淺談不同類型閘門在水利工程中的應用

閆駿霞 陳小霞 鄭世華

（國家知識產權局專利局，中國 北京100088）

水利工程是對我國的水資源進行調配的一種工程，主要調配的是地下水和地表水。閘門是一種活動的擋水結構，是泄水和引水等建筑物的主要組成部分，裝于溢流壩、岸邊溢洪道、泄水孔、水工隧洞和水閘等建筑物的空口上，用以調節流量，控制上、下游水位、宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物等。在調配水資源的過程中，閘門作為一種重要的設備，將直接影響到調配的結果。另一方面，閘門的防護作用也是不可忽視的，由于水利工程修建在大江大河之中，閘門的防護能力必須達到較高的水平，否則將影響到水利工程的安全性。由此可見，閘門的作用非常重要。在此，本文主要對不同類型閘門在水利工程中的應用進行討論。

1 閘門的組成

閘門主要由三部分組成：

①主體活動部分，用以封閉或開放孔口，通稱閘門，亦稱門葉；

②埋固部分；

③啟閉設備。

活動部分包括面板梁系等稱重結構、支承行走部件、導向及止水裝置和吊耳等。埋件部分包括主軌、導軌、鉸座、門楣、底檻、止水座等，它們埋設在孔口周邊，用錨筋與水工建筑物的混凝土牢固連接，分別形成與門葉上支承行走部件及止水面，以便將門葉結構所承受的水壓力等荷載傳遞給水工建筑物，并獲得良好的閘門止水性能。啟閉機械與門葉吊耳連接，以操作控制活動部分的位置，但也有少數閘門借助水力自動控制操作啟閉。

2 閘門的分類

閘門的種類和型式較多，按照不同的標準大致可以分為以下幾類：第一，按照閘門的工作性質，可以分為工作閘門、檢修閘門、事故閘門。這些閘門的功能比較單一，但專業性較強。例如，工作閘門能在動水中進行開啟和關閉。第二，按照閘門關閉時門頂與水面的相對位置，可以劃分為露頂式閘門、潛孔式閘門。第三，按照門葉的外觀形狀，則可以劃分為平面閘門、弧形閘門、人字形閘門等等。不同形狀的閘門，具有的功能也不同，直升式平面閘門和橫軸弧形閘門應用最廣。大、中型露頂式和潛沒式的工作閘門大多采用弧形閘門，高水頭深孔工作閘門尤為常用弧形閘門。當用作事故閘門和檢修閘門時，大多采用平面閘門。工作閘門前常設置檢修閘門和事故閘門。對高水頭泄水工作閘門由于經常作動水操作或局部開啟，應設法減少閘門振動和空蝕現象，改善閘門水力條件，按不同的部件考慮動力的影響，并對門體的剛度和動力特征進行分析研究。

3 不同類型閘門在水利工程中的應用

3.1 直升平面閘門在水利中的應用

直升平面閘門是我國水利工程中應用比較廣泛的一種，應用效果也得到了業界內的肯定。直升平面閘門的技術比較簡單，其開閘方式屬于垂直快速升降，造型上也比較簡單。應用直升平面閘門，可取得以下積極效果：第一，水利工程的開閘時間和關閘時間有固定的要求，運用該類型的閘門，能夠在短時間內實現開閘和關閘，且不會遇到太大的阻礙，對日常工作有利。第二，直升平面閘門的結構簡單、閘室比較短，在維護時也相對方便一些，花費較少的時間，就能夠達到較為理想的效果。第三，該類型的閘門造價并不高，適合中小類型的水利工程。但是，直升平面閘門的結構相對簡單，一旦遇到較大的水流沖擊力，閘門將很難抵擋，遭到的破壞力較大，日后應著重加強結構設計和部分配套設施，強化功能。

3.2 弧形閘門在水利工程中的應用

弧形閘門因其有突出的優點而得到廣泛的應用，作為眾多類型中的佼佼者，為我國的水利工程發展做出了巨大的貢獻。弧形閘門的承重結構由弧形面板、主梁、次梁、豎向聯結系或隔板、起重桁架、支臂和支鉸所組成。它的擋水面形成了一個圓弧狀，弧形閘門的支鉸中心和弧形擋水面公用一個圓心。弧形閘門的支鉸設置的一般情況下是在位于閘門高度的三分之二左右的高度。弧形閘門早期應用在尼羅河壩上，閘門壁受到牽引的作用，設計者給它起了個名字叫“半徑在牽引作用下的圓筒閘門”。弧形閘門的特點是：所需啟閉力較小、沒有影響水流流態的門槽、工作橋排架高度和閘墩厚度較小、局部開啟條件好、埋設件數量少、所需閘墩較長或閘門井尺寸較大、不能提出孔口以外進行檢修和維護，也不能在孔口間互換、閘門承受的總水壓力集中于支座處，對土建結構受力不利。弧形閘門適用于中等類型的水利工程，我國正處于社會快速發展階段，中等類型的水利工程較多，運用弧形閘門可以減少繁瑣的修建措施。弧形閘門可根據水利工程的需求，進行適當的更改，不僅能夠增加想要的功能，還可以減少水流的沖擊，實現長久運營。

3.3 人字閘門在水利中的應用

人字閘門屬于技術性較高的一個類別，它主要應用在通航中，作為一個工作閘門。人字閘門是有兩扇門組成的旋轉式的開關閘門，從結構和排水量上，非常適合用在航道上。人字閘門的門底和門體下部都在水中運轉，在對人字閘門維修的時候要求船閘對其進行有效的排水，它們在啟動運行的時候只能在靜水中啟動，關閉的時候也只能在靜水中關閉。人字閘門如果內部出現問題，維修起來非常的困難，尤其是水下的檢修尤為困難。人字閘門不能在流動的水中進行有效的操作，因為它的抗扭力很小。對于大孔口船閘，人字形閘門節省材料，并且在運行的過程中也非常靈敏。由此可見，人字閘門的優勢和劣勢都比較突出，優勢在于適合通航，劣勢在于維修困難。今后的工作中，可以嘗試對人字閘門進行改造，克服其缺陷，促進水利工程的更大發展。

4 總結

本文對不同類型閘門在水利工程中的應用展開討論，論述了常用閘門的適用范圍以及其優缺點并提出了改進的方向。進行閘門形式選擇時，需要根據閘門工作性質、設置位置、運行條件閘孔跨度、啟閉力和工程造價等，結合閘門的特點，參照已有的運行實踐經驗，通過技術經濟比較確定。在今后的研究工作中，我們還應當對閘門的應用展開進一步的研究，健全閘門的分類體系和功能，加強水利工程安全運營。

［1］路彬.新疆水利工程閘門制作工藝主要技術探究[J].黑龍江水利科技,2014,10:25-27.

［2］王俐娟,陳明,陳雄.淺談美國Jordan水利工程閘門內水輪發電機組的應用[J].水電與新能源,2013,06:6-8.

［3］張勇軍,潘志富,潘榮生.淺談鹽東水利工程閘門啟閉機的運行管理[J].水電站設計,2010,01:118-120.

［4］張徹,陳肖坪.閘門及啟閉機運行狀況分析[J].價值工程,2010,18:224-225.

［5］王秀玉,梅桂生.水工閘門自動化監控系統的開發與應用研究[J].山東工業技術,2014,20:141.