蘇丹麥洛維灌溉工程渠道自控閘門研究與探討

袁明

麥洛維灌溉項目位于蘇丹北部,大約在喀土穆以南300km至400km,尼羅河第三和第四瀑布之間。工程主要內容包括:3條輸水主渠及支渠、渠道水工建筑物、路橋及抽水和增壓泵站等。其中渠道水工建筑物主要包括弧形閘門、自控閘門、疊梁門、攔污柵、針形門等附件及配套設施,而其中自控閘門在國內工程中應用較少,國外工程相對應用較多,如法國EYRTEC生產的AVIO/AVIS型自控閘門[1]。

蘇丹麥洛維灌溉項目自控閘門根據過流方式,分為淹沒出流式(AVIO)和自由水面出流式(AVIS),其中AVIO式11種規格,共80套;AVIS式6種規格,共18套。

1自控閘門設計原理和結構形式

1.1 自控閘門設計原理[2]

自控閘門結構由弧形面板、支臂、配重箱、浮箱、支撐軸、浮箱套等配件組成,面板和浮箱前后側板均是圓弧型,其圓心和轉動軸的軸心重合,浮箱底部的切線方向亦通過圓心,轉動軸的軸心高程設置為下游常水位(設計水位),在靜水壓力和動水壓力兩者情況下,要使閘門處于動態平衡,就需要使作用在閘門上的力矩合應等于零。由于真正對閘門產生力矩只有面板、配重箱等的重力和浮箱的浮力,均處于鉛直方向(即相互平衡),所以支臂的轉動對力矩平衡沒影響,故只需調整閘門重力和重心位置,使其滿足MF+MG=0,就能確保無論下游水位升高或降低,閘門均能開啟到相應位置,實現動態平衡,控制下游水位。

1.2 自控閘門結構形式

(1)弧形面板為上寬下窄的梯形結構,剖面形式為弧型,與主縱梁進行焊接連接,為滿足側部過水流暢,減少非恒定流過流對閘門穩定的影響,在主縱梁上需要開孔;為防止擋水弧形面板過流時產生震動,以及減少上游水體對弧形面板的沖擊作用及漩渦的產生,對于無胸墻低水頭自控閘門(AVIS)應設置緩沖箱,緩沖箱為焊接在弧形面板上的箱體,箱體底部有漏水孔。

(2)支臂結構前端部采用螺栓連接在主縱梁上,后端部和浮箱也是采用螺栓連接的形式。支臂上焊有臨時的吊耳,為安裝和檢修及起吊時用。

(3)配重箱:配重箱和支承軸上的鋼板采用螺栓連接。配重箱和支臂上的鋼板采用焊接連接,支臂和支承軸上的鋼板采用螺栓連接。

(4)浮箱:內部是密封的空間,不可漏水,浸水。浮箱上有一開口,用于添加配重之用,開口上用螺栓連接蓋板。浮箱和轉動軸上的連接鋼板焊接連接。

(5)支承軸:支承軸分為大小軸,小軸支撐在左右混凝土門槽上;為減少阻力,大軸和小軸的連接方式采用滾動軸承連接,大軸和支臂浮箱焊接連接。

(6)浮箱套:用于盛放浮箱之用,浮箱的浮力是依靠浮箱套內的水產生的。浮箱套后端部和后面的鐵梯螺栓連接,浮箱套與閘門結構無固定連接,浮箱套前端通過滾輪支撐和轉動軸接觸。浮箱套上預留與PVC管相配的孔,連接到下游明渠,避開水躍影響。

2自控閘門安裝及調試

2.1 自控閘門安裝

采用25t汽車吊進行閘門的吊裝和安裝調整。閘室內搭設鋼支架,支架的搭設高度要滿足鉸鏈軸線、門葉幾何中心線、浮箱裝置幾何中心與自控閘門下游設計平衡水位保持一致。面板與浮箱、支承軸及平衡錘整體吊入閘室,面板、支鉸軸入槽到位。平衡錘固定在支架上,以便活動部件的重心位于閘門保持平衡的位置上。確保面板和浮箱的前后側板的圓弧圓心和轉動軸軸心重合,浮箱底部的切線方向也通過軸心。

2.2 自控閘門試驗與調試[3]

(1)模型設計與制作。

模型均采用1∶1的原型試驗,閘門采用鋼結構制作。

(2)測試所需條件。

試驗中渠道尾水流入蓄水池,再由水泵自蓄水池抽到渠道進口。在渠道進口設置矩形薄壁堰,流量的控制采用分水器來控制,下游水位的調節采用尾水閘門來控制。

(3)水力自動控制閘門的試驗部分。

試驗閘門運行水位流量關系,以驗證閘門流量計算公式及其參數;對于下游常水位閘門,浮箱套底縫的大小將直接影響浮箱套的阻尼大小與濾波的效果,并對閘門運行的平穩性起重要作用。因此對不同大小的縫均應進行相關試驗,同時對高水頭帶胸墻的自動閘門,還需檢驗連通浮箱套與水位濾波井之間的連通管的阻尼與濾波效果;對無胸墻的低水頭閘門進行上游面設置緩沖箱的試驗。最后將獲得的水力自動閘門動態運行的試驗數據,與所編制的水力自動閘門仿真軟件的計算數據進行對比,以驗證模型的正確性并修正計算模型的相關參數。

(4)工地現場試驗與調試。

工地現場組裝整體構件,支臂端部和面板上的主縱梁連接,連接形式為螺栓連接;組裝后,把左右支鉸臨時固定于相應門槽內。對閘門進行全行程試驗,檢查閘門面板與梯形門槽有無卡阻現象;閘門在全關位置時,確保弧形面板與左右兩側門槽有少量空隙,底部面板與門槽底檻接觸良好。支鉸轉動中心高程與下游控制常水位相齊平。

自控閘門現場試驗與調試,分無水狀態和有水狀態。

當閘門在自由水面中運行時,精確調整配重箱內和浮箱內的配重,使閘門整體重心和平衡,保證閘門處于全關狀態(有微小開度)時,重心位于支鉸軸中心上方。

當閘門在動水中運行時,對連通浮箱套與水位濾波井之間通水管的阻尼與濾波效果進行試驗。通過操作濾波井與浮箱套之間連通管上的蝶閥進行調試調節,直至自控閘門平穩運行,最終確定蝶閥開度,并檢測下游控制水位位置是否與閘門設計水位一致。

3結語

常水位自控閘門是蘇丹麥洛維灌溉項目金結產品設計施工的重點和難點,其設計運行的原則在于不依靠閘門啟閉裝置的條件下,自控閘門能夠在無壓流和有壓流兩種情況下,均能進行精確、穩定、安全的操作,并確保下游水位始終與設計水位保持一致。鑒于AVIS常水位自控閘門具有設計簡化、自動控制、管理簡單等優點,其已在馬里索科洛灌區推廣應用,效果良好,本文通過分析研究其設計原理,闡明其結構設計和安裝調試過程,對蘇丹麥洛維灌溉項目金結部分的順利實施有良好的借鑒和參考價值。

參考文獻

[1] 歐陽增發,陳峰,等.AVIS水力自控閘門性能研究及應用[J].西部探礦工程,2010(1).

[2] 王長德,張禮衛.下游常水位水力自控控制渠道運行狀態過程[J].水利學報,1997(11).

[3] 劉艷林.新型水力自控閘門動水壓力的研究[D].內蒙古農業大學,2008.