液压坝闸门图文详解

一、水力自动翻板闸门概况

水力自动翻板闸门是目前国内***常见的一类自控闸门。它利用杠杆的力矩平衡原理在水压力及闸门自重的作用下使闸门绕水平铰轴转动，从而达到自动启闭的目的，无需专用动力源，因而被形象地称为“翻板闸门”。

由于水力自动翻板闸门具有过流能力强、水位壅高少、结构简单、制造使用方便、造价低廉、维护简单等诸多优点，因而在小型水电站和中小型蓄水工程中得到了广泛的应用。近年，随着治水思路的改变，以及环境保护意识的增强，水力翻板闸门的应用范围不断拓展，在城市园林景观、旅游、环保等综合工程中也得到了较好的应用。水力自动翻板闸门经过几十年的施工运行管理，积累了很多成功的经验，已由多铰式升级换代为滚轮连杆式，闸门的调节性能和研制技术逐步完善和成熟，但这类闸门在运行中也存在一些问题，集中表现在以下几个方面：

1.运行环境

杂草、树枝等杂物堵塞在铰座周围，严重影响闸门的启闭，尤其是涨洪时洪水来势猛，速度大，冲刷强，漂浮物极易使闸门失控或卡死，汛后清理这些杂物很困难。对于富含泥沙的河流，泥沙极易在门前淤积堵塞造成闸门开启困难。

2.运行稳定性

由于水力翻板闸门的运行环境和受力情况相当复杂，而设计计算理论目前尚不完善，运行中普遍存在着诸多失稳现象，波及闸门的正常工作，轻者能引起工程结构的整体振动，重者可导致闸门、坝坎结构毁坏。影响闸门稳定的因素很多，因此要确保闸门运行稳定很困难。

3.结构设计

闸门稳定性主要来自于连杆的阻尼作用，在进行闸门设计时，滚轮的直径、连杆的长度及连杆后支点位置，闸门重量的正确选择等等都需优化设计。

4.运行功能

受诸多因素的影响，水力自动翻板闸门大多使用在水质条件较好、水流量不大的小型水利工程上。目前许多发达国家已逐步放弃水力自动翻板闸门，而多采用底轴液压翻板闸门。

底轴液压翻板闸门的设计理念提出后，通过电控、底轴液压翻板闸门性能结构的特点比较可以看出，应用马达驱动底轴液压翻板闸门效果***为理想。

二、底轴液压翻板闸门的应用

1.马达驱动底轴液压翻板闸门的组成及工作原理

由于闸门属恒速转动且速度不高，闸门系统属大功率系统，运行环境和受力情况相当复杂，要求系统输出功率相应变化，系统输出转矩由外负载决定。根据以上特点，在液压动力控制机构中以泵控液压马达为***适宜，它常用于大功率和恒速系统，其中又常采用变量泵—定量马达系统作为动力元件。如图1所示，马达驱动液控翻板闸门由液压动力控制机构和闸门两部分组成。液压动力控制机构包括电机、泵、马达、控制阀、管路、油箱和减速器；闸门部分包括闸门、连接轴和支承墩。液压泵输出液压能传递给马达，马达将其转化为机械能驱动马达输出轴的旋转，经过减速器的减速后带动闸门的翻转。变量泵—定量马达系统通过改变泵的排量来改变泵输出功率控制传送给负载的动力，功率损失小，效率高，适用大功率液压系统。

液压泵转速和马达排量都是恒量，改变泵的排量可以使马达的转速和输出功率随之变化，系统的工作压力由溢流阀5和6限定。之所以设置两个溢流阀是因为液压泵和马达是双向的，工作过程中油路的高低压要互换，同时保护液压元件不受压力冲击的损坏。溢流阀的容量要足够大，响应速度要足够快，以便在过载时能够使泵的流量迅速从高压管道泄入低压管道。补油泵9通过单向阀3和4向系统低压管道补油，以补充系统中泄漏量并在低压管道中建立起一定的低压，可以改善泵的吸入性能，防止气蚀现象和空气渗入系统，也有利于系统热量的消散。补油压力（一般为0.3MPa）由溢流阀11调定，补油的流量一般为回路中主泵流量的10%～15%。在此液控系统中由于具备调速和锁紧功能，因此闸门旋转速度可调且任意位置停止而不窜动，增加了闸门的稳定性。液控翻板闸门采用泵控马达驱动方案是安全可行的，但在实际设计过程中有很多细节需仔细考虑。

2.底轴液压翻板闸门的设计要点

（1）功率和转矩的确定在闸门受力***恶劣状态下求解功率、转矩，可有效防止马达带不动闸门转动。当闸门旋转支点确定，马达输出轴转矩、水对闸门阻力矩、闸门自重力矩和旋转轴摩擦力矩就构成一平衡力系，其中阻力矩和自重力矩对马达输出轴转矩影响。自重力矩与轴支点选取位置有关，而阻力矩与轴支点选取位置无关。因此闸门翻转方向应选择与水流动方向相一致就可以降低阻力，从而大大降低阻力矩。轴支点选取应尽量过闸门重力中心，以消除自重力矩的影响。

（2）闸门与轴的联结

闸门与轴的联结点应选在闸门两侧面且过闸门重力中心线位置，这样确保能与轴支点在同一个平面内，联结点的结构宜采用内嵌式，以保证闸门两侧面与支承墩相互配合防止水泄露。闸门联结点处材料选择很重要，须有很高强度和刚度，保证能支撑整个闸门重量且在复杂受力状态下不散架。考虑到水环境腐蚀作用及维修拆卸方便，支承轴与闸门联结不宜焊接而应采用螺栓联结，螺栓要有足够强度和刚度，抗弯抗剪抗扭转能力都要强。

（3）轴与支承墩配合方式由于相对运动和外力重力的作用，轴与支承墩间的摩擦不可避免。选择的配合方式合理就能限度降低摩擦，减少摩擦力矩的作用。轴与支承墩配合方式有轴承和轴瓦，鉴于支承点位置有可能浸入水中受水蚀作用、受力大小及装配维修方便，建议以耐腐蚀轴瓦作为轴与支承墩配合方式较为合理。