水工钢闸门振动现象分析及解决对策

林春燕

摘要钢闸门是水工建筑物一个十分关键的结构部分，目前，从闸门失事的调查结果来看，振动是造成事故发生的主要原因。从闸门振动的自身特点出发，分析闸门振动的机理找出原因，从多方面因素来解决振动问题。

关键词闸门振动振动特性振动机理解决对策

水工闸门对于整个水工建筑物有着极为重要的作用，多数闸门在启动、关闭状态下都会出现不同程度的振动情况，遇到振动较大的情况时，需要对其进行深入研究，并制定相应的紧急应对措施，这样才能将振动造成的不利影响控制在紧小范围内，否则将会对闸门产生巨大的破坏。

一、优良的水工钢闸门，庆具备如下性能：

1．结构安全可靠，能在规定的工况下正常工作。满足局部开启要求，泄水能力大，无严重空蚀，无强烈振动。

2．启闭操作灵活方便，能及时开放或关闭过水孔道。

3.止水装置严密，其漏水量及由漏水而产生的其他不良现象均应在容许范围内。

二、闸门振动的的危害

闸门在运行时，一般情况下振动是很轻微的。当闸门产生共振时．振幅剧增，振动强烈，在门叶结构内出现不平常的应力和应变，引起闸门金属构件疲劳、变形、焊缝开裂、紧固件松动，止水损坏，以致使闸门整体结构遭到破坏。此外，闸门强烈振动常使门槽损坏。

三、闸门振动机理及原因分析

（一）振动机理

（1）自激振动

这类振动因结构物的振动导致周期性的作用力，此作用力叉加大了结构物的振动，激荡频率是门体与水流因耦合而派生的。

（2）强迫振动

这种振动通常是随机的。结构运动对流体作用力不产生明显的影响。激荡频率是外力固有的。对于某个具体闸门来说，其诱发振动的因素可以是一种机制起作用，也可以是多种机制的组合。总的说来都是由于动水作用下的不平衡力或脉动力引起的。

（3）门后淹没水跃

在闸门大开度时．闸下产生淹没水跃，跃头是不稳定的，淹没水跃旋滚猛烈地、周期性地冲击闸门背面，激荡力就是水跃作用在闸门上的脉动压力．如果激荡力的频率接近或等于闸门的自振频率时，闸门便产生强烈振动。

（二）振动原因

（1）闸门底缘形式

运行实践表明，平面闸门的底缘形式对振动的影响颇大。闸门底缘形式不好，闸门泄流时，不仅会产生较大的下拖力，而且还会引起负压和空穴，产生脉动压力，冲击闸门，产生强迫振动。如民便蓄水闸因为闸门底部。

（2）止水漏水

闸门止水座安装不平直，或止水造型不合适，柔性不够，或止水损坏。在上游静水压力作用下，止水与止水座之间不连续接触．形成间隙射流，促使闸门产生自激振动。

（3）闸门开启度

在一定的边界条件下．闸门会在某一开启度时发生振动：如民便河蓄水闸在闸门提升到l0cm时。门体就开始振动。当提升到40cm对振动最强。将闸门稍予提高．强烈振动就消失了。类似情况在朱码阐也曾出现。

（4）门槽结构形式

闸门门槽结构形式不当，如门槽宽深比大小不适宜或门后渐变段形状不好，使过闸门槽处的水流紊乱。产生空蚀现象，对闸门产生脉动冲击力，使闸门产生强迫振动。

（5）刚度较差

闸门结构的刚度较差，在前述同样条件下，也容易发生振动。

（6）波浪冲击

波浪冲击闸门，闸门受到脉顽固压力作用，产生强迫振动。

四、防止振动措施

（一）从闸门的结构设计着重来保障闸的刚度与强度

结构设计时应充分了解闸门运行工况，对于可能发生又无法量化估计的荷载，如动水作用力和振动，在设计中应充分考虑关适当增大安全系数。

门叶结构的整体刚度在现行设计规范中无明文规定，整体刚度无法衡量，设计时只能进行强度验算。当水荷载作用时门叶变形过大，止水漏水亦会引起强烈振动，故设计中应特别注意加大整体刚度。

（二）加强闸门的管理运行

振动和响声是闸门管理运行中应特别引起注意的两种情况。

当下游水位较高，易出现淹没水跃和明满流交替，对门叶造成很大的冲击力。运行高度中应尽快使门叶脱离出剧裂振动工况，应重视局部开启工况，掌握闸门振动交大的最不利开度，并避免出现。

（三）制定合理的闸门操作规程，振动时改变闸门的运行方式，调整闸门的位置，改变过闸水流形态。

（四）调整闸门止水位置或止水材料尺寸，使之与门槽止水座板紧密接触不漏水，减少对闸门的冲击力。

（五）在闸门上游加设消浪设施．减小风浪对闸门的冲击力。

（六）改变闸门底缘结构形式．使闸门底缘下游倾角大于30O。当不满足30O的要求时可采取适当的补气措施。对于利用水柱的平面闸门，其上游倾角不应小于45。．以减少水流对闸门的冲击力。

（七）改进门槽的形式，改善门槽处过水流态。试验研究表明，当边墙坡度为12：1，转折点是的压力大致接近于参考压力，故不致发生空蚀现象及由此而引起闸门振动。

结束语

引起闸门振动的原因很多，尽管在设计阶段经过充分研究和论证，但由于设计时无法全面预见到闸门投入动行后，闸门发生振动的可能性和强烈程度，有时只能在出现振动现象后再来研究处理。因此，对闸门的动行管理和维护保养也必须予以重视。多种方法加以解决。

参考文献

【1】潘锦江.闸门振动问题探讨[J]，水利水电科技进展，2001.21(6).

【2】严根华，水动力荷载与闸门振动[J]，水利水动工程学报，2001（2）

【3】林敦志，闸门振动现象及振动特性分析，科技资讯，2010年16期

【4】陈永芳，浅析水闸闸门振动现象及防治措施，江苏水利，2003年第十期