【文章內(nèi)容簡介】 管道上一般設(shè)置節(jié)制閘門，用于根據(jù)需要調(diào)節(jié)控制流量，在泵站進(jìn)出口和一些隧道、涵管、倒虹管等的進(jìn) 出水口一般設(shè)置有檢修閘門，為檢修水工建筑物和泵組設(shè)備提供條件，在水庫溢流壩或溢洪道上一般設(shè)置有泄洪工作閘門，用于控制水庫的水位和泄往下游的洪水流量，組大限度地發(fā)揮水庫的功能效益 . 閘門的種類繁多，分類的方法也很多，一般可按閘門的工作性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、孔口性質(zhì)、使用材料和加工方法等標(biāo)準(zhǔn)來分類。 按閘門的工作性質(zhì)分類 閘門按工作性質(zhì) 可分為工作閘門、事故閘門、檢修閘門。 工作閘門是指水工建筑物正常運(yùn)行時(shí)需要關(guān)閉孔口的閘門。這種閘門一般使用頻繁，要求在動(dòng)水條件下啟閉，甚至部分開啟以控制流 量。但亦有在靜水工作條件下操作的工作閘門，如船閘通航的工作閘門。 事故閘門是指水工建筑物或有關(guān)設(shè)備發(fā)生事故時(shí)使用的閘門。為防止事故擴(kuò)大，事故閘門一般要求在動(dòng)水條件下關(guān)閉孔口，截?cái)嗨?，在事故清除后，則可根據(jù)具體情況在動(dòng)水或靜水條件下開啟。如果有快熟關(guān)閉的要求，則稱為快速事故閘門。 檢修閘門是指水工建筑物或有關(guān)設(shè)備檢修時(shí)使用的閘門，一般在靜水條件下操作。 閘門按結(jié)構(gòu)特征可分為：平面閘門、弧形閘門、其他形式閘門等。 1） 平面閘門 平面閘門是 具有平面擋水板德閘門，它 水工建筑物最常 用的閘門。它的結(jié)構(gòu)較為簡單， 2 操作方 便可靠，對(duì)建筑物的布置也較易配合。 至今，在世界各國的工程設(shè)施上平面閘門的采用數(shù)量仍居首位。中國水利工程使用最早最多的閘門是平面閘門，目前焊接鋼閘門已普遍采用，從其設(shè)計(jì)、制造、安裝及運(yùn)用等諸方面均已達(dá)到世界先進(jìn)水平。 簡單的平面閘門只是一塊平面的整板。比較復(fù)雜的則是梁格式的平面閘門，而其面板又可以做成平面或者曲面的形式。 平面閘門 根據(jù)其移動(dòng)方式不同，有直升式、撗拉式、轉(zhuǎn)動(dòng)式、浮箱式等幾種。 直升式 平板閘門是最為廣 泛的門型，它是一塊平板式門葉卡在門槽內(nèi)而封閉孔口的。一般可按支承 行走部分的結(jié)構(gòu)，分為滑動(dòng)式、滾輪式、鏈輪式。門葉的結(jié)構(gòu)形式也很多，如梁形、拱形、殼形等。門葉的塊數(shù)一般是一塊，也有分成兩塊或多塊的。還有一種閘門，升起后平臥在排架上，稱為升臥式平面閘門，這類閘門適合用在地震烈度較大、啟閉排架不宜太高的地方。 撗拉式平面閘門是在平面閘門門葉的底部或頂部安裝行走滾輪，可沿軌道橫向移動(dòng)，因它只能在靜水條件下操作，故多用于船閘閘首工作門 。 轉(zhuǎn)動(dòng)式平面閘門的形式比較多。橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)平面閘門安設(shè)在底部、中部、頂部而分為舌瓣門、翻板門、拍門。豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平面閘門有一字門和人字門。一字閘門是指繞 端部轉(zhuǎn)動(dòng)的平面閘門，也稱掩門。人字門是由左右兩扇繞豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)的閘門組成，在關(guān)閉位置時(shí)兩 扇閘門形成三鉸拱形形成，成人字形，故而得名。一字門和人字門只能在靜水條件下操作，一般用于船閘閘首工作閘門。 浮箱式平面閘門的門葉形如空箱，在水中可以浮動(dòng)，而當(dāng)箱內(nèi)充水時(shí)又能沉沒在水中。它的用法是將空門托運(yùn)到槽位置后，充水時(shí)沒有下沉就位。浮箱式平面閘門只能在靜水條件下操作，一般用于檢修閘門。 2） 弧形閘門 弧形閘門也是一種應(yīng)用十分廣泛的門型，它將一塊弧形門葉用支臂鉸支于較座上，一般鉸心就是弧面中心，所以壓力總是通過鉸心，運(yùn)行時(shí) 阻力 矩較小?；⌒伍l門兩側(cè)的支臂一般成雙支臂的形式，對(duì)于高度較大的弧形閘門，其支臂也有做成三支 臂的形式。根據(jù)支臂的布置，則有直支臂和斜支臂之分?；⌒伍l門的支承 鉸主要分為鉸鏈和焦作 2兩部分，它承受支臂的推力并傳到基礎(chǔ)上。但是，弧形閘門的設(shè)計(jì)、施工和安裝一般比較復(fù)雜，它需要較長的閘墩和墩內(nèi)承受集中推力的鋼筋。 按孔口性質(zhì)可以分為：露頂式和潛孔式閘門兩類。 3 露頂式閘門是指當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)，閘門門葉頂部高出上游正常水位的閘門。露頂式閘門關(guān)閉時(shí)，閘門兩側(cè)和底緣與門槽埋件接觸，一般設(shè)有止水和底止水裝 置。 潛孔式閘門在關(guān)閉孔口時(shí)，閘門門葉頂部低于上游正常高水位，此時(shí)閘門的四周與孔口周圍接觸，可封閉矩形或圓形孔口。這類閘門的止水要復(fù)雜一些，尤其是潛孔式弧形閘門的頂止水需慎重處理。 按閘門（主要指沒有結(jié)構(gòu)）使用的材料可分為鋼閘門、鋼筋混凝土閘門、木閘門等。 1)鋼閘門 鋼閘門具有自重輕、承載力大、性能和質(zhì)量穩(wěn)定、施工和維護(hù)簡單、有一定的抗震性、可減少啟閉設(shè)備的投資等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國綜合國力和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，目前的大中型工程中均采用鋼閘門。 為了保證安全，延長使用壽命，鋼閘門需 采取防腐蝕措施，通常采用熱噴鋅涂封閉漆的方案，在選用涂料時(shí)應(yīng)注意其化學(xué)成分，尤其是在水源工程中，一般避免對(duì)水源造成污染。 鋼閘門按制造方法的不同又可以分為焊接鋼閘門、鉚接鋼閘門、鑄造鋼閘門等。 焊接鋼閘門有制造安裝 簡單、工期短等優(yōu)點(diǎn)，在工程中使用最廣泛。大、中型鋼閘門中的長直焊縫還可采用自動(dòng)焊，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快生產(chǎn)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。受運(yùn)輸尺寸和重量的限制，大中型閘門制造時(shí)通常分解成幾塊，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后再拼接成整體。要是受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，如在冬季氣溫低于零下十五攝氏度的 情況下，難以保證安裝焊縫 的焊接質(zhì)量，閘門安裝接縫可采用螺栓連接。 鉚接鋼閘門由于耗綱量大、工藝要求嚴(yán)格、制造費(fèi)用高的缺點(diǎn)，目前已經(jīng)很少采用。 鑄造 鋼閘門由于孔口尺寸較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，如平板閘閥、蝴蝶閥、針型閥等。鑄造的勞動(dòng)強(qiáng)度及加工工作量大，費(fèi)用一般較高。目前國內(nèi)已有大量專業(yè)制造廠家生產(chǎn)的系列定型產(chǎn)品，可根據(jù)需要選用。小型閘門也可用鑄鐵閘門，有布置簡單緊湊、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國內(nèi)一些企業(yè)，特別是環(huán)保行業(yè)的制造廠已經(jīng)有一系列的定型產(chǎn)品。 2）鋼筋混凝土閘門和木閘門 鋼筋混凝土閘門制造、維護(hù)比較簡單、造價(jià)低廉，適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的一些 小型工程。但其輜重偏大加大了啟閉設(shè)備的容量，并且混凝土有透水性，結(jié)構(gòu)抗震性差，一般大、中型工程中不推薦采用。 木閘門設(shè)有用于孔口和水頭很小的情況。但木材在水中易腐朽，使用壽命有限，需經(jīng) 4 常更換，所以目前很少使用。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的鋼產(chǎn)量已經(jīng)位居世界前列，機(jī)械加工和焊接技術(shù)水平也在不斷提高，電力供應(yīng)充足。因此，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)有限考慮采用鋼閘門。 平面鋼閘門一般是由可以上下移動(dòng)的門葉結(jié)構(gòu)、埋固構(gòu)件和啟閉設(shè)備三大部分構(gòu)成。 1—— 活動(dòng)部分； 2—— 埋設(shè)部分； 3—— 啟閉設(shè)備 門葉結(jié)構(gòu)是用來封閉孔口的活動(dòng)擋水結(jié)構(gòu)。如圖所示為平面鋼閘門的門葉結(jié)構(gòu)總圖。由圖可見，門葉結(jié)構(gòu)是由面板、梁格、橫向和縱向連接系、行走支撐（滾輪或滑塊）以及止水等部件組成。 1)面板 用來直接擋水，并將承受的水壓力傳給梁格。面板通常設(shè)在閘門上游面，這樣可以避免梁格和行走支撐沒于水中而聚集污物，也可以減少因門底過水而產(chǎn)生的震動(dòng)。僅對(duì)靜水啟閉的門底流速較小的閘門，為了設(shè)置止水的方便，面板可設(shè)在閘門的下游面。 2）梁格 梁格用于支撐面板，以減少面板跨度而達(dá)到減少面板厚度的目的。由 圖可見，梁格一般包括主梁、次梁（包括水平次梁、豎直次梁、頂梁和底梁）和邊梁。它們共同支撐著面板，并將面板傳來的水壓力依次 通過次梁、主梁、邊梁而后傳給閘門的行走支撐。 3）空間聯(lián)結(jié)系 由于門葉結(jié)構(gòu)是一個(gè)豎放的梁板結(jié)構(gòu)，梁格自重是豎向的，而梁格所承受的水壓力卻是水平的，因此，要使每一根梁都能處在它所承擔(dān)的外力作用的平面內(nèi)，就必須用聯(lián)結(jié)系來保證每個(gè)梁格在閘門空間的相對(duì)位置。同時(shí)，聯(lián)結(jié)系還起到增強(qiáng)門 5 葉結(jié)構(gòu)在橫向豎平面內(nèi)和縱向平面內(nèi)剛度的作用。 橫向聯(lián)結(jié)系位于閘門橫向豎平面內(nèi)，其形式一般為腹板隔板式，也有桁架式 。橫向連接系用來支撐頂梁、底梁和水平次梁，并將所承受的力傳給主梁。同時(shí)，橫向連接系保證著門葉結(jié)構(gòu)在橫向豎平面的剛度，不使 門頂和門底產(chǎn)生過大的變形。 縱向聯(lián)結(jié)系一般采用桁架式或鋼架式。桁架式結(jié)構(gòu)的桿件由橫向聯(lián)結(jié)系的下弦、主梁的下翼緣和另設(shè)的斜桿所組成。這個(gè)桁架支撐在邊梁上，其主要任務(wù)是承受門葉自重及其它可能產(chǎn)生的豎向載荷，并配合橫向聯(lián)結(jié)系保證整個(gè)門葉結(jié)構(gòu)在空間的剛度。 4）行走支承 門葉支承部分應(yīng)用較多的是滑動(dòng)支承、滾輪支承和鏈輪支承等。支承部分也是門葉移動(dòng)的行走部分。滑動(dòng)支承是裝在門葉主體邊梁處的滑塊。 其在固結(jié)于門槽內(nèi)的支承軌道上作滑動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)，接觸處是面或線。滾動(dòng)支承是裝在門葉邊梁上的輪子，其在門槽軌道上作滾動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)，接觸處是點(diǎn)或線。鏈輪支承是環(huán)繞門葉邊柱由一系列圓柱滾子組成的形似鏈條式的閉合鏈環(huán)。這種支承的閘門也稱履帶式閘門?；瑒?dòng)支承的閘門摩擦阻力大，啟門力大；滾輪支承摩擦阻力小，啟門力也小，但閘門門葉較重；鏈輪支承也作滾動(dòng)摩擦，其優(yōu)點(diǎn)是由數(shù)目較多的小滾柱承受閘門的水壓力 ,單個(gè)輪壓小 ,使得門槽內(nèi)敷設(shè)的軌道斷面小、重量輕。滾輪支承的閘門，根據(jù)閘門特征及梁格布置設(shè)有懸臂（外伸）輪、簡支輪和臺(tái)車式輪組 。 為保證門 葉結(jié)構(gòu)上下移動(dòng)的靈活性，需要在邊梁上設(shè)置滾輪或滑塊，這些行走支承 還將 閘門上所承受的水壓力傳遞到埋設(shè)的門槽內(nèi)的軌道上。 5）吊具 用來連接啟閉機(jī)的牽引構(gòu)件。 平面閘門的吊耳一般均設(shè)在閘門門葉主體結(jié)構(gòu)上端的頂橫梁上，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸大小和形式可直接焊固在頂梁上或單獨(dú)制造，然后在現(xiàn)場(chǎng)焊固。 6）止水 為了防止閘門漏水，在門葉結(jié)構(gòu)與孔口周圍之間的所有縫隙里需要設(shè)置止水（也稱水封）。最常用的止水是固定在門葉結(jié)構(gòu)上的定型橡皮止水。 裝設(shè)在閘門門葉主體上密封孔口的止水裝置一般均為特殊制造的可壓縮耐磨橡膠制品， 就其布置部位分為頂止水、側(cè)止水和底緣止水。各止水的接頭部位銜接處均在現(xiàn)場(chǎng)配裝時(shí)進(jìn)行熱膠合處理，以保證周圍止水的效果。 由門葉的支承軌道、止水密封（座墊）、移動(dòng)導(dǎo)向墊板和護(hù)角組成。門槽的體型分為：矩形方角門槽，一般適用于低流速；矩形錯(cuò)距斜坡門槽，適用于中流速；特形門槽，適用于高速水流。門槽形狀由模型試驗(yàn)確定 ,以使在門槽部位不產(chǎn)生空蝕或磨蝕 。潛孔式閘門頂止水座板部位一般稱門楣。根據(jù)閘門的工作性質(zhì)在門楣以上設(shè)有一 6 定高度的鋼板胸墻，它是埋設(shè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其他如主軌、反向軌、底坎等都是埋設(shè)件 啟閉設(shè)備是 閘門門葉運(yùn)移 (開或關(guān) )的操作機(jī)械。根據(jù)平面閘門的操作特點(diǎn)及孔口尺寸，分為： ① 操作設(shè)備直接與閘門門葉連接并固定在門槽（埋設(shè)件）上，形成一個(gè)整體（如閘閥、截門）； ② 啟閉機(jī)固定或移動(dòng)于建筑物上，遠(yuǎn)離閘門門葉，通過吊具與門葉連接。啟閉設(shè)備據(jù)以選型的主要參數(shù)是啟閉力和升降揚(yáng)程。當(dāng)平面閘門門葉自重不能克服下門阻力順利關(guān)閉時(shí)，可采用加重塊，借助水柱壓力或直接由啟閉設(shè)備加壓迫使關(guān)閉。 對(duì)于小型閘門，常用螺桿式啟閉機(jī)，對(duì)于大、中型閘門常采用卷揚(yáng)機(jī)啟閉機(jī)或油壓機(jī)式啟閉機(jī)。 7 2 設(shè)計(jì)工況和主要的設(shè)計(jì)參數(shù) 紫蘭壩水電站是白龍江干流梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃的最后一個(gè)梯級(jí)水電站，其主要任務(wù)是發(fā)電。樞紐建筑物布置為左岸河床五孔泄水閘，右岸河床是電站引水發(fā)電。及左右岸混凝土副壩。電站以發(fā)電為主，兼有改善下游航運(yùn)等綜合效益。電站共安裝三臺(tái)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為 34MW，總裝機(jī)容量 102MW。紫蘭壩水電站引水發(fā)電系統(tǒng)的出口有三孔尾水門埋件，三扇尾水門。 本次設(shè)計(jì)的是水電站進(jìn)水出口事故門兼尾水檢修閘門。 基本設(shè)計(jì)資料： 設(shè)置地點(diǎn) 電站進(jìn)水出水口 孔口性質(zhì) 潛孔 孔口尺寸（寬 高） 底坎高程 正常蓄水位 下游設(shè)計(jì)洪水位 最低尾水位 止水尺寸（寬高） 按事故檢修閘門 按尾水門 設(shè)計(jì)水頭 事故檢修門 尾水門 支撐跨度 水容量 103kg／ m3 門葉結(jié)構(gòu)材料 Q345B 運(yùn)行條件 動(dòng)閉靜啟 注：本閘門的事故門水頭是考慮 = 的不利工況，這種情況是機(jī)組出事故時(shí)，需閉門檔上游水，此時(shí)下游水位處于最低尾水位狀態(tài)，尾水門水頭是考慮= 的不利情況，這種情況實(shí)在汛期時(shí)機(jī)組出事故需閉門，流道里的水抽干后門擋水。 8 3 閘門的結(jié)構(gòu)布置 閘門的選型與布置，主要是確定閘門與啟閉機(jī)的 設(shè)置位置，孔口尺寸、閘門與啟閉機(jī)械的形式、數(shù)量、運(yùn)行方式和檢修有關(guān)的布置要求等。 閘門設(shè)計(jì)還應(yīng)提倡創(chuàng)新精神，要積極慎重地采用新技術(shù)、新材料、新門型、新結(jié)構(gòu)、新工藝，力求閘門設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)領(lǐng)先、安全可靠、運(yùn)用方便，從而使工程最大限度地 發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。閘門選型布置只有經(jīng)過反復(fù)論證擬定后才能順利地進(jìn)行閘門的結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)計(jì)算。 閘門的設(shè)置位置，應(yīng)特別注意閘門水力學(xué)問題，應(yīng)使水流平順，流態(tài)良好，避免門前橫向流和漩渦的發(fā)生，在門后則應(yīng)避免出現(xiàn)淹沒出流與回流。對(duì)重要的閘門或水流條件復(fù)雜的閘門，應(yīng)對(duì)運(yùn)行中可能產(chǎn) 生的空蝕、震動(dòng)、啟閉力和磨損等作專門的研究，從透氣孔的設(shè)計(jì)、門槽體型、止水形式、胸墻相關(guān)尺寸和操作方式等方面采取有效的措施，以避免或減輕其不利影響。 閘門孔口尺寸應(yīng)滿足過流能力或過船、過木、排冰或排沙的要求，還應(yīng)考慮水工建筑物結(jié)構(gòu)的情況及閘門本身的結(jié)構(gòu)、材料、啟閉設(shè)備、制造技術(shù)等?？卓诔叽缫税撮l門孔口和設(shè)計(jì)水頭系列標(biāo)準(zhǔn)選取，使閘門