一种测量闸门动水起闭时动摩阻力的试验装置及方法与流程

本发明属于水利水电工程钢结构领域，是一种通过拉力传感器测量改变平面闸门支承型式从而计算平面闸门降落时摩阻力的方法，主要解决在计算闸门摩阻力时因摩擦系数选取误差而直接导致启闭以机容量选择不当和平面闸门在动水中因对摩阻力计算不准确造成闸门落不到位的实际工程问题。

背景技术：

闸门是水工建筑物中活动的挡水结构,用它来关闭、开启或局部开启过水孔口，以控制水位、调节流量等。因此，闸门的安全稳定对于水利枢纽的正常运行具有重要意义。平面闸门因构造简单、使用轻巧、养护方便，价格低廉、对建筑物的布置要求较低且容易实现，一直以来在水利工程中被广泛使用。然而，随着高坝大库水利枢纽工程的建设，常需要满足高水头、大泄量的运行条件，平面事故闸门在动水中能否正常关闭，以及其在关闭过程中的水动力特性，一直是闸门设计及运用中的焦点问题。在工程实践中，常发生闸门闭门时门叶自重和水柱压力不足以克服摩阻力，从而造成平面事故闸门闭门卡阻，甚至无法完全关闭的工程问题，严重威胁机组及上、下游建筑物的安全。

目前我国现行的《水利水电工程钢闸门设计规范》(sl74-95)中，给出了平面闸门和弧形闸门的启门力的计算公式。前人的研究大多针对常见潜孔式平面闸门的启闭力，而有关闸门所受的摩阻力的试验研究较少提及，只能通过《水利水电工程钢闸门设计规范》(sl74—95)对几种典型的摩擦系数在一个范围内进行选定。“钢对钢(干摩擦)的摩擦系数为0.15～0.60；滑动轴承摩擦系数：钢对青铜(干摩擦)的摩擦系数为0.16～0.30，钢基铜塑复合材料对镀鉻钢(不锈钢)的摩擦系数为0.05～0.14”。这些摩擦系数只是给出了一个范围，具体取多少根据当时情况而定，这样在计算摩擦力时就有很大的盲目性,很容易因取值不当造成所得摩擦力偏大或偏小，这将直接导致启闭机容量选择不当。如巴西、巴拉圭的伊泰普水电站的导流底孔平面闸门，其挡水面积为7.6m×22m、水头为140m、总水压力为199.81mn(约19000t)。假设在设计阶段进行行走支承摩擦力计算时，选用的摩擦系数为0.1，摩擦力的计算结果为1900t。如果选用的摩擦系数与实际摩擦系数相差10％，那么所计算的行走支承摩擦力就相差190t。这就是一个非常惊人的偏差，因此在设计阶段如何更加科学、合理地计算摩擦阻力对于高水头闸门启闭机容量的选择非常重要。如果选取不当，轻者导致所选启闭机容量偏大、造成浪费，重者造成所选启闭机容量偏小不能及时开启闸门酿成重大事故，所以对闸门摩阻力的研究就显得十分必要。本发明为一种创新的可以通过拉力传感器分别测量平面闸门上用陶瓷轴承支承型式(其产生的摩擦力可近似为0)测得持柱力和平面闸门用滑块支承型式测得的持柱力，二者做差运算便可直接得出闸门在下落过程中与闸门槽产生摩阻力大小的方法，其优点在于闸门在动水闭门过程中可以直接测出产生的摩阻力，避免了盲目选取摩擦系数产生误差。从而可以准确的选择启闭机容量和增加或减小闸门运行时的持住力，实现闸门的顺利闭门。

技术实现要素：

本发明是一种测量闸门运行时所产生摩阻力的方法，用以解决平面事故闸门在动水闭门过程中，因摩擦系数选取不当造成启闭机容量选取不当和对实际摩阻力的估算不足造成难以克服摩阻力而导致的闭门卡阻、闸门落不到位等实际工程问题。同时，对于实际中已投入长期运行的平面事故闸门，由于水质和门槽材料锈蚀等原因会导致闸门在运行时摩阻力变大，可以在闸门槽有限的条件下，通过在闸门结构上布设陶瓷轴承，计算出闸门运行时的摩阻力，这对重新判定启闭机容量和持住力有指导意义。

本发明采用的技术方案是：

一种测量闸门动水起闭时动摩阻力的试验装置，包括闸门，闸门包括门页横梁和门页纵梁、闸门上游面板组成的板状闸门体，闸门上游面板位于闸门上游侧，闸门顶部设有闸门吊耳。包括拉力传感器，连接在闸门吊耳上；包括支撑滑块，设置在闸门下游侧两边纵梁上，所述的闸门下游侧两边的纵梁还设有陶瓷轴承，并使陶瓷轴承与闸门两侧纵梁进行固定，所述的陶瓷轴承与闸门槽之间的宽度小于原有支承滑块与闸门槽之间的宽度。

进一步的，本发明在闸门下游侧两边的纵梁分别布设2个或者2个以上的陶瓷轴承。进一步的，在闸门下游侧两边的纵梁分别布设2个陶瓷轴承，分别布设在闸门下游侧两边的纵梁顶端和底部。

进一步的，本发明所述的闸门底部设有闸门底缘，当闸门下落时，闸门底缘与事故闸门门槽底部的进水口流道底板接触。

进一步的，本发明闸门两侧设有事故闸门门槽，事故闸门门槽两端为流道边壁。

一种测量闸门动水起闭时动摩阻力的试验方法，通过改变平面闸门支承和封水型式测试平面闸门运行时摩阻力，其特征是：将原有的支承改为无摩擦力的陶瓷轴承支承，同时，将闸门原有的下游水封全部去掉，在闸门下游侧两边的纵梁顶端和底部分别布设2个或者2个以上的陶瓷轴承，布设的陶瓷轴承4在不影响闸门下落的基础上根据原有支承与闸门槽之间的宽度设计尺寸，并且应小于原有支承滑块2与闸门槽之间的宽度；将原有的水封型式改为上游p型水封并且涂抹大量的润滑材料；当闸门通过拉力传感器测量陶瓷轴承4所产生的持柱力时进行上游水封，在相同的工况下，利用陶瓷轴4测出的持柱力与原闸门体型测得持住力做差运算，就可以计算出闸门下游侧与门槽之间的摩阻力。

进一步的，本发明将陶瓷轴承布设于闸门上，主要是在门叶两端的纵梁上适当的位置内分别将陶瓷轴承放置，陶瓷轴承与闸门纵梁进行固定。

进一步的，本发明所述的陶瓷轴承支承与闸门槽的宽度小于原有支承与闸门槽的宽度，目的是为了上游水封更加严密同时也可避免闸门原有支承接触门槽产生摩擦力，造成测量误差。

进一步的，本发明所述的无摩擦的平面闸门工作环境是指平面闸门上游p型水封且在水封上涂抹润滑材料，平面闸门下游采用陶瓷轴承支承，这两者均无摩擦力产生。

进一步的，本发明所述的原闸门体型测得持住力是平面闸门在工作的过程中可以得到闸门实时的摩擦力。

本发明的有益效果：

1、一种测量闸门动水闭门时摩阻力的方法，其优点在于可以在无需取值摩擦系数条件下，通过布设陶瓷轴承和改变封水型式，便可测得实际摩阻力，从而达到精确的选取闸门启闭机的容量的目的，避免不必要的损失。

2、本发明中测量摩阻力的方法，可以通过拉力传感器测量出闸门在闭门过程中实时的摩阻力，以解决闸门启闭机容量选择问题和对闸门下落时的摩阻力估算不足导致闸门无法下落的问题，达到闸门在动水中顺利关闭的效果。

3、本发明有易于操作、作用效果明显的优点。

附图说明

图1为布设陶瓷轴承平面闸门的主视图。

图2为布设陶瓷轴承平面闸门的侧视图。

图3为图1a-a剖面图。

图4为图1b-b剖面图。

图5为利用拉力传感器测得原闸门体型和布设陶瓷轴承的闸门体型在动水闭门过程中持住力随时间的变化情况。

图中标号，1闸门吊耳；2支承滑块；3门页纵梁；4陶瓷轴承；5门页横梁；6闸门上游面板；7闸门底缘；8拉力传感器；9进水口流道边壁；10事故闸门门槽；11进水口流道底板。

具体实施方式

参见附图1-4，本发明测试平面闸门运行时摩阻力的装置包括闸门，闸门包括门页横梁5和门页纵梁3、闸门上游面板6组成的板状闸门体，闸门上游面板6位于闸门上游侧，闸门顶部设有闸门吊耳1。包括拉力传感器8，连接在闸门吊耳1上；包括支撑滑块2，设置在闸门下游侧两边纵梁上，所述的闸门下游侧两边的纵梁还设有陶瓷轴承4，并使陶瓷轴承4与闸门两侧纵梁进行固定。布设的陶瓷轴承4在不影响闸门下落的基础上根据原有支承与闸门槽之间的宽度设计尺寸，并且应小于原有支承型式与闸门槽之间的宽度。参见附图3，所述的闸门底部设有闸门底缘7，当闸门下落时，闸门底缘7与事故闸门门槽10底部的进水口流道底板11接触。参见附图4，闸门两侧设有事故闸门门槽10，事故闸门门槽10两端为流道边壁。

本发明测试平面闸门运行时摩阻力的方法，将原有的支承改为无摩擦力的陶瓷轴承支承，同时，将闸门原有的下游水封全部去掉，在闸门下游侧两边的纵梁顶端和底部分别布设2个或者2个以上的陶瓷轴承，主要是在门叶两端的纵梁上适当的位置内分别将陶瓷轴承放置，闸门上要有4个或4个以上的陶瓷轴承，增设的陶瓷轴承数量4个或大于4个旨在保持闸门在工作时的平衡稳定。将原有的水封型式改为上游p型水封并且涂抹大量的润滑材料，这样，便可以创造一个无摩擦的闸门工作环境。所述的无摩擦的平面闸门工作环境是指平面闸门上游p型水封且在水封上涂抹润滑材料，平面闸门下游采用陶瓷轴承支承，这两者均无摩擦力产生。当闸门通过拉力传感器测量陶瓷轴承所产生的持柱力时进行上游水封，在相同的工况下，利用陶瓷轴承测出的持柱力与原闸门体型测得持住力做差运算，就可以计算出闸门下游侧与门槽之间的摩阻力。原闸门体型测得持住力是平面闸门在工作的过程中可以得到闸门实时的摩擦力。

本发明陶瓷轴承支承与闸门槽的宽度小于原有支承与闸门槽的宽度，目的是为了上游水封更加严密同时也可避免闸门原有支承接触门槽产生摩擦力，造成测量误差。

本发明所述的无摩擦的平面闸门工作环境是指平面闸门上游p型水封且在水封上涂抹润滑材料，平面闸门下游采用陶瓷轴承支承，这两者均无摩擦力产生。

当上游水位2515.0m，水流为闸孔出流，利用拉力传感器测得原闸门体型和布设陶瓷轴承的闸门体型在动水闭门过程中持住力随时间的变化情况如图5所示，在闸门运行过程中原闸门体型随着闸门的降落持柱力逐渐减小，利用本发明测得闸门持柱力基本不随时间变化，在同一时刻二者相减即为原体型闸门下游侧与闸门槽之间在此时刻的摩擦力。