袁明

麥洛維灌溉項(xiàng)目位于蘇丹北部,大約在喀土穆以南300km至400km,尼羅河第三和第四瀑布之間。工程主要內(nèi)容包括:3條輸水主渠及支渠、渠道水工建筑物、路橋及抽水和增壓泵站等。其中渠道水工建筑物主要包括弧形閘門、自控閘門、疊梁門、攔污柵、針形門等附件及配套設(shè)施,而其中自控閘門在國內(nèi)工程中應(yīng)用較少,國外工程相對(duì)應(yīng)用較多,如法國EYRTEC生產(chǎn)的AVIO/AVIS型自控閘門[1]。

蘇丹麥洛維灌溉項(xiàng)目自控閘門根據(jù)過流方式,分為淹沒出流式(AVIO)和自由水面出流式(AVIS),其中AVIO式11種規(guī)格,共80套;AVIS式6種規(guī)格,共18套。

1自控閘門設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)形式

1.1 自控閘門設(shè)計(jì)原理[2]

自控閘門結(jié)構(gòu)由弧形面板、支臂、配重箱、浮箱、支撐軸、浮箱套等配件組成,面板和浮箱前后側(cè)板均是圓弧型,其圓心和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸心重合,浮箱底部的切線方向亦通過圓心,轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸心高程設(shè)置為下游常水位(設(shè)計(jì)水位),在靜水壓力和動(dòng)水壓力兩者情況下,要使閘門處于動(dòng)態(tài)平衡,就需要使作用在閘門上的力矩合應(yīng)等于零。由于真正對(duì)閘門產(chǎn)生力矩只有面板、配重箱等的重力和浮箱的浮力,均處于鉛直方向(即相互平衡),所以支臂的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)力矩平衡沒影響,故只需調(diào)整閘門重力和重心位置,使其滿足MF+MG=0,就能確保無論下游水位升高或降低,閘門均能開啟到相應(yīng)位置,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡,控制下游水位。

1.2 自控閘門結(jié)構(gòu)形式

(1)弧形面板為上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu),剖面形式為弧型,與主縱梁進(jìn)行焊接連接,為滿足側(cè)部過水流暢,減少非恒定流過流對(duì)閘門穩(wěn)定的影響,在主縱梁上需要開孔;為防止擋水弧形面板過流時(shí)產(chǎn)生震動(dòng),以及減少上游水體對(duì)弧形面板的沖擊作用及漩渦的產(chǎn)生,對(duì)于無胸墻低水頭自控閘門(AVIS)應(yīng)設(shè)置緩沖箱,緩沖箱為焊接在弧形面板上的箱體,箱體底部有漏水孔。

(2)支臂結(jié)構(gòu)前端部采用螺栓連接在主縱梁上,后端部和浮箱也是采用螺栓連接的形式。支臂上焊有臨時(shí)的吊耳,為安裝和檢修及起吊時(shí)用。

(3)配重箱:配重箱和支承軸上的鋼板采用螺栓連接。配重箱和支臂上的鋼板采用焊接連接,支臂和支承軸上的鋼板采用螺栓連接。

(4)浮箱:內(nèi)部是密封的空間,不可漏水,浸水。浮箱上有一開口,用于添加配重之用,開口上用螺栓連接蓋板。浮箱和轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的連接鋼板焊接連接。

(5)支承軸:支承軸分為大小軸,小軸支撐在左右混凝土門槽上;為減少阻力,大軸和小軸的連接方式采用滾動(dòng)軸承連接,大軸和支臂浮箱焊接連接。

(6)浮箱套:用于盛放浮箱之用,浮箱的浮力是依靠浮箱套內(nèi)的水產(chǎn)生的。浮箱套后端部和后面的鐵梯螺栓連接,浮箱套與閘門結(jié)構(gòu)無固定連接,浮箱套前端通過滾輪支撐和轉(zhuǎn)動(dòng)軸接觸。浮箱套上預(yù)留與PVC管相配的孔,連接到下游明渠,避開水躍影響。

2自控閘門安裝及調(diào)試

2.1 自控閘門安裝

采用25t汽車吊進(jìn)行閘門的吊裝和安裝調(diào)整。閘室內(nèi)搭設(shè)鋼支架,支架的搭設(shè)高度要滿足鉸鏈軸線、門葉幾何中心線、浮箱裝置幾何中心與自控閘門下游設(shè)計(jì)平衡水位保持一致。面板與浮箱、支承軸及平衡錘整體吊入閘室,面板、支鉸軸入槽到位。平衡錘固定在支架上,以便活動(dòng)部件的重心位于閘門保持平衡的位置上。確保面板和浮箱的前后側(cè)板的圓弧圓心和轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心重合,浮箱底部的切線方向也通過軸心。

2.2 自控閘門試驗(yàn)與調(diào)試[3]

(1)模型設(shè)計(jì)與制作。

模型均采用1∶1的原型試驗(yàn),閘門采用鋼結(jié)構(gòu)制作。

(2)測試所需條件。

試驗(yàn)中渠道尾水流入蓄水池,再由水泵自蓄水池抽到渠道進(jìn)口。在渠道進(jìn)口設(shè)置矩形薄壁堰,流量的控制采用分水器來控制,下游水位的調(diào)節(jié)采用尾水閘門來控制。

(3)水力自動(dòng)控制閘門的試驗(yàn)部分。

試驗(yàn)閘門運(yùn)行水位流量關(guān)系,以驗(yàn)證閘門流量計(jì)算公式及其參數(shù);對(duì)于下游常水位閘門,浮箱套底縫的大小將直接影響浮箱套的阻尼大小與濾波的效果,并對(duì)閘門運(yùn)行的平穩(wěn)性起重要作用。因此對(duì)不同大小的縫均應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),同時(shí)對(duì)高水頭帶胸墻的自動(dòng)閘門,還需檢驗(yàn)連通浮箱套與水位濾波井之間的連通管的阻尼與濾波效果;對(duì)無胸墻的低水頭閘門進(jìn)行上游面設(shè)置緩沖箱的試驗(yàn)。最后將獲得的水力自動(dòng)閘門動(dòng)態(tài)運(yùn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù),與所編制的水力自動(dòng)閘門仿真軟件的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證模型的正確性并修正計(jì)算模型的相關(guān)參數(shù)。

(4)工地現(xiàn)場試驗(yàn)與調(diào)試。

工地現(xiàn)場組裝整體構(gòu)件,支臂端部和面板上的主縱梁連接,連接形式為螺栓連接;組裝后,把左右支鉸臨時(shí)固定于相應(yīng)門槽內(nèi)。對(duì)閘門進(jìn)行全行程試驗(yàn),檢查閘門面板與梯形門槽有無卡阻現(xiàn)象;閘門在全關(guān)位置時(shí),確?；⌒蚊姘迮c左右兩側(cè)門槽有少量空隙,底部面板與門槽底檻接觸良好。支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)中心高程與下游控制常水位相齊平。

自控閘門現(xiàn)場試驗(yàn)與調(diào)試,分無水狀態(tài)和有水狀態(tài)。

當(dāng)閘門在自由水面中運(yùn)行時(shí),精確調(diào)整配重箱內(nèi)和浮箱內(nèi)的配重,使閘門整體重心和平衡,保證閘門處于全關(guān)狀態(tài)(有微小開度)時(shí),重心位于支鉸軸中心上方。

當(dāng)閘門在動(dòng)水中運(yùn)行時(shí),對(duì)連通浮箱套與水位濾波井之間通水管的阻尼與濾波效果進(jìn)行試驗(yàn)。通過操作濾波井與浮箱套之間連通管上的蝶閥進(jìn)行調(diào)試調(diào)節(jié),直至自控閘門平穩(wěn)運(yùn)行,最終確定蝶閥開度,并檢測下游控制水位位置是否與閘門設(shè)計(jì)水位一致。

3結(jié)語

常水位自控閘門是蘇丹麥洛維灌溉項(xiàng)目金結(jié)產(chǎn)品設(shè)計(jì)施工的重點(diǎn)和難點(diǎn),其設(shè)計(jì)運(yùn)行的原則在于不依靠閘門啟閉裝置的條件下,自控閘門能夠在無壓流和有壓流兩種情況下,均能進(jìn)行精確、穩(wěn)定、安全的操作,并確保下游水位始終與設(shè)計(jì)水位保持一致。鑒于AVIS常水位自控閘門具有設(shè)計(jì)簡化、自動(dòng)控制、管理簡單等優(yōu)點(diǎn),其已在馬里索科洛灌區(qū)推廣應(yīng)用,效果良好,本文通過分析研究其設(shè)計(jì)原理,闡明其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試過程,對(duì)蘇丹麥洛維灌溉項(xiàng)目金結(jié)部分的順利實(shí)施有良好的借鑒和參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 歐陽增發(fā),陳峰,等.AVIS水力自控閘門性能研究及應(yīng)用[J].西部探礦工程,2010(1).

[2] 王長德,張禮衛(wèi).下游常水位水力自控控制渠道運(yùn)行狀態(tài)過程[J].水利學(xué)報(bào),1997(11).

[3] 劉艷林.新型水力自控閘門動(dòng)水壓力的研究[D].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.