泄洪閘門

調節控制水庫水位的工作閘門

用以宣洩洪水並調節控制水庫水位的工作閘門。它具有承受各種靜、動載荷的能力;能在動水中啟閉;並具備良好的結構和水力學特性。泄洪閘門的水流流態直接影響閘門運行的可靠性,在高速水流下,往往會引起閘門及其所在建築物產生振動、空蝕、沖刷或加劇泥沙磨損等不良後果。因而對閘門的結構動力特性和水流流態應予十分重視。

類型


泄洪閘門常用弧形閘門、平面閘門或錐形閥等。弧形閘門和平面閘門可布置在泄水建築物的進口、中段或出口。弧形閘門在布置上一般不設門槽,水力學條件好,動水中操作時啟閉力小,適於用作泄洪閘門。平面閘門一般指直升式平面閘門,其水力學特性比弧形閘門差,但在布置上比設置弧形閘門緊湊,同時閘門可提出門槽便於檢修。在泄水建築物的出口往往選用各類閥門,如錐形閥、針形閥空注閥高壓閘閥等等,其中以錐形閥結構簡單,便於製造,自重輕,並具有水力條件好和流量係數大等特點,常用於中、小水利水電工程泄水管道的出口。其他閥門因結構複雜,製造加工困難,造價高,較少採用。

泄洪閘門的水力學問題


一般弧形閘門在布置上由於沒有門槽對水流的干擾,閘門水力學條件較好。對帶有突擴門槽的弧形閘門,需考慮弧門啟閉過程中的摻氣、水翅及縫隙射水等水力學問題,對突擴門槽的體形及通氣等設施,應進行水力模型試驗驗證確定。
平面閘門門槽的水力學條件較差,是產生空蝕的主要因素。要合理選擇平面閘門門槽型式以防止門槽空蝕損害。水流空蝕數與反映門槽體形空蝕特性的初生空蝕數進行比較,作為判別所用門槽是否會發生空穴的條件。閘門底緣型式對閘下水流流態有一定影響,一般當底緣上游傾斜角為45°~60°時,在閘下自由出流及底緣水流不出現分離現象的條件下,底緣上游傾斜面上的上托力係數βt較為穩定(βt=0.7~1.0);下游傾角大於或等於30°時,底緣下游通氣充分,流態良好,可不計下吸力。

泄洪閘門的通氣孔


在泄洪閘門門后應設置通氣孔,供閘后水流補氣或排氣之用。這是保證閘門正常工作,改善水流流態,防止空蝕、振動,減小閘門啟閉力的重要措施之一。門后水道因不設通氣孔或其面積偏小或位置不當,都會造成閘門操作過程中的故障,影響安全運行,或加劇空蝕、振動等問題的發生。

閘門振動


水工閘門為一彈性系統,在動水及其他動力作用下,會使系統中任一構件的位移或應力產生隨時間的往複變化,即為閘門振動現象。在一般情況下,閘門振動是輕微的,只有在某些特定條件下(如共振)才較嚴重。閘門振動的研究目前側重於原型觀測,探求其振源和振因,並採取相應的減振或防振措施。導致閘門振動的主要因素有:閘門某開度的水流條件不好、閘門結構的剛度不當、製造和安裝精度不良、下游淹沒水躍對閘門的衝擊作用、止水漏水、門底緣型式不妥、通氣孔面積不足、明滿流交替水流及門頂門底同時過水不良作用等。

泄洪閘門的止水裝置


平面泄洪閘門一般採用上游面止水,但因門葉及其支承結構承載后產生變位,易使上游面止水脫開而產生陣發性漏水,往往引起閘門振動,需採取措施防止。平面泄洪閘門如採用下游面止水,雖可獲得較好的止水效果,但由於其底緣型式引起的水力設計比較複雜,啟閉機的啟門力或下壓力較大,故較少採用。
弧形泄洪閘門的頂止水均位於上游面,因此也會發生平面泄洪閘門上游面止水的類似情況。高水頭深孔弧形閘門承受巨大水壓力后,因門葉及支臂等構件產生較大的徑向壓縮變形,為使頂止水不漏水,就需使止水具有大於閘門徑向變形量的伸縮量。為解決這一問題,通常深孔弧形閘門的頂止水採用兩道止水。近年又出現了如轉軸式、壓緊式、充壓式等一些新型止水形式,以適應較大的閘門變形。為適應高水頭弧形閘門局部開啟泄洪的要求,一種壓緊式止水的偏心鉸弧形閘門已在許多國家採用。中國龍羊峽和東江兩水電站上也已投入運用,運行情況良好。