1、1水工建筑物闸门震动问题分析摘要：本文对水工建筑物闸门震动问题做了简单介绍，并对震动原因作出分析。 关键词：水工建筑物闸门；闸门震动；自震特性 中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号： 引言：闸门的安全运行直接决定着水工建筑物工程效益的发挥，而闸门的振动是影响闸门安全运行的重要因素之一，同时闸门的振动问题也是水工建筑物管理运行的重要课题之一。根据相关水管单位多年对水工建筑物运行管理的经验，现就引起水工建筑物闸门振动的各种现象及其原因、危害及防振措施简析如下。 一、闸门振动的各种现象 闸门止水漏水或止水破损漏水，特别是橡胶止水，当闸门运行（开启）到某一高度范围，止水发生振动而致使闸门随之
2、振动，由于振动的频率较高，常发生如汽笛一样的鸣叫，声音非常大。 船闸人字门遭船只或重物撞击后，使门枢垂线发生变动，额外的摩擦力使得运行中的闸门由抖动变为振动，振动的频率较低，发出“嗡嗡”轰鸣声，声音低沉。闸门底缘型式不好，特别是弧形门的底止水结构不好，或者是门底门槛发生破损漏水，当闸门在下游有一定水深的情况下泄流，也能引起闸门的振动。波浪冲击闸门，使闸门发生振动。南方特别是经常出现台风或海潮的地方容易出现这种情况。闸门在一定的开度2泄流，而门后的淹没水跃对闸门产生周期性的冲击，也会引起闸门的振动。闸门结构的钢度较差，在上述同样的条件下，容易使之产生振动。深孔高压闸门门槽槽型不合适，泄流时使通过
3、闸门的水流紊乱并发生脉 动，引起闸门气蚀及振动。启闭机安装质量差，螺杆轴线、吊耳中心、闸门重心三者间相对偏移量过大，导致门体不同程度倾斜，下滑阻力增大而引起振动。 综上所述，引起闸门振动的主要原因是水力（水流）条件不理想，也就是说紊流是造成闸门振动的最主要原因；而闸门振动的直接原因则是闸门结构与型式的设计选择以及加工安装的理想程度；机械损伤变形与运行管理不善也是造成闸门振动的又一原因。不同形式的振动会造成不同的危害。 所以，要针对造成闸门振动的原因及振动形式研究制定相应的防范与改进措施。 二、闸门振动的危害 1.振动产生的直接危害 在闸门泄流时，往往是闸门上下游的水深与设计不符，由于水流脉动、
4、止水破损漏水等因素引起振动，这些振动也具有相应的频率，当它接近或达到闸门的自振频率时，便出现共振现象，振幅增大，使闸门发生强烈的振动。这种振动常常引起的直接后果就是闸门构件疲劳，使闸门结构遭受破坏，进而造成闸门的使用功能大大降低。如茨淮新河阚町节制闸第五孔弧形门左侧止水距底板 1.2m 处破损漏水，每次泄流时，开启高度在 12m 的范围内出现强烈振动，最终使闸门门叶变形，左侧3支臂弯曲。 2.振动产生的传播危害 当闸门泄流振动时通过悬吊装置，传递给上面的启闭设施，使之出现振动，振动的频率接近或达到其固有频率时，也会发生强烈振动，使启闭机底座固定螺栓疲劳、松动变形，造成机械设备的损坏。而启闭机固
5、定螺栓的疲劳松动又反过来加剧闸门的振动。如茨淮新河插花节制闸第十一孔，弧形闸门混凝土底槛破损漏水，开启泄流时引起门页振动，悬吊钢丝绳强烈抖动，使启闭机座发生振动，几次运行后使机座固定螺丝出现拉伸变形，造成启闭同一闸门的两台启闭机的传动齿轮的同轴度、水平度、垂直度出现偏移，啮合时出现咬齿现象，并伴有“咔咔”声响。再如茨淮新河插花枢纽的船闸上游左岸的人字门遭受重船撞击，造成门叶变形，运行时出现严重振动，通过齿条、齿轮传播到启闭机最终造成启闭机机座几颗固定螺栓被剪断，剩余的出现拉伸变形，传递齿条被掰断两个齿。 3.振动产生的次生危害 当闸门存在问题产生振动时，振动的频率达到或接近附近建筑物构件的固有
6、频率时，也将产生共振现象，使建筑物构件在薄弱环节或缺陷处产生裂缝。当建筑物构件再次受力时，在此处将产生应力集中现象，使裂缝进一步扩展，出现安全隐患。如茨淮新河茨河铺分洪闸第九孔闸因侧止水破损运行时出现较严重的闸门振动，引起上部启闭机的“”型梁振动，在梁的拐角原浇筑蜂窝处产生裂缝，多次受力运行后，裂缝4进一步扩展，最终在除险加固工程中拆除重建。 三、闸门的防振措施 1.改善水力条件措施减小或消除水流紊动 （1）一是可以通过改进闸门底缘、门槽型式、止水型式及消除进口漏斗漩涡，达到减振抑振的目的；二是防止门顶溢流，沿高度设置多道止水，改变门后复杂的水流形态，以消除自激振动从而达到减振的目的。（2）在
7、出口处修建蓄水池抬高出口水位，可以减小闸门前后的水压力差，减小门后水流紊动。模型试验表明，此方案减振效果明显。 （3）适当加大门后通气孔尺寸，在启闭闸门过程中，对稳定门后水流有一定的调节作用，从而可以达到减振的目的。 （4） 门后设孔板或消能格栅，用来稳定水流，减小水流引起的脉动压力，对减少闸门的振动可起到较好的作用。 2.完善设计选型、安装精度措施 （1）对于大中型工程闸门以及起特殊作用的闸门，有条件的应多做水力模型试验。根据工程所在地的水文、地质等条件多做模型试验，要检验不利水力条件下的闸门运行情况，最后对各种条件下的情况进行拟合，选择最适宜的闸门型式，包括结构尺寸与选材。 （2）调整闸门
8、止水，使之与门槽或侧轨紧密接触不漏水。闸门底缘采用“P”型橡胶止水的可根据发生振动的情况改用“刀”型橡胶止水。 闸门底槛为混凝土浇筑的应改为固定钢板型式，以防门底槛破损。 （3）对闸门槽、轨道、埋件等钢制零部件进行防锈处理，或直接选5用不锈钢材制作。槽型不好的，通过水工模型试验调整门槽型式，从而改善水流流态。 （4）对一些钢度较差的闸门，适当增加闸门梁格梁系支撑，以增强闸门钢度。 另外可在钢闸门面板上适当加设一些构件，通过调节闸门自重以改变闸门的自振频率。 3.运行管理措施 （1）调整闸门下落速度，可以使单位时间的流量变化量减少，改善水流脉动压力，达到减振效果。 （2）加强设备维修养护，保证设
9、备良好的运行状态，可以减少闸门振动。特别要加强对启闭机、螺杆、钢丝绳、滑轮及导向块等部件的巡视检查，发现问题及时处理，对不再适用的要立即更换。尽量减小各连接部件的间隙，调整机座螺栓松紧度，可以减小闸门垂直振动幅度。 四、闸门振动情况研究前景 目前，对于闸门自振特性的研究已经形成了一套较为成熟的方法。但其主要是针对于两支臂弧形闸门以及平面闸门的研究，对于新型结构闸门以及特殊形状闸门进行的研究还几乎没有。但是在实际情况中，一些新型结构以及特殊形状闸门也在各水工建筑物中广泛应用。因此，我们认为，对于此类闸门的研究将会对新型结构以及特殊形状闸门的实际应用具有很大的参考价值。此外，闸门自振特性分析应为闸
10、门安全服务，不应只做理论上的分析，还应针对具体的闸门以及环境进行分析。目前，国内对于具体闸门结合具体环境的自振特性分析的文献还较少，应结合6具体的水流环境进行具体的分析，以便检测出实际应用中所遇到的问题与理论研究的差别，为闸门的安全运行提供保障。 总之，水工建筑物闸门的安全运行是一项综合的系统工程，闸门振动问题涉及面较宽，这里仅就水工建筑物的设计、施工加工安装、运行管理人员经常碰到的闸门振动问题进行分析，以供商榷。 参考文献： 1 谢智雄, 周建方“.大跨度弧形闸门的自振特性研究”.水利电力机械.2006 年第 28 卷第 5 期 2 古华 ,严根华“.水工闸门流固耦合自振特性数值分析”.振动、测试与诊断.2008 年第 28 卷第 3 期
