1進(jìn)口檢修閘門(mén)及其啟閉設(shè)備

由于事故閘門(mén)在非小頻率洪水期，長(zhǎng)期處于擋水狀態(tài)，且隧洞又較長(zhǎng)，水頭較高，經(jīng)分析比較，在事故閘門(mén)前設(shè)置1道檢修閘門(mén)是必要的，用來(lái)事故閘門(mén)及其埋件檢修時(shí)擋水。檢修閘門(mén)孔口尺寸為10.5m×10.5m，按正常蓄水位設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為40m。其底坎高程為224.00m，閘門(mén)檢修平臺(tái)高程為278.25m。檢修閘門(mén)為焊接結(jié)構(gòu)，主體材料根據(jù)其工作環(huán)境溫度、操作條件及荷載工況設(shè)計(jì)為Q345B，主橫梁采用工字型實(shí)腹等截面焊接結(jié)構(gòu)，閘門(mén)主支承采用高強(qiáng)度鋼聚甲醛復(fù)合材料滑道，較常用的鑄鐵滑塊摩擦系數(shù)低，可以大大降低啟閉機(jī)容量，節(jié)省了工程投資。門(mén)葉結(jié)構(gòu)按國(guó)家運(yùn)輸單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)沿高度方向設(shè)計(jì)成5節(jié)制造運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)焊接連成整體，閘門(mén)采用上游止水方式。閘門(mén)的操作條件為靜水啟閉，閘門(mén)充水平壓方式采取節(jié)間充水平壓方式和小門(mén)充水平壓方式兩種進(jìn)行比較。考慮閘門(mén)孔口尺寸較大，為大型平面滑動(dòng)閘門(mén)，設(shè)計(jì)水頭又高，采用節(jié)間充水平壓方式，會(huì)引起閘門(mén)振動(dòng)，存在安全隱患。因此，經(jīng)綜合比較采用小門(mén)充水平壓方式是合適的，當(dāng)閘門(mén)前后水頭差達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)靜水啟門(mén)。檢修閘門(mén)的數(shù)量為1孔1扇，選用1門(mén)1機(jī)的布置方式，經(jīng)計(jì)算選用1×1600kN高揚(yáng)程固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作，閘門(mén)平時(shí)鎖定在檢修平臺(tái)上，不存在鋼絲繩泡水問(wèn)題，也避免了采用拉桿裝拆繁瑣問(wèn)題。閘門(mén)鎖定梁采用如意式自動(dòng)鎖定梁，較常用的人工及半自動(dòng)工字梁操作方便，省時(shí)省力，安全可靠。啟閉機(jī)平臺(tái)的布置根據(jù)啟閉機(jī)上極限、閘門(mén)充水行程及閘門(mén)整節(jié)吊離孔口并留有檢修底水封的空間高度，確定啟閉機(jī)平臺(tái)高程為296.50m。

2進(jìn)口事故閘門(mén)及其啟閉設(shè)備

在檢修閘門(mén)下游側(cè)設(shè)有1道1孔1扇事故閘門(mén)，在隧洞及出口工作閘門(mén)發(fā)生事故時(shí)可起到保護(hù)作用。事故閘門(mén)孔口尺寸為10.5m×10.5m，其底坎高程為224.00m，閘門(mén)擋水水位按萬(wàn)年校核水位268.50m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭按系列水頭取為45m，閘門(mén)檢修平臺(tái)高程為278.25m。事故閘門(mén)為焊接結(jié)構(gòu)，閘門(mén)主體材料依據(jù)其工作環(huán)境溫度、操作條件及荷載工況設(shè)計(jì)為Q345B，由于底主橫梁荷載較大，采用箱型梁實(shí)腹等截面組合梁，其他主橫梁采用工字型實(shí)腹等截面組合梁。閘門(mén)主輪材料依據(jù)輪壓荷載選為ZG35Cr1Mo,采用偏心軸定輪支承，以便在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，調(diào)整各主輪踏面高度，使每個(gè)主輪踏面盡量在同一平面內(nèi)。因閘門(mén)跨度較大，為保證主輪與主軌踏面接觸良好，主輪軸承選用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承，以便適應(yīng)主輪處轉(zhuǎn)角。門(mén)葉按國(guó)家運(yùn)輸單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)分5節(jié)設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)輸，在工地焊接連成整體。閘門(mén)采用上游止水方式，以避免閘門(mén)長(zhǎng)期處于擋水狀態(tài)而使主輪泡水而發(fā)生銹蝕破壞。閘門(mén)的操作條件為利用配重動(dòng)水閉門(mén)，閘門(mén)的配重可選擇利用水柱和鑄鐵配重兩種方式，考慮利用水柱閉門(mén)閘門(mén)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，啟閉機(jī)容量大，投資相對(duì)較高，選用了簡(jiǎn)便易行的鑄鐵加重塊布置固定在閘門(mén)門(mén)葉梁格內(nèi)，用來(lái)滿(mǎn)足動(dòng)水閉門(mén)的要求。閘門(mén)充水平壓方式可采用節(jié)間充水和小門(mén)充水兩種方式，考慮閘門(mén)孔口尺寸較大，為大型平面定輪閘門(mén)，設(shè)計(jì)水頭又高，為避免充水時(shí)引起閘門(mén)振動(dòng)，埋下安全隱患，采用了在門(mén)體上開(kāi)小門(mén)充水平壓方式，當(dāng)閘門(mén)前后水壓差達(dá)到設(shè)定的數(shù)值后靜水啟門(mén)。閘門(mén)啟閉設(shè)備考慮了固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)兩種啟閉設(shè)備，對(duì)于該部位兩種啟閉設(shè)備都需要水工布置安裝固定排架，如使用液壓機(jī)需配拉桿，增加了施工及運(yùn)行期安裝與拆卸的工程量。固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)較液壓?jiǎn)㈤]機(jī)造價(jià)低廉，更經(jīng)濟(jì)合理，足以滿(mǎn)足操作閘門(mén)的要求。因此，閘門(mén)選擇了2×2500kN高揚(yáng)程固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行操作。閘門(mén)平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，啟閉機(jī)吊具直接與閘門(mén)吊耳相連接，由于閘門(mén)為上游止水，不存在鋼絲繩泡水問(wèn)題。啟閉機(jī)安裝高程根據(jù)啟閉機(jī)上極限、小門(mén)充水行程高度及閘門(mén)整節(jié)吊離孔口在檢修平臺(tái)以上有一定的裕度綜合考慮，確定啟閉機(jī)布置在296.50m高程的平臺(tái)上。

3出口工作閘門(mén)及其啟閉設(shè)備

在隧洞出口閘室段設(shè)1道1孔弧形工作閘門(mén)，用來(lái)調(diào)節(jié)50年一遇及以下小頻率洪水，閘門(mén)平時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)事故閘門(mén)開(kāi)啟需進(jìn)行充水平壓前，工作閘門(mén)下閘擋水，有局部開(kāi)啟要求。由于弧形閘門(mén)無(wú)門(mén)槽，水流條件較平面閘門(mén)好，能更好地滿(mǎn)足閘門(mén)局部開(kāi)啟調(diào)節(jié)泄量的要求，因此，工作閘門(mén)型式選用弧形閘門(mén)。工作閘門(mén)孔口尺寸為8.8m×8.8m，其底坎高程為193.00m，支鉸中心至底板距離確定為13.0m，閘門(mén)擋水水位按萬(wàn)年校核水位268.50m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭按系列水頭取為76m，弧門(mén)面板外緣半徑為18m，經(jīng)流激振動(dòng)試驗(yàn)表明閘門(mén)布置合理滿(mǎn)足泄洪時(shí)支鉸不阻水及局部開(kāi)啟要求。閘門(mén)采用直支臂主縱梁焊接結(jié)構(gòu)，按常用的計(jì)算方法，初步確定斷面形式及尺寸，再通過(guò)有限元計(jì)算方法進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析，根據(jù)有限元計(jì)算成果加強(qiáng)了斷面尺寸。門(mén)葉主縱梁為焊接組合箱型梁，縱隔板為實(shí)腹T型焊接結(jié)構(gòu)，主梁和支臂均采用組合式焊接結(jié)構(gòu)，閘門(mén)主體材料依據(jù)其工作環(huán)境溫度、操作條件及荷載工況設(shè)計(jì)為Q345B。閘門(mén)頂水封結(jié)構(gòu)形式在門(mén)葉和門(mén)楣上各設(shè)一道,門(mén)葉上P型橡皮頂止水可沿水流方向在水封座板上移動(dòng),避免了支臂受水壓后的彈性壓縮使閘門(mén)漏水，門(mén)楣上水封采用轉(zhuǎn)角式,利用水壓力將水封壓緊在面板上。支鉸型式為圓柱鉸，支鉸材料為ZG35Cr1Mo，支鉸軸承為銅基鑲嵌自潤(rùn)滑球面軸承。支臂與門(mén)葉、支臂與支鉸之間均采用螺栓聯(lián)接，為了承受支鉸的作用力和便于閘門(mén)的精確安裝,設(shè)置了支承面經(jīng)加工的支承鋼梁,鋼梁埋入二期混凝土內(nèi)與一期混凝土埋件相連接，有效地將閘門(mén)所承受的荷載安全的傳遞到混凝土中去。潛孔弧形工作閘門(mén)啟閉設(shè)備可選用弧門(mén)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)兩種型式，但經(jīng)計(jì)算該閘門(mén)需要1600kN閉門(mén)力才可動(dòng)水閉門(mén)，使用弧門(mén)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作需要加配重，這樣必然增加啟門(mén)力，啟閉機(jī)的容量和重量以及外形尺寸都要相應(yīng)增加，勢(shì)必造成開(kāi)挖量增大，造成浪費(fèi)。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)本身可以設(shè)計(jì)成具有1600kN閉門(mén)力的型式，節(jié)省了配重，減小了啟門(mén)力，外形尺寸小，布置整齊、美觀。經(jīng)綜合比較選擇了中間鉸支搖擺式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作該閘門(mén)。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)布置在225.8m高程液壓?jiǎn)㈤]機(jī)室內(nèi)，啟閉容量為4500kN/1600kN（啟門(mén)力/閉門(mén)力），一臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)置一套泵站進(jìn)行操作和控制，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)吊點(diǎn)型式為單吊點(diǎn)，根據(jù)閘門(mén)的啟閉高度，確定啟閉機(jī)的工作行程13m，最大行程13.2m。

1基本概況

涼州區(qū)位于甘肅省河西走廊東端，祁連山北麓，處于石羊河流域上游，總?cè)丝?8.4萬(wàn)人，現(xiàn)有耕地面積165.089萬(wàn)畝，有效灌溉面積139.01萬(wàn)畝。涼州區(qū)屬典型的大陸性溫帶干旱氣候區(qū)，降水稀少、氣候干燥、蒸發(fā)強(qiáng)烈,多年平均降水量160mm，年平均蒸發(fā)量2020mm，農(nóng)業(yè)完全依賴(lài)灌溉，是一個(gè)典型的“非灌不殖，以水定豐欠”的商品糧生產(chǎn)基地。區(qū)內(nèi)水資源較為緊缺，黃羊、雜木、金塔、西營(yíng)四條山水河系，多年徑流量平均為8.14億m3，地下水可開(kāi)水量3.31億m3，人均占有水資源量約887m3，為全國(guó)人均水資源量的37%，全省人均水資源量的68%，畝均可利用水資源量為605m3，占全國(guó)畝均水量的34.2%，與全省畝均水平基本相近。全區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水多年平均為10.2億m3，占社會(huì)總用水量的95%，正常年份農(nóng)田灌溉用水缺口在1億m3左右，干旱年份缺口更大。

2水利工程建設(shè)概況

近五十年來(lái)，涼州區(qū)把水利建設(shè)放在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，從干旱缺水實(shí)際出發(fā)，堅(jiān)持蓄、引、提并舉，開(kāi)源與節(jié)流相結(jié)合，大搞以抗旱為中心的農(nóng)田水利基本建設(shè)，大力發(fā)展節(jié)水工程，基本實(shí)現(xiàn)了渠、路、林、田相配套和比較完善的灌溉體系，提高了農(nóng)田保灌程度，促進(jìn)了全區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。已建成3座中型水庫(kù)，總庫(kù)容9994萬(wàn)m3，有效庫(kù)容6838萬(wàn)m3。截止2002年，襯砌干支渠道1006.85km/243條，襯砌配套斗農(nóng)(井)渠7258.38km/13539條，興建各類(lèi)水工建筑物101283座，打成機(jī)電井3957眼，建成日光溫室16986座，集雨水窖2876眼，人飲水窖5619眼。這些水利工程的建成，對(duì)發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，改善人民生活，促進(jìn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)的發(fā)展起了舉足輕重的作用。

3工程管理現(xiàn)狀

工程建設(shè)是基礎(chǔ)，工程管理是工程正常運(yùn)行和發(fā)揮效益的有力保障。目前涼州區(qū)四個(gè)山水灌區(qū)和三個(gè)井泉灌區(qū)現(xiàn)有職工1900人，其中工程管理人員600多人。由于我區(qū)地域遼闊，各灌區(qū)斗農(nóng)渠分布范圍廣、數(shù)量大，對(duì)斗農(nóng)渠管理工作難度也較大。斗農(nóng)渠管理的好壞程度，對(duì)保證整個(gè)渠系的工程質(zhì)量，安全運(yùn)行和發(fā)揮工程效益具有重要作用，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中逐步形成了適合我區(qū)實(shí)際特點(diǎn)的工程管理措施。

摘要：本文提出的智能破冰系統(tǒng)由破冰設(shè)備和智能防凍系統(tǒng)構(gòu)成，破冰設(shè)備實(shí)現(xiàn)潛水泵自動(dòng)升降并可全角度進(jìn)行噴射，智能防凍系統(tǒng)準(zhǔn)確設(shè)定系統(tǒng)的最佳工作時(shí)間，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制破冰系統(tǒng)的啟停時(shí)間、監(jiān)控潛水泵的運(yùn)行工況等功能。

關(guān)鍵詞：智能破冰；自動(dòng)升降；萬(wàn)向噴頭；物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

1引言

我國(guó)北方冬季寒冷而漫長(zhǎng)，壩體和閘門(mén)等建筑物冬季破冰工作，是水庫(kù)管理者冬季重要工作之一。國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者對(duì)破冰系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，并發(fā)表了許多研究成果。在國(guó)外，JANG等人研發(fā)了可交換破冰工具破碎機(jī)的破冰船[1]；BiaoSu等人通過(guò)冰模型試驗(yàn)?zāi)M破冰模式[2]；相較于國(guó)外來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)對(duì)于破冰系統(tǒng)的研究，尤其是水庫(kù)破冰系統(tǒng)的研究成果更豐富。張雷等人對(duì)五種破冰方法分析比較，研發(fā)了“浮筒-索道”式自動(dòng)升降防凍裝置[3]；劉登海設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控弧門(mén)破冰裝置的運(yùn)行情況和溫度控制器自動(dòng)控制加熱[4]。相較于上述國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)破冰系統(tǒng)，本智能破冰系統(tǒng)的先進(jìn)性在于設(shè)備重量較輕，安裝方便，擾動(dòng)水面區(qū)域大、范圍廣，防止結(jié)冰效果明顯，運(yùn)行成本低，運(yùn)行中穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化程度高，監(jiān)測(cè)調(diào)整智能性強(qiáng)，降低管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，最大程度的保障工作人員的人身安全。

2智能破冰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水庫(kù)閘門(mén)智能破冰系統(tǒng)由破冰設(shè)備和智能防凍系統(tǒng)兩部分組成。破冰設(shè)備為智能破冰系統(tǒng)提供噴射深層水實(shí)現(xiàn)破冰的功能，智能防凍系統(tǒng)則是為系統(tǒng)提供智能化的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控功能，兩部分結(jié)合構(gòu)成一套完整的智能破冰系統(tǒng)。2.1破冰設(shè)備結(jié)構(gòu)組成。破冰設(shè)備是用小型潛水泵將水庫(kù)深層水提升到水面表層，通過(guò)雙噴頭對(duì)水面表層噴水產(chǎn)生擾動(dòng)與升溫，達(dá)到破冰的目的。該設(shè)備由13部分組成，分別是1.噴射泵、2.電纜吊索、3.第一固定支撐件、4.水泵控制柜、5.第二固定支撐件、6.牽引鋼絲繩、7.浮筒、8.套管、9.固定鋼絲繩、10.萬(wàn)向噴頭、11.T型噴射管、12.連接軟管、13.配重錘，設(shè)備結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。2.2智能防凍系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。智能防凍系統(tǒng)是通過(guò)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)控制中心處理數(shù)據(jù)，自動(dòng)發(fā)出工作指令控制系統(tǒng)的啟停，可實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能，同時(shí)管理人員可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，達(dá)到智能化監(jiān)測(cè)、控制的目的。智能防凍系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為六個(gè)模塊，分別為供電系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)傳輸模塊、控制中心平臺(tái)模塊、系統(tǒng)啟?？刂浦行哪K、客戶(hù)監(jiān)控中心模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

1問(wèn)題的提出

水庫(kù)建成之后，隨著泥沙淤積的不斷發(fā)展，最終將會(huì)淤積到壩前。為了排泄壩前淤泥及維持水庫(kù)長(zhǎng)期使用庫(kù)容，往往需要設(shè)置底孔。在底孔關(guān)閉期間，門(mén)前會(huì)有泥沙淤積[1]。淤積在門(mén)前的泥沙不僅增加了對(duì)閘門(mén)的水平壓力，而且還增加了對(duì)閘門(mén)的附著力(粘結(jié)力)，導(dǎo)致閘門(mén)啟門(mén)力增大。由于啟門(mén)力是選擇閘門(mén)啟閉機(jī)容量的重要依據(jù)，所以泥沙淤積對(duì)閘門(mén)啟門(mén)力的影響是設(shè)計(jì)人員所關(guān)注的重要問(wèn)題之一。

在閘門(mén)前有泥沙淤積情況下，如何確定啟門(mén)力，目前還幾乎沒(méi)有方法可循。工程設(shè)計(jì)中常常是在確定了清水啟門(mén)力之后，然后考慮到門(mén)前泥沙淤積，再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)，作為有泥沙淤積時(shí)的啟門(mén)力，但該系數(shù)確定往往憑經(jīng)驗(yàn)而定，帶有相當(dāng)?shù)拿つ啃?。文獻(xiàn)[2]針對(duì)三門(mén)峽水庫(kù)具體情況，曾給出一個(gè)有泥沙淤積時(shí)啟門(mén)力經(jīng)驗(yàn)公式，但在應(yīng)用中也有一定的局限性。那么，解決該問(wèn)題的另一途徑就是模型試驗(yàn)。但由于模型試驗(yàn)中的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題至今未解決，如門(mén)前淤泥相似等，所以這方面的模型試驗(yàn)工作還未見(jiàn)諸報(bào)道，可以說(shuō)還是一個(gè)空白。而工程設(shè)計(jì)又迫切需要模型試驗(yàn)研究人員提供有泥沙淤積時(shí)閘門(mén)啟門(mén)力，因而盡早開(kāi)展這方面的研究工作非常必要。本文對(duì)門(mén)前淤泥相似準(zhǔn)則及模擬試驗(yàn)方法進(jìn)行了探討，以便能夠更好地開(kāi)展這方面研究工作，滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)需要。

2門(mén)前淤泥相似準(zhǔn)則

粘性細(xì)顆粒淤泥，隨著其固結(jié)程度，含水量不同，其所處的物理狀態(tài)也不同。當(dāng)淤泥未固結(jié)，含水量較多時(shí)，屬于賓漢體泥漿。隨著淤泥固結(jié)，含水量變小，其力學(xué)性質(zhì)發(fā)生根本變化，不再具有泥漿性質(zhì)，而屬于土力學(xué)所研究的范圍。淹沒(méi)在水下的壩前粘性細(xì)顆粒新鮮淤積物多數(shù)情況下為賓漢體泥漿。文獻(xiàn)[3]認(rèn)為，如果淤泥的干容重在810kg/m3～1080kg/m3左右，那么就屬于泥漿。表1統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)幾座大型水庫(kù)實(shí)測(cè)的壩前淤泥干容重[4]。可見(jiàn)，這些水庫(kù)壩前淤泥大部分為泥漿。

對(duì)于處在靜止?fàn)顟B(tài)下的泥漿，作用的外力同時(shí)有重力、粘結(jié)力及壓力，而粘結(jié)力起主導(dǎo)作用。由于影響粘結(jié)力的因素十分復(fù)雜，目前還難以用理論關(guān)系式表達(dá)，但粘結(jié)力與切力之間存在如下關(guān)系[5]

編者按：本文主要從結(jié)構(gòu)布置；啟閉運(yùn)行；注意要點(diǎn)；實(shí)際運(yùn)用；有序?qū)嵤桓倪M(jìn)方向進(jìn)行論述。其中，主要包括：圩口閘閘門(mén)設(shè)計(jì)主要參數(shù)、為等高雙扉鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)、擱門(mén)器一端用Φ16園鋼焊接把手、電動(dòng)葫蘆選用南京起重機(jī)械總廠生產(chǎn)的CDⅠ3-6D型電動(dòng)葫蘆、工作橋頂面預(yù)埋可移動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)運(yùn)行軌道的安裝鐵件、可移動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)、閘門(mén)正常啟閉運(yùn)行時(shí)應(yīng)有2人配合操作、閘門(mén)開(kāi)啟的操作順序,與關(guān)閉時(shí)相反、牛腿位置的布置原則、上扉門(mén)底部預(yù)留洞、設(shè)置閘門(mén)就位標(biāo)志、普遍采用手拉葫蘆人工啟閉方式、電動(dòng)啟閉的圩口閘及時(shí)關(guān)閉,有效擋御外水進(jìn)入等，具體請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)。

1.結(jié)構(gòu)布置

圩口閘閘門(mén)設(shè)計(jì)主要參數(shù):外河水位3.6m(廢黃河高程,下同),內(nèi)河水位1.6m,設(shè)計(jì)水頭差2.0m;閘底板頂面高程-0.3m,交通橋梁底高程4.0m,閘孔凈寬4.0m。圩口閘電動(dòng)啟閉結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。

(1)閘門(mén)。為等高雙扉鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)。單扇門(mén)高215cm,門(mén)總寬440cm,閘門(mén)邊梁高20cm,面板厚6cm,單扇門(mén)重約2.5t。閘門(mén)頂部設(shè)置吊點(diǎn)3個(gè),中間吊環(huán)為電動(dòng)啟閉使用,兩側(cè)吊環(huán)為人工啟閉備用。上扉門(mén)底部設(shè)吊環(huán)預(yù)留孔洞。

(2)擱門(mén)牛腿。在高程3.95m處設(shè)置下扉門(mén)擱門(mén)牛腿(牛腿頂平面),上扉門(mén)擱門(mén)底面設(shè)在高程4.03m處。擱門(mén)器采用熱軋等邊角鋼對(duì)焊(b=50mm,d=6mm),擱門(mén)器長(zhǎng)度70cm,擱門(mén)器一端用Φ16園鋼焊接把手,長(zhǎng)度70cm,擱門(mén)器重量約8kg。

(3)電動(dòng)葫蘆選用南京起重機(jī)械總廠生產(chǎn)的CDⅠ3-6D型電動(dòng)葫蘆,啟吊力3t,啟吊高度6m。電動(dòng)葫蘆安裝在可移動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)上。

摘要:計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在節(jié)制閘閘門(mén)系統(tǒng)中，在充分考慮遵從先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，同時(shí)還必須保證系統(tǒng)在實(shí)際工作環(huán)境中的安全穩(wěn)定性。文章主要論述了節(jié)制閘閘門(mén)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢(shì)特色以及相應(yīng)的維護(hù)和管理措施，實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式，同時(shí)提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞:節(jié)制閘;計(jì)算機(jī);監(jiān)控系統(tǒng);安全運(yùn)行

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在節(jié)制閘閘門(mén)系統(tǒng)中，在充分考慮遵從先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，同時(shí)還必須保證系統(tǒng)在實(shí)際工作環(huán)境中的安全穩(wěn)定性。在具體的設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)節(jié)綜合考慮實(shí)用性高，系統(tǒng)操作維護(hù)簡(jiǎn)單方便的原則。實(shí)現(xiàn)國(guó)際上最先進(jìn)的工業(yè)太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線分布式開(kāi)放結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。確保在系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)后實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值班”的功能性要求。

1節(jié)制閘閘門(mén)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)階段國(guó)際上發(fā)展較為先進(jìn)的節(jié)制閘閘門(mén)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放式全分布系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)模式，這一系統(tǒng)中分別設(shè)有主控級(jí)和現(xiàn)地單元控制級(jí)2個(gè)方面如圖1。1.1主控級(jí)功能介紹。節(jié)制閘閘門(mén)的主控制級(jí)中心主要有兩部分構(gòu)成，操作員工作站與外圍設(shè)備組。其中的員工中心操作站是節(jié)制閘閘門(mén)的主核心控制部分，這一部分中操作員工完成閘門(mén)的自動(dòng)化運(yùn)行以及閘門(mén)運(yùn)行中其他配套的管理工作，例如閘門(mén)的啟閉操作，閘門(mén)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)記錄與數(shù)據(jù)檔案的存儲(chǔ)，并進(jìn)行歸類(lèi)檢索以及進(jìn)行管理。必要的情況下還需要對(duì)閘門(mén)運(yùn)行情況數(shù)據(jù)生成運(yùn)行表并打印。人機(jī)接口的部位功能主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)完成設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)施監(jiān)控與控制，并將其監(jiān)控到的內(nèi)容直接顯示在與之連接的顯示屏上來(lái)獲取現(xiàn)地控制單元LCU的實(shí)時(shí)工作情況。1.2現(xiàn)地單元控制級(jí)。在節(jié)制閘閘門(mén)的運(yùn)行生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，系統(tǒng)按照被控制對(duì)象的不同，分別設(shè)置了不同的現(xiàn)地控制單元，并在此單元上配備有專(zhuān)門(mén)的觸摸屏，工作人員可以借助觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)每一閘門(mén)實(shí)際運(yùn)行情況的跟蹤檢查，了解其閘門(mén)具體的荷重或是實(shí)際開(kāi)度等信息，另外為了極大限度上的滿(mǎn)足工作人員對(duì)單獨(dú)閘門(mén)工作的控制與管理，在閘門(mén)動(dòng)力箱上每一閘門(mén)都配有常規(guī)單獨(dú)的控制按鈕，以方便工作人員獨(dú)立于PLC而直接實(shí)施對(duì)閘門(mén)運(yùn)行的操作。

2節(jié)制閘閘門(mén)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1．閘門(mén)啟閉機(jī)簡(jiǎn)介

1．1卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)。卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)是較為傳統(tǒng)的水利水電啟閉機(jī)，它的造價(jià)相對(duì)較低，容易加工制造，并且安全性較高，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且維修較為方便簡(jiǎn)單，因此他在水利水電中應(yīng)用較為廣泛。這種啟閉機(jī)大都有兩個(gè)主要部分組成，左半機(jī)和右半機(jī)，兩部分由中心軸鏈接起來(lái)，使兩部分可以相互協(xié)同工作。以右半機(jī)為例，其工作原理如下，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)纏繞繩鼓使鋼絲收放，最后有鋼絲拉動(dòng)提升閘門(mén)，進(jìn)而達(dá)到控制閘門(mén)的目的。

1．2螺桿啟閉機(jī)。螺桿啟閉機(jī)是通過(guò)提升的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)開(kāi)關(guān)的控制的，它通常被用在水工建筑物中，一般為小中型的水利啟閉設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、密閉性好、可靠性高、便于管理和維護(hù)。不過(guò)相對(duì)而言，它也有一定的缺點(diǎn)，它缺乏減速程序的控制這嚴(yán)重制約了它的啟閉能力;螺桿經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)被壓彎的情況，嚴(yán)重影響其正常工作;大多數(shù)的螺桿啟閉機(jī)均為手動(dòng)的，沒(méi)有電動(dòng)的支持也會(huì)影響工作速度。

1．3液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)顧名思義是通過(guò)液體壓力的原理為啟閉機(jī)提供工作的動(dòng)力，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制閘門(mén)的啟閉的效果。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)是水利項(xiàng)目中較為常見(jiàn)的閘門(mén)啟閉設(shè)備，相比較于其他閘門(mén)啟閉設(shè)備而言，有著諸如方便、可靠、造價(jià)低等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此它將來(lái)可能會(huì)取代眾多傳統(tǒng)的卷?yè)P(yáng)式和螺桿式啟閉設(shè)備。

2．水利水電閘門(mén)啟閉機(jī)管理工作中存在的問(wèn)題

2．1更新工作較為緩慢。目前，我國(guó)在水利水電的閘門(mén)啟閉機(jī)的管理中常常會(huì)有這樣一種現(xiàn)象，就是對(duì)于閘門(mén)的啟閉機(jī)通常是只要還可以使用，就會(huì)一直用下去，直到它壞了為止，一般不會(huì)考慮去主動(dòng)更新先進(jìn)的設(shè)備，許多閘門(mén)啟閉設(shè)備都處在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)使用期限的狀態(tài)下。由于啟閉機(jī)的延期工作，導(dǎo)致設(shè)備老化嚴(yán)重，加之維修管理不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)水利水電工程的質(zhì)量問(wèn)題和工程安全問(wèn)題。

摘要：本文以國(guó)內(nèi)某大型灌區(qū)為例，在灌區(qū)遠(yuǎn)程測(cè)報(bào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了閘門(mén)自動(dòng)控制研究，通過(guò)無(wú)線調(diào)制解調(diào)器連接上位機(jī)（PC機(jī)）與下位機(jī)（單片機(jī)），將下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，根據(jù)用戶(hù)要求的流量控制閘門(mén)的開(kāi)度和時(shí)間，為灌區(qū)的運(yùn)行和管理提供保證，為提高系統(tǒng)的可靠性，采用了一些可供類(lèi)似工程借鑒的可行技術(shù)。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制閘門(mén)單片機(jī)

閘門(mén)調(diào)節(jié)是灌區(qū)工程中經(jīng)常采用的手段，閘門(mén)控制的研究對(duì)于節(jié)約能源、確保水利工程的正常運(yùn)行、提高水資源的利用效率和節(jié)約用水具有重要的意義。目前國(guó)內(nèi)大部分灌區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和監(jiān)測(cè)，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾聿块T(mén)，但是在根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制方面成熟的經(jīng)驗(yàn)非常少。國(guó)外特別是歐美等先進(jìn)國(guó)家在這方面已經(jīng)達(dá)到較高的水平，如美國(guó)的SRP灌區(qū)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)，可以同時(shí)采集100多點(diǎn)的水位、閘門(mén)開(kāi)度和其他信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后，控制幾百座閘門(mén)、150多處泵站的運(yùn)行。本文以國(guó)內(nèi)某大型灌區(qū)為例，對(duì)閘門(mén)的自動(dòng)監(jiān)控進(jìn)行了研究。

1、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，分一個(gè)主站和若干個(gè)子站，通過(guò)無(wú)線調(diào)制解調(diào)器構(gòu)成一個(gè)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，對(duì)多個(gè)斷面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、傳輸、處理和控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。下位機(jī)中的傳感器把引水渠中的水位值和各閘門(mén)的開(kāi)度值經(jīng)轉(zhuǎn)換后送給編碼器，編碼器對(duì)水位及閘門(mén)開(kāi)度信號(hào)進(jìn)行編碼，在通過(guò)避雷器將編碼信號(hào)傳給數(shù)采儀，數(shù)采儀將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步加工和處理后由無(wú)線調(diào)制解調(diào)器傳給上位機(jī)，上位機(jī)即系統(tǒng)主站，可分別與不同的子站建立聯(lián)系，查詢(xún)各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并按照用戶(hù)的要求對(duì)各閘門(mén)進(jìn)行控制，下位機(jī)中的控制箱接收到此信息，經(jīng)過(guò)計(jì)算，發(fā)出控制信號(hào)自動(dòng)控制閘門(mén)到一定的開(kāi)度，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

2、下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要:針對(duì)傳統(tǒng)泄流曲線率定方法存在的流量系數(shù)難以測(cè)定、率定成本過(guò)高的問(wèn)題,結(jié)合退水階段入庫(kù)流量過(guò)程線受閘門(mén)啟閉影響發(fā)生突變的現(xiàn)象,根據(jù)歷史洪水調(diào)度資料提取多種閘門(mén)泄流工況,并基于水量平衡方程,通過(guò)反推入庫(kù)流量過(guò)程線的偏差來(lái)量化泄流曲線存在的偏差,進(jìn)而對(duì)泄流曲線進(jìn)行率定。以烏江流域大花水電站為例,根據(jù)2015~2020年洪水調(diào)度資料,利用該方法率定了右中孔泄流曲線,通過(guò)對(duì)比分析,率定結(jié)果較為準(zhǔn)確,與實(shí)際相符。

關(guān)鍵詞:泄流曲線率定;退水過(guò)程;水量平衡方程;大花水電站

1引言

水庫(kù)的泄流曲線是修建水庫(kù)時(shí)按設(shè)計(jì)要求根據(jù)模型試驗(yàn)得出的理論值,水庫(kù)建成投運(yùn)后,泄洪道施工誤差、閘門(mén)建造誤差、水的實(shí)際流態(tài)與設(shè)計(jì)流態(tài)不同等因素導(dǎo)致實(shí)際泄流曲線與設(shè)計(jì)值往往存在差異[1]。在電站實(shí)際調(diào)度運(yùn)行中,泄流曲線的精度直接影響下泄水量的計(jì)算結(jié)果,進(jìn)而影響水庫(kù)調(diào)洪演算方案和調(diào)度決策的合理性。目前針對(duì)泄流曲線的偏差校正問(wèn)題主要是采用水力學(xué)公式,通過(guò)模型試驗(yàn)或電站運(yùn)行數(shù)據(jù)確定流量系數(shù),從而達(dá)到率定泄流曲線的目的[2-4]。然而,對(duì)于同一種堰型采用不同的經(jīng)驗(yàn)公式,所得結(jié)果通常不太一致;而采用模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)流量系數(shù)法又存在率定成本過(guò)高、模型試驗(yàn)與原型可能有較大差距,導(dǎo)致率定精度不高、率定過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問(wèn)題。鑒此,針對(duì)傳統(tǒng)泄流曲線率定存在的諸多問(wèn)題,本文從閘門(mén)啟閉導(dǎo)致退水過(guò)程的入庫(kù)過(guò)程線發(fā)生陡升或陡降現(xiàn)象出發(fā),探究了泄流曲線偏差與退水過(guò)程入庫(kù)流量過(guò)程線的相關(guān)關(guān)系,通過(guò)Depuit-Boussinesq退水方程對(duì)退水過(guò)程進(jìn)行擬合[5],從而反推出保證滿(mǎn)足退水過(guò)程一般規(guī)律的水位-開(kāi)度-泄水流量序列[6],并據(jù)此提出了新的泄流曲線率定方法;根據(jù)2015~2020年大花水電站歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)其閘門(mén)泄流曲線進(jìn)行率定,并利用率定曲線對(duì)實(shí)際工況進(jìn)行校驗(yàn),結(jié)果表明率定的曲線精度較好,能夠指導(dǎo)實(shí)際泄洪閘門(mén)調(diào)度,為泄流曲線率定提供了一種新思路、新方法,且基于實(shí)際調(diào)度資料,適用性較好,對(duì)其他電站的閘門(mén)泄流曲線率定具有一定的參考價(jià)值。

2基于洪水調(diào)度資料的水庫(kù)閘門(mén)泄流曲線率定

2.1基本原理

摘要：為了適應(yīng)三代核電站技術(shù)及更先進(jìn)堆型的核電站發(fā)展需要，設(shè)計(jì)了能夠承受水沖擊壓力為1MPa的水閘門(mén)，對(duì)水閘門(mén)的總體結(jié)構(gòu)、門(mén)框結(jié)構(gòu)、門(mén)扇結(jié)構(gòu)、鉸鏈結(jié)構(gòu)和啟閉鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，確保水閘門(mén)能將換料水池一分為二并實(shí)現(xiàn)密封，保證構(gòu)件池可以維持滿(mǎn)水狀態(tài)以屏蔽上部堆內(nèi)構(gòu)件及堆內(nèi)核測(cè)儀表的放射性劑量。

關(guān)鍵詞：核電站；水閘門(mén)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

核能是一種通過(guò)裂變產(chǎn)生的清潔高效能源，具有很高的安全性和經(jīng)濟(jì)性。百萬(wàn)級(jí)核電站多采用非能動(dòng)型壓水堆核電站，能夠保證核電站的可靠性[1-4]。水核電站安全殼廠房的換料水池分為構(gòu)件池與反應(yīng)堆水池兩部分。構(gòu)件池中安裝有堆內(nèi)構(gòu)件存放架，反應(yīng)堆水池安裝有反應(yīng)堆壓力容器。參考國(guó)內(nèi)其他核電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)堆卸料和裝料期間，需要在水位低于壓力容器法蘭面條件下進(jìn)行部分檢修工作。水閘門(mén)的功能是將換料水池一分為二并實(shí)現(xiàn)密封，保證構(gòu)件池可以維持滿(mǎn)水狀態(tài)以屏蔽上部堆內(nèi)構(gòu)件及堆內(nèi)核測(cè)儀表的放射性劑量[5-6]。

1設(shè)計(jì)要求

大型安全屏蔽門(mén)設(shè)計(jì)要求包括機(jī)械運(yùn)行性能和壓力要求，具體要求為：（1）水閘門(mén)規(guī)格為2145mm（長(zhǎng)）×1170mm（寬）×120mm（厚）；（2）水閘門(mén)主要材料為Q235-B和45鋼；（3）啟閉鎖緊機(jī)構(gòu)能夠平穩(wěn)運(yùn)行；（4）能夠承受1MPa水沖擊壓力。

2水閘門(mén)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)