水利水电工程闸门启闭机设计探究

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摘要：传统闸门启闭机的设计选型方法存在适用性低、启闭耗时高的问题，针对此种问题，提出一种面向水利水电工程的闸门启闭机设计选型方法，通过分析闸门启闭机的种类划分方式，布设闸门启闭机机械参数，采用油泵闸门自动启动的方式，控制活塞杆的沉降。同时，设计闸门启闭机节流孔，控制闸门下降速度。最后采用闸门启闭机机型选择的方式，选择与水利水电工程相适用的机型，以此完成对闸门启闭机的设计选型。此外，设计对比实验，将设计选型方法与传统方法进行对比，验证设计的方法在应用中可缩短启闭耗时，运行效率更高，满足水利水电工程需求。

关键词：水利水电工程；选型设计；闸门启闭机；方法

闸门启闭机又被称之为启动（关闭）机开关，属于应用于水利工程中的大型机械设备，此设备的正常运行可直接影响到水利工程中相关水利建筑或水利生产的过程。在设计闸门启闭机过程中，除了要满足常规大型设备的运行需求，同时也要满足起重类设备运行的相关参数要求。在设计闸门启闭机中，不仅应保持设备启动关闭运行工程的可靠性，同时也要遵循经济合理性设计原则，在条件允许的情况下，甚至需要闸门启闭机在运行中兼具多项功能。基于此，本文将综合我国水利水电工程实施现状，对工程中的支撑性设备闸门启闭机进行选型设计。

1闸门启闭机种类划分

结合水利水电工程对闸门启闭机的需求，按照使用中不同的行为与特征对其进行分类。如表1所示。除上述表1中提出的对闸门启闭机类型划分方式，人工也常采用其设备的综合功能对其命名，包括卷扬式闸门启闭机、门式闸门起重机等。

2水利水电工程闸门启闭机的设计选型

2.1闸门启闭机机械参数布设

为了满足水利水电工程运行中闸门启闭机对其起到的支撑作用，本章将对闸门启闭机机械相关参数进行设计与布设。在此过程中，应根据水利水电工程内大坝区段的进水口供电数量，在每个进水孔洞位置处布设一扇6.5×10.0-60.0（长度×宽度-水头高度，下述设计同上）胶木材质的滑轮通道对其进行支撑，并利用局部水流下落的时间，进行闸门平面参数设计。为了满足水利水电工程的安全与稳定运行需求，避免闸门运行机组出现飞逸或转速事故的现象发生，要求每个滑轮机组可在最长1.0～2.0min内完成下降封闭闸门口的行为，此过程可在每个闸门启闭机的进水口安装一个液压启闭机的方式实施。在60.0m以下的水头高度（闸门启闭的最终枢纽）时，要求供电动力开关可制成最少300.0t的水压；在5.0～10.0m以下的水头高度时，要求供电动力开关可制成最少150.0t的水压。当闸门启闭机的行程为250.0mm（包括平行闸门的运行行程）时，闸门启闭机中液压泵的容量至少为150.0～300.0L，输油量的速度最低为100.0kg/min，可承受压力最低为135.0kg/cm3。上述设计过程中考虑到闸门启闭机的活塞杆状态，采用油泵闸门自动启动的方式，控制活塞杆的沉降，以此完成对闸门启闭机机械参数的布设。

2.2闸门启闭机节流孔设计

在完成上述参数布设的基础上，根据水利水电工程的运行需求对闸门启闭机的节流孔洞进行设计。设计过程中考虑到工程节流需求，可根据油盖下节垫气圈的差动阀门运行，通过对节流孔面积的改进，实现对闸门启闭机油量的控制。在对进油孔进行内孔面积设计时，考虑到原设计孔洞φ18.0mm过低，无法满足1.0～2.0min内完成下降封闭闸门口行为的需求，因此对其节流孔面积进行了改进。根据上述结构，对闸门启闭机节流孔在单位时间内通过油量进行核算。计算公式如下。2gp2gpQffrrF=µ=µ（1）式中，Q表示为闸门启闭机节流孔在单位时间内通过的油量，计算单位为cm3/s；μ表示为液压油流量系数，通常情况下表示为常数，标准孔系数约为0.60～0.63；f表示为节流孔的单位面积，计算单位表示为cm3；g表示为常规重力加速度（9.81cm/s）；p表示为闸门启闭机内单位油压，计算单位为kg/cm3；r表示为矿物油比重，计算单位为0.7～0.9×10-3kg/cm3；F表示为闸门启闭机内油缸的单位油压，计算单位为kg/cm3。根据单位对闸门启闭机节流孔在单位时间内通过的油量，对闸门下降速度进行控制。计算公式如下。Qf2Pg/FvFFR==µ−（2）式中，R表示为闸门下降的持住力，对公式（2）进行转换，可得节流孔面积，如下公式（3）所示。12/rVFfµgPF⋅=⋅（3）根据上述公式，在已经与闸门启闭机节流孔相关参数的条件下，选择可支撑上述条件的零构件，以此完成此环节设计。

3对比实验

3.1实验准备

实验以某水利水电工程闸门为实验对象，该水利水电工程总库容为4500m³，正常高水位库容达到3850m³，有效库容为2550m³，工程水库面积为3.45km²，总装机为4.5×1500kW，年利用小时为5600h，工程整体属于双曲拱型，设有的闸门为弧形闸门，其基本参数包括孔口尺寸、设计水头、面板曲率半径、支绞高度等。在实际运行中，该水利水电工程闸门启闭机与工作桥经常发生干扰，为此实验利用此次设计方法与传统方法对该水利水电工程闸门启闭机进行设计选型，设计一组对比实验，对两种水利水电工程闸门启闭机设计选型方法进行对比分析。实验根据该水利水电工程闸门对启闭作业的实际需求，选用了一台650kN的单点卷扬式平面闸门启闭机，传统闸门启闭机为450kN单点卷扬式平面闸门启闭机；并在每个闸门的进水口安装一个HKH型号液压启闭机，闸门启闭机中液压泵的容量参数设置为185.0L，输油量的最低速度设计为100.0kg/min，闸门启闭机可承受压力最低值设计为135.0kg/cm3；利用公式（1）对闸门启闭机的流孔在单位时间内通过油量进行核算，核算值为4.52cm3/s，并利用公式（2）计算出闸门下降速度控制区间为0.025～0.055m/s；该水利水电工程闸门启闭机按照单侧后拉式布置方式布置，安装在水利水电工程闸墩上，当闸门孔口的宽度大于15m时，架设钢丝绳托架。实验环境设计如下：实验记录当水利水电工程闸门孔口的宽度在17m、19m、21m、23m、25m时，闸口水压达到最大时，启动两种方法设计的启闭机对闸门进行开启闭合，每次开启闭合次数为3次，计算出闸门启闭平均时间，将其作为实验结果对比指标，对两种水利水电工程闸门启闭机设计选型方法进行对比。

3.2实验结果分析

按照上述实验过程设计，记录了两种方法下，水利水电工程闸门启闭耗时数据，实验结果如表2所示。从表2可以看出，此次设计水利水电工程闸门启闭机设计选型方法应用下，闸门启闭耗时时间比较短，基本可以控制在20s以内，远远优于传统方法，因此实验证明了设计方法更适用于水利水电工程闸门启闭机的设计选型。

4结语

为了确保我国水利水电工程的稳定实施，本文开展了水利水电工程中，支撑设备闸门启闭机的设计选型研究。并采用设计对比实验的方式，证明了本文提出的设计选型方法在实际应用中，相对价值更高，可满足水利水电工程的运行需求，具有实际应用意义。

作者:申林 徐丹 王肇优 王志强 王喆 单位:江苏省江都水利工程管理处