尤寬山 楊文艷 張 俊

底軸驅(qū)動式翻板閘門沖淤系統(tǒng)介紹及深化設(shè)計(jì)

尤寬山 楊文艷 張 俊

由于我國城市用水、景觀建設(shè)及環(huán)境整治和灌溉、發(fā)電的需要，底軸驅(qū)動式翻板閘門得到廣泛運(yùn)用。底軸驅(qū)動式翻板閘門是一種新型可調(diào)控溢流壩，由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼性壩體、驅(qū)動裝置設(shè)備等組成。這種建筑物適合于河道孔口較寬（10～100m）而水位差比較小的工況（1～6m），由于其可以設(shè)計(jì)得較寬，可以省去數(shù)孔閘墩，不但結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省土建投資，而且可以立壩蓄水、臥壩行洪排澇；同時(shí)還可以利用壩頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。但是翻板閘門全開時(shí)，孔口上游底板基本與閘門門板齊平，底檻下游側(cè)有一跌檻，泄流時(shí)容易使泥沙沉積，影響閘門的開啟。因此，在底檻處需設(shè)置沖淤設(shè)施。同理，一些沿軌道運(yùn)行的閘門（比如船閘橫拉門）在長時(shí)間運(yùn)行過程中，閘門門槽泥沙淤積會導(dǎo)致閘門底臺車運(yùn)行受阻，需布置一套沖淤系統(tǒng)對軌道進(jìn)行間斷性沖淤。

本文著重以江蘇省泰州市城市水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程底軸驅(qū)動式翻板閘門工程為例介紹沖淤系統(tǒng)。

一、沖淤系統(tǒng)介紹

該底軸驅(qū)動式翻板閘門工程由老通揚(yáng)運(yùn)河、鳳凰河、南官河、翻身河4個控制工程組成，每個控制工程中都設(shè)置一套沖淤系統(tǒng)。

1.沖淤系統(tǒng)原理

沖淤系統(tǒng)利用沖淤管道裝置系統(tǒng)清淤，基本思路為：將沖淤管道裝置系統(tǒng)安裝在水閘底檻處，通過動力設(shè)備（沖淤泵）給管道系統(tǒng)提供高壓水流，高壓水流通過噴嘴射出作用在淤積處，使淤積的泥沙揚(yáng)動懸浮，再借助河道自然水流將其輸送到下游河段，從而達(dá)到清除特定區(qū)域的淤積物，以期不妨礙翻板閘門的啟閉。

2.沖淤系統(tǒng)組成

該沖淤系統(tǒng)由依次連接的吸水口攔污柵、吸水管道、沖淤水泵、控制閘閥、高壓出水管道組成，沿閘門底軸軸線方向上布設(shè)有一條高壓出水管，高壓出水管道上每隔一段距離有變徑噴頭，噴頭的噴嘴對著底軸可能淤積的方向進(jìn)行沖刷，將淤泥或泥沙沖走。

3.沖淤系統(tǒng)整體布置

翻板閘門沖淤系統(tǒng)布置如圖1所示，將攔污柵設(shè)置在內(nèi)河側(cè)吸水口，沖淤泵及控制閘閥放置在液壓啟閉機(jī)機(jī)房內(nèi)，以方便對閘閥、水泵的控制和日常維護(hù)。

圖1 翻板閘門沖淤系統(tǒng)布置圖

二、沖淤水泵的選型

通過對底軸式翻板閘門沖淤系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)沖淤系統(tǒng)中的主要裝置就是沖淤水泵。沖淤水泵的選型不一，對整個系統(tǒng)的組成就造成很大的區(qū)別，所以沖淤系統(tǒng)中沖淤水泵的選型非常重要。沖淤泵的選擇主要看泵的流量、揚(yáng)程、功率等參數(shù)是否滿足沖淤的要求，在滿足這些基本參數(shù)的要求外，還要根據(jù)工地現(xiàn)場的具體情況來定水泵的型號。

圖2 沖淤系統(tǒng)工況示意圖

該沖淤系統(tǒng)工況示意如圖2。此工程

中，沖淤水泵及電動閘閥布置在液壓啟閉機(jī)房里，地基高程為1.5m。設(shè)計(jì)院原先選用自控自吸泵來進(jìn)行沖淤，所謂自吸泵，就是在啟動前不需灌水，經(jīng)短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵本身的作用，即可把水吸上來，投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但根據(jù)現(xiàn)場工況，泵吸水口的內(nèi)側(cè)水位高程為2.8m，遠(yuǎn)高于泵的進(jìn)水口2.15m高程，此時(shí)可選用同流量、揚(yáng)程、功率的立式管道離心泵，此工況下立式管道離心泵在啟動前也無需灌水，而且立式管道泵的效率要比自控自吸泵的高，價(jià)格也要比自控自吸泵低得多，結(jié)構(gòu)也要比自控自吸泵簡單得多，將來日常的使用維護(hù)成本也大大降低。由此可見，沖淤泵的選型要考慮多方面因素。

三、沖淤系統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)

沖淤系統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)主要有沖淤管道中噴嘴的選型及噴射角度問題。

1.噴嘴形狀的選擇

根據(jù)理論分析，雖然無限邊界的平面射流的流速沿程衰減比圓形管嘴射流慢，但在實(shí)際使用過程中難以達(dá)到無限邊界的要求，只能是有限邊界的矩形管嘴射流。矩形管嘴在一定的寬高比范圍內(nèi)形不成平面射流的特征，并且當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)奶卣鏖L度作射流強(qiáng)度中的長度尺度時(shí)，其沖刷坑與圓形管嘴并無區(qū)別。因此，管嘴形狀選用圓形管嘴。

2.噴嘴噴射角度的選擇

根據(jù)射流沖刷試驗(yàn)分析結(jié)果得：單個噴嘴在靜水中垂直沖刷河床面時(shí)，沖刷坑的基本形狀為圓形，當(dāng)入射角不為90°時(shí)，沖刷坑的基本形狀可近似看成是長方形；當(dāng)入射角較大時(shí)（噴嘴與床面夾角30°～60°），最終的沖淤范圍較大，此時(shí)沖淤效果較好。

四、結(jié)語

泰州市城市水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程底軸驅(qū)動式翻板閘門工程自2012年項(xiàng)目竣工以來，沖淤系統(tǒng)運(yùn)行良好，翻板閘門啟閉正常，沖淤達(dá)到預(yù)期效果■

（作者單位：江蘇省水利機(jī)械制造有限公司 225003）