下游常水位后浮箱水力自动控制闸门的设计(1)

摘要：后浮箱水力自控闸门在突尼斯麦—崩水渠已运行20多年，发挥了很好的调节控制作用。本文结合工作实践,从闸门的工作原理、结构特点、闸门选型等方面，对该闸门进行了简明的技术分析和造型介绍及设计体会、认识。

关键词：后浮箱 水力 自动闸门 工作原理 结构特点 闸门选型

　　1 概述

　　自动化是科学技术现代化的重要内容，自动闸门则是水利工程实现自动化运行的一项重要设备。浮箱水力自动化闸门是一种借助水力和重力作用，可以自动启闭和调节的自动化闸门，具有运行可靠、结构简单等特点，越来越被广泛地应用于供水、灌溉、防洪、发电、水运等工程。

　　下游常水位水力自动控制闸门的特点是，在闸后为某一设计水位条件下，当下游需水量改变时，闸门能利用水力作用自动地进行启闭，以满足闸后需水量要求，无论闸上游水位如何变化，闸门的开度大小，以下游需水量的大小而变。这种闸门是专门为输水和灌溉渠道设计的，用作渠道进水闸、节制闸及分水闸等，可实现渠道水力自动调节和输水。

　　我国援助突尼斯共和国建设的麦－崩水渠工程，设计要求水渠的水位实现自动控制。该工程采用的控制下游水位的后浮箱闸门，是我院在国内尚无设计先例，又缺乏技术资料的情况下，自行研制设计的，经过多次室内水工模型试验和中间试验，获得了有关布置、结构主要参数等一系列技术数据后，进行了施工详图设计和制造。经安装运行后证实：下游常水位水力自动控制闸门启闭灵敏、运行可靠、易于维修，达到了预想的效果。

　　笔者有幸参加了突尼斯麦—崩水渠自动控制下游常水位的后浮箱闸门的设计工作，本文结合工作实践谈谈对该类型闸门的设计体会和认识，同大家交流，以有益于推广和应用。

　　2 闸门的工作原理

　　下游常水位闸门主要由面板、臂杆、配重箱、轴承以及浮箱、浮箱套等部位组成(见图1)。

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图1 下游常水位水力自动控制闸门结构图

　　面板和浮箱的前后侧板均做成圆弧形，其圆心都和转动轴轴心重合。浮箱底部的切线方向也通过轴心，门轴高程设置在下游设计水位上，如图2所示。

　　
图2 面板、浮箱工作原理示意图

　　从图2可以看出，要使闸门处于稳定平衡状态，作用在闸门上的开门力矩（cp） 应等于关门力矩（cf)，

　　即：cp=cf　　　　　　　　　　　　　(1)

　　开门力矩cp=pdsinα　　　　　　 　　(2)

　　式中：p为包括配重的闸门重量；d为重心和转轴中心的距离；α为浮箱的底部和水面所形成的角度。

　　关门力矩

　　式中:w为水的单位重量；e为浮箱的宽度；r为浮箱的外径；r为浮箱的内径。将(2)、(3)式代入(1)式,

　　即：

　　由此可见，闸门的平衡与α 角值无关，即当闸后水位为设计水位时，只要在进行闸门设计和安装调整时，适当调整配重，使闸门重量和重心位置满足式(1)或式(4)的要求，则在该下游水位条件下，闸门开启到任何位置，也均能保持平衡。当下游水位降落时，闸门失去平衡，开度加大，下泄流量增加，下游水位回复到与转轴中心相同时，闸门才停止转动；当下游水位超过转轴中心时，闸门转动开度减小，至水位回落到转轴中心相同时，闸门停止转动。这样，能经常保持下游为常水位。

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