類型
水力自動閘門按閘門的形式可分為翻板閘門、弧形閘門、鼓形閘門、扇形閘門及舌瓣閘門等。各閘門利用力矩平衡或以控制浮室水位操作槓桿的方式進行啟閉,以實現水流的自動調節和運行。藉助水力自動操縱門葉而控制水道孔口啟閉,以實現水流的自動調節和運行。
水力自動翻板閘門
水力自動翻板閘門是一種藉助水壓力和重力的作用,隨著水位的變化,為保持水壓力與重力的平衡而自動啟閉的閘門,該閘門主要利用力矩平衡原理使閘門繞水平軸轉動,隨著上游水位的變化自動啟閉的一種自動化閘門。該類閘門主要用於攔河閘上,在正常蓄水位時,閘門關閉蓄水,以滿足灌溉、發電和航運的需要。它具有運行穩定,管理方便等優點。水力自動翻板閘門在國內外已經有較長的套用歷史。在我國,從20世紀50年代以來,交通航運和水利部門對水力自動平面旋轉閘門進行了廣泛的試驗研究和工程實踐,使翻板閘門在防洪、發電、航運等工程中得到廣泛套用。到20世紀60年代中期,翻板閘門門型的門體結構、材料套用及閘門的工作原理等方面有所突破。20世紀70年代初期,我國陸續湧現了一批在結構型式和調節性能以及運行方式上都有較大發展的新型的水力自動翻板閘門。到了20世紀80年代,連桿滾輪式水力自動翻板閘門的出現使翻板閘門的結構型式和調節性能更加完善。隨著許多學者的深入研究,使這類閘門突破了繞固定支點旋轉的常規做法,使閘門沿多個支點或曲線形軌道旋轉移動,改善了該類閘門的功能。
水力自動弧形閘門
弧形閘門因其啟門力小,沒有門槽,過流流態好,操作運行方便等優點,在國內外得到了廣泛套用,是水工建築物中套用最為廣泛的門型之一。弧形閘門早起的套用是1860年尼羅河三角洲Rosetla壩和Damietta壩。1894~1895年,德國第一次在柏林附近安裝並使用弧形閘門。
水力自動沖沙閘門
國內外水力自動閘門型式眾多,但多數均是設計在清水中運行,而多泥沙河流上,從引水樞紐引出的水,通常需要經沉砂池進行沉沙,當沉砂池淤積到一定程度後,開啟閘門沖沙。為此,法國興建了一種水力自動沖沙閘門。該閘門主要由檢波系統、放大系統、排沙系統三部分組成。但該類閘門的結構及套用條件比較複雜,且取水流量也只能控制在0.3~6.4立方米每秒,因此,只是在法國修建了十幾座,並未得到廣泛的套用。
水力自動滾筒閘門
水力自動滾筒閘門是一种放置在溢流壩頂,可調節水流運行的新型的水力自動閘門。該閘門的工作特點是根據上游來水量和水位變化情況,利用水壓力產生的推動力矩與閘門自重以及閘門配重產生的回覆力矩進行自動啟閉,實現水流的自動調節、運行和排沙。該閘門在多泥沙河流中,能保證將高含沙洪水按需分洪,在泥沙淤積情況下,可按設計標準快速啟閉。同時,在上游來水量較大時,具有從閘門上、下同時過水的特點,保證有較大的過水能力和較小的上游水深壅高值,使堤防工程量大大減少,可更好地調節水流運行。水力自動滾筒閘門的研究與套用對提高高含沙洪水資源的利用具有重要的意義。
研究方法
對於水力自動閘門研究方法主要有:理論分析、模型試驗和數值計算。理論分析主要是通過對水力自動閘門的工作特點進行分析後,套用基本理論、科研信息和相關領域的基礎知識,進行分析判斷,定性地分析閘門的工作原理,並對閘體的受力變化進行分析。理論分析的優點在於所得結果具有普遍性,各影響因素清晰可見,是指導模型試驗研究和數值計算的理論基礎。模型試驗,是基於水力自動閘門的模型試驗裝置、測試設備等對閘門的各個工作狀態進行監測,套用先進的測量設備、數據採集軟體等對模型的水力學特性進行觀察和測量,得到相關的數據和圖像。模型試驗是研究水力自動閘門的重要方法,也是水工模型水力特性研究的重要途徑。
採用數值模擬對水力自動閘門進行研究,具有靈活性強、周期短、成本低及可預測性等優勢,也是研究的有效手段。數值計算是基於計算流體動力學的模擬方法,隨著計算機技術和CFD技術的發展,已經廣泛套用於各種流場的研究。數值模擬、模型試驗、理論分析是研究水力自動閘門的三種基本方法,它們是相互依賴,相互促進的。
