現代水工閘門與啟閉設備的種類和選型

羅江紅

(南昌市水利規劃設計院，江西南昌 330009)

閘門是水工建筑物的重要組成部分之一，用來控制水位，調節流量，是蓄水及引水建筑物中必不可少的組成部分。閘門的型式有很多種，閘門的選型和布置，應根據閘門的受力條件、控制運用要求和閘室結構布置等因素選定。啟閉機是閘門的主要組成部分之一，其布置與選型在工程中甚為關鍵。

1 閘門

1.1 平面直升閘門

平面直升閘門是用得最為廣泛的一種門型，因為它能滿足各種類型泄水孔道的需要。它的優點如下:①可封閉相當大面積的孔口。②建筑物順水流方向的尺寸較小。③閘門結構比較簡單，其制造、安裝和運輸工作相對來說比較簡便。④門葉可移動至其他孔口，便于檢修維護。⑤門葉可在孔口間互換，故孔口較多時可兼作其他孔的事故門或檢修門。⑥門葉可沿高度分成數段，有利于排冰或排砂，也可以減輕起門力。⑦閘門的啟閉設備比較簡單，對移動式啟閉機的適應性較好等。⑧潛孔式平面閘門有時可利用水柱壓力閉門，減少門重或配重。

平面直升閘門的缺點如下:①需要較高和較厚的閘墩(但升臥式平面閘門并不需要很高的閘墩)。②具有影響水流的門槽，特別在水頭較高的情況，門槽的存在會帶來很多的不利。③所需啟閉力較大，故需選用較大的啟閉機等。

平面直升閘門根據支承行走部分構造形式不同，有滑動式、滾輪式、鏈輪式幾種。平面直升閘門有時可按需要作特殊的考慮。例如:在某些地震強烈較大的地區，啟閉機排架不宜太高，則可考慮升臥式閘門。或者，有此船閘，為滿足通航凈空的要求，其通航孔工作閘門可采用提升橫位式平面閘門。

1.2 弧形閘門

弧形閘門也是用得最為廣泛的一種門型，因為它也能滿足各種類型泄水孔道的需要。它的優點如下:①可封閉相當大面積的孔口。②所需閘墩高度和厚度較小。③沒有影響水流流態的門槽。④所需的啟閉力較小。⑤埋設件較少等。

弧形閘門的缺點如下:①需要較長的閘墩。②閘門所占的空間位置較大。③不能提出孔口以外進行檢修維護，不能在孔口間互換。④閘門承受的總水壓力集中于支座處，對土建結構要求較高。弧形閘門一般總是把凸面布置在上游，這樣門底出流比較平順。但用在船閘輸水廊道上的工作門，當水頭較高時，則把凸面布置在下游更為有利。

1.3 人字閘門

人字閘門一般只能在靜水中操作，普遍應用于單向水級船閘中的工作閘門，近年也有用在雙向水級的船閘上。優點為:①可封閉相當大面積的孔口。②閘門受力情況類似于三鉸拱，對結構有利，比較經濟。③所需的啟閉力較小。④通航凈空不受限制。

人字閘門的缺點為:①不能在動水中操作運行。②門葉的抗扭剛度較小，長期操作運行容易發生扭曲變形，以至漏水較嚴重。③閘門長期處于水中，其水下部分的檢修維護比較困難。④與直升式平面閘門或橫拉式閘門比較，閘首較長。小型船閘有時不用人字形雙扇閘門，而僅用單扇閘門，也就是一字門，其操作和布置與人字門類似，見圖1。

圖1 人字門圖

1.4 翻板閘門

翻板閘門早期是以水力自控翻板閘門的形式出現，因其具有不設啟閉設備，根據特定水位自動開啟、關閉，以及門體大多采用鋼筋混凝土，節省鋼材等優點，在鋼材缺乏時期建設的中、小型水利工程中曾得到推廣，但由于門體采用脆性材料，或者存在制造缺陷，在翻轉過程中易發生振動、撞擊，容易造成門葉受損而漏水以及無法人為控制調節流量等缺點，影響翻板閘門的推廣應用。為克服這些缺點，逐漸發展為液壓鋼制翻板閘門，門體材料采用鋼材，由固定支鉸支承，配置液壓啟閉機作為控制設備。液壓翻板閘門有上翻式、下臥式等類型，具有以下優點:①沒有門槽，閘墩厚度較小，沒有啟閉機排架，壩面簡潔、美觀。②所需的啟閉力較小。③液壓啟閉機有阻尼作用，可減少閘門振動。④相對平面直升式閘門來說，埋設件較少，節省鋼材等。

液壓翻板閘門的缺點為:①閘門開啟時，門葉在水流中，影響過流能力，并可能引起閘門震動。②閘門、啟閉機布置在孔口中，檢修維護困難。③閘門控制流量局部開度范圍小，門葉頂、底都過流，流態較差。此種閘門缺點是一般只適用于低水頭工況運行，一般為1～5 m水頭差范圍內比較適用，而且造價較高，見圖2。

圖2 液壓鋼制翻板閘門圖

其他門型如橫位門、舌瓣門、浮箱式閘門等，取水輸水建筑物中使用比較少，這里就不一一敘述了。

2 啟閉機

啟閉機的類型也是多種多樣的，不同類型啟閉機多數用它的機構特征來命名，如固定卷揚式啟閉機、液壓式啟閉機等。啟閉機按傳動形式分為機械傳動的和液壓傳動的。機械傳動的啟閉機按布置形式分為固定式和移動式兩大類。液壓傳動的啟閉機一般只有固定式。

下面就3種常用的啟閉機來分別介紹它們的特點和適用范圍。

2.1 固定卷揚式啟閉機

固定卷揚式啟閉機有結構緊湊、承載能力大、運行平穩可靠、安裝維護方便等優點，而在啟閉力和揚程方面有寬廣的適應范圍，因此使用最為廣泛，主要用于靠自重、水柱或其它加重方式關閉孔口的閘門，見圖3。其缺點是不能產生下壓力，自重相對較大，尤其是大容量的固定卷揚式啟閉機更是如此。

2.2 螺桿式啟閉機

螺桿式啟閉機主要用在需要下壓力的閘門上。螺桿式啟閉機具有結構簡單、造價低廉以及操作方便等優點，其缺點是啟閉力不能太大，速度較低，行程也受限制。

圖3 卷揚式啟閉機圖

2.3 液壓啟閉機

液壓啟閉機依靠液壓傳動來實現閘門的啟閉。近年來，由于機械制造工藝水平和液壓元件系列化、標準化水平的提高，啟閉機液壓化的趨勢在國內外都是明顯的，所以液壓啟閉機的地位越來越高。液壓啟閉機具有傳動效率高、運行平穩、啟閉容量大、結構緊湊及用鋼量少等優點，特別是它具有布置簡單、適應性強、體積小、附屬土建簡單的優點得到了日益廣泛的應用。液壓啟閉機的缺點是加工精度較高、造價相對略高。目前國內已有QPPY、QPKY、QHLY等系列化液壓啟閉機。近幾年國內部分廠家已經研發生產了新一代機、電、液一體化的新型液壓啟閉機集成式啟閉機，并在部分水利工程中推廣使用。

3 結論

隨著當代新材料，新工藝在水利工程上的推廣應用，出現了許多新型閘門和啟閉設備，所以在閘門設計中還應提倡創新精神，要積極慎重地采用新技術、新材料、新門型、新結構、新工藝，力求閘門設計經濟合理、技術先進、安全可靠、運用方便，從而使工程最大限度地發揮經濟效益和社會效益。同時閘門選型要根據工程的實際情況選擇適合的閘門及配套的啟閉機，例如在城市景觀水利工程中我們可以多考慮景觀要求，選擇外形美觀，結構簡單的液壓啟閉機，但在農村水利工程中我們一般不選擇液壓啟閉機，而更傾向選擇螺桿式啟閉機，因為螺桿式較液壓啟閉機造價低，而且建在農村方便管理。總之閘門選型布置要因地制宜，不要照抄照搬，不要脫離工程實際情況，只有經反復論證擬定之后，才可順利地進行閘門的結構布置與結構設計計算。

［1］陳寶華，張世儒.水閘［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［2］水利水電規劃設計管理局.SL265—2001水閘設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］談松曦.水閘設計［M］.北京:水利電力出版社，2001.

［4］水利水電規劃設計管理局.SL/T191—96水工混凝土結構設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，1997.

［5］水利水電規劃設計管理局.DL5077—1997水工建筑物荷載設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，1997.

［6］水利水電規劃設計管理局.GB50288—99灌溉排水工程設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，1999.

［7］水利水電規劃設計管理局.SL252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標準［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.