慮使用翻板閘。為此，在借鑒液壓啟閉機的平板閘門、弧型閘門應用實例的基礎上，將液壓啟閉裝置應用在自動翻板閘上，雖然增加部分投資，與直升閘比較，經濟上仍是可行的。

三、液壓系統的應用

1.液壓系統的工作原理

當水位達不到翻板閘所需水頭需翻板閘調節水量時，需要液壓缸施加一定推力，此時，液壓缸中的活塞在液壓作用下，帶動連桿，推動閘門的底部，翻板閘門沿支墩支座翻板；當水位達到翻板閘所需水頭時，不使用液壓啟閉傳動系統，翻板閘仍能按水力要求自動啟閉，此時，液壓缸起到減震器的作用。

在翻板閘門自重不足以自動關閉時，需要液壓缸施加一拉力，閘門在連桿的帶動下徐徐下降。翻板閘門在結構設計中已充分考慮了閘門的配重問題，因此，所需拉力很小，一般不使用。

2.液壓系統解決的主要問題

自動翻板閘配裝液壓系統后，解決了翻板閘在啟閉過程中存在的三個主要問題：

（1）撞擊支墩：液壓傳動系統的主要優點是工作平穩、液壓控制閥是液壓系統中控制油液方向、壓力和流量的元件，根據閘門運行條件，在液壓缸額定荷載范圍內，借助于液壓控制閥，對液壓缸的啟動、停止、方向、速度進行控制、調節，這樣就控制了翻板閘門的啟閉速度，避免了閘門突然翻倒而撞擊支墩的問題；同時液壓缸均設有緩沖裝置，以免在行程終端發生機械碰撞，也有效地解決了撞擊問題。

（2）拍打門墩：自動翻板閘門的主要特點是用水力原理自動啟閉。翻板閘的閘門與支墩為鉸鏈聯結，閘門在水壓力作用下，可沿鉸支座轉動。當增加液壓系統后，安裝在閘門后的液壓缸與支墩通過鉸支座聯接，等于增加了一個鏈桿支座。

翻板閘門處于關門位置時，閘前受動水壓力和波浪的影響，當閘前水深達到“臨界”翻板水深時，閘門處于“臨界”翻板狀態，在波浪壓力的作用下，將產生周期性拍打門墩的現象。增加液壓系統后，在翻板閘門未翻板之前，液壓缸與鉸支座組成一個幾何不變體系，盡管閘門所受外力是不平穩的，但閘門與門墩構成的聯動體系卻是穩定的，因此解決了“拍打”問題。如果鎖緊液壓系統的制動回路，閘前水位即使超過設計翻板水位，翻板閘門在液壓缸的約束下，也不能翻倒。

翻板閘門處于半開位置時，閘門活動支鉸沿圓弧軌道滑動和轉動，閘門板處于流水之中，門板受上、下紊流的影響，將造成閘門震動，增加液壓系統后，等于增加了一個約束，閘門與門墩構成的聯動體系，將減緩閘門的震動。閘門震動的原因十分復雜，由于動水作用的不平衡，當閘門與動水位接觸時，總會出現震動，根據對已建翻板閘運行情況的調查，閘門在半開位置時，震動是輕微的。

翻板閘門處于全開位置時，雖然門板仍受上、下紊流的影響，閘門在液壓缸、鉸支座、支墩三點支撐下，能使翻板閘門處于穩定狀態。

（3）調節流量：采用液壓裝置可使閘門的啟閉不再受水位的限制，有效的彌補了單一靠水位升降啟閉閘門的缺陷，從而解決了限制水位、控制流量、調節庫容、方便維修、利于防汛搶險等問題，提高了工程安全運行程度。

3.液壓啟閉機主要技術參數的選擇

液壓啟閉機的選擇，需計算液壓啟閉機的負載、最大行程、安裝距和開、關門時間等關鍵數據。

（1）負載計算。啟閉翻板閘最大的負載是啟門時的推力，可通過開門技術公式求出

P₁Y₁+P₂Y₂+F.H

Kk=———————————————≥1.05

W₁X₁+W₂X₂+W₃X₃+M_f.k

式中：Kk——閘門的自開系數；W₁、W₂、W₃——閘門自重、閘門配重、門頂水重；P₁、P₂——閘門上、下游水壓力；X₁、X₂、X₃——閘門自重、閘門配重、門頂水重對轉動鉸中心之力臂；Y₁、Y₂——上、下游水壓力對轉動鉸中心之力臂；F——液壓系統的推力；H——油缸前耳環中心距軸心的力臂；M_f.k——開門時的摩阻力距（包括鉸支座產生的力矩和止水磨擦產生的力矩）

根據翻板原理及開門計算公式，最大推力應是下游無水，上游水壓力的合力作用點低于軸心，并對軸心產生最大力矩時的水深。

此時，P₁Y₂為負值，P₂Y₂=0，W₃=0；F=【1.05（W₁X₁+W₂X₂ +Mf.k）+P₁Y₁】/H

（2）安裝距、行程及開、關門時間

①安裝距L1：液壓缸的安裝距由工程設計時擬定。

②最大行程：根據翻板閘原理圖，由數學公式計算翻板閘全翻后的終止長度L₂，最大行程L=L₂-L₁。

③開、關門時間：根據閘門的尺寸、形式及運行條件等因素進行選擇，一般為2～3min。

（3）液壓系統的選擇。推力確定后，根據負載和工程類型，選擇液壓缸的工作壓力P，確定液壓缸的內徑D和活塞桿直徑d。根據設計的開、關門時間，提出自由傾動和控制啟閉同時滿足的要求，進行液壓系統的計算和選擇，繪制出泵站原理圖。具體可由廠家設計。

4.液壓系統的運行與管理

液壓系統必須嚴格控制操作規程進行。液壓系統的高壓油泵是液壓系統心臟，應密切注視其工作狀況，并經常檢查液壓油質量是否符合要求，儲油箱中油液是否充足。使用時，如發現排油量低于額定值的20%或運行中有不正常的聲音，應采取措施及時加以排除。

四、結語

將液壓系統引入自動翻板閘中，在翻板閘的啟閉過程中，液壓系統控制了閘門的啟閉進度，從而較好地防止閘門震動，有效地解決閘門撞擊問題，同時，可不受水位的限制，隨時啟閉閘門。如不使用液壓系統閘門仍能在水壓力的作用下自由啟閉，此時，系統起到了減震的作用。

安裝液壓系統較好的解決了翻板閘運行中的震動、撞擊等突出問題，且造價較低，值得在新建中小型水閘工程及已建翻板閘改造加固工程中推廣應用，又由于不受水位的控制，可以通過液壓系統人工控制運轉，翻板閘推行應用的范圍將更加廣泛。總之，經過全體工作人員的不懈努力，精心研究、精密調試，仔細工作，圓滿完成了改項工作的基礎工作、安裝調試，經過近幾次大洪水的考驗，效果良好，符合設計要求標準。