罗  周  教授级高工

邝炘荣  教授级高工

摘要：两支铰水力自控门（又称连杆滚轮式水力自控闸门）是发展中的新闸型，它具有利用水力自动启闭的特点，省去常规闸门机械电力启闭设备，结构简单、造价低廉，同时能较好协调兴利与淹没损失的矛盾，因而受到各地小型水利工程的欢迎，越来越多的使用，实践表明，合理使用这种闸门，可节省投资，又收效显著。有条件的地方可推广使用。

为了深化对两支铰水力自控闸门的认识，在龙门县花竹拦河坝上正确使用这种闸门。我们到湖北省长阳县参加宜昌地区两支铰水力自控闸门学术讨论会。会议期间参观了宜都县金滩电站、长阳县杨家坪电站。这两个工程都成功地使用了这种闸门，闸门尺寸均为4×8米（高×宽），降低了工程造价、缩短了建设工期，尤其是宜都县的金滩电站，效果尤其显著。当花竹工程决定采用这种水力自控门后，龙门县水电局委托湖南省交通勘察设计院做水工模型试验，我们又到长沙看了水工模型试验。从水工模型试验来看，花竹工程5×10米的闸门比宜昌金滩电站4X8米闸门更稳定，流态更好。闸门开启、全开、关闭水位合乎设计要求。水位与开度关系曲线比较光滑平顺。试验成果表明这种闸门可以应用于工程上。现将这次考察活动的体会扼要介绍如下：

一、宜都县金滩电站

该电站装机容量1890千瓦，建筑物有：主坝为长80米的闸坝，坝高5米，10扇4×8米两支铰水力自控闸门；付坝为长120米土坝。

经济效益：原采用弧型闸门方案，就闸门本身就需要85万元，采用两支铰水力自控闸门则可完成整个工程，闸坝造价63.9万元，为原来造价的79%，他们的资金全部是贷款，利息9厘，建坝后电站每年收入30万元，约4年时间可以归还本息。

金滩电站由于采用了水力自控闸门方案，降低了工程造价，缩短了工期，提高了经济效益，这很值得我们广州学习。

闸门建成投入使用两个月，经受过一场流量为1390米³/秒的洪水考验，当水位超过门顶0.1～0.2米之后，闸门开始启动，由于施工、安装误差，闸门启动有不同步现象，最迟的在门顶水位达到0.2米时才启动，以后随着流量增加，闸门开启度增大，当水位超过门顶1.3米时，十扇闸门全部达到最大开度。洪水过后，发现十个闸门支腿（共20个支腿）砼有轻微损伤，其中有一处最为严重，砼被压碎，钢筋外露。据分析可能是闸门全开后，水在闸门面板过流时，由于砼支腿与闸门支墩接触面不平整，在水压力作用下，产生局部压应力过大所至。看来不是闸门拍打所产生的破坏。因为拍打应理解为共振、振动等现象，这时砼的破坏远非于此。闸门运行两个月，闸水止水良好，使用效果达到了设计要求。

二、长阳县杨家坪电站

该工程集雨面积480平方公里，设计水头7米，流量14米³/秒，装机容量750千瓦。若建固定陂，上游回水区淹没耕地275亩，搬迁57户，这样大的淹没损失与电站本身的规模不相适应，为了降低工程造价，减少淹没损失采用了两支铰水力自控闸坝方案。

该闸坝投入使用已三年，期间经历过两次较大的洪水，第一次是八三年六月，当时洪水挟带的漂流物在坝前积聚，连通了河道两岸，其上可以行人，一棵粗大的柳树由闸门底经过时，卡在两扇门的支墩中，闸门不能关闭，洪水退后，用人工锯断树木，闸门仍能正常运转，无任何损坏。第二次是八四年七月，坝前达到设计洪水位，流量1412米³/秒，闸门经历了全开和全关的过程。这场洪水使下游一些建筑物遭到损坏，但水力自控闸门安然无恙。闸门的实际运用与水工模型试验结果基本一致，未发现有拍打现象，可以认为这种闸门运用是安全的。但在闸门运用过程中，开启与关闭会有不同步，闸门止水经过精心设计、精心施工，其止水效果、初始运用阶段比较理想，在频繁开启、关闭后，容易受到损坏，权衡利弊，认为这种水力自控闸门不失为一种较好的门型。

参加了这次现场会，加深了我们对两支铰水力自控闸门的认识，它具有结构简单、造价低廉、启闭不用机械电力的特点，因而受到全国各地小型水利工程的欢迎。但这类水力自控闸门存在“拍打”问题，对闸门的安全运行危害极大。因此，围绕着如何解决“拍打”问题，对门的结构不断进行研究、试验、改进。目前这种两支铰水力自控闸门借助连杆提供阻尼因素，因而形成两条水位线与闸门转角关系曲线（H－Q曲线），一条是启门水位与闸门转角关系曲线，一条是关门水位与闸门转角关系曲线，也就是说闸门处在某一转角时，其启门水位与关门水位是不同的，它们之间的差值给门提供了稳定，从而解决闸门“拍打”问题。这种闸门就有生命力，这样我们在做闸门比较方案时，就增加了一种门型。目前各种不同尺寸的闸门已用于工程上，运行都比较满意，基本上达到了设计要求。此外，采用这种门型的闸坝与同样高的固定陂相比，不但工程量少，而且能使坝的砌筑与闸门预制同步进行，互不干扰，能缩短工期，降低造价；能较好地协调兴利与淹没损失的矛盾，减少淹没损失，能较好的解决坝前泥沙淤积问题，这一点对山区河流尤其有利。

这种闸门在使用上应注意：对闸门的制作安装和铁件加工要求精度高；严防漂流物的危害；为适应闸门的非常运用和维修，适应增加一些辅助设施，如手动葫芦或液压装置是十分必要的。此外，应该强调的是：这种闸门仍处在探索阶段。由于它是在动水中启闭，因此，它的运用与水力条件、门型和支铰布置、坝型等因素有关。上述因素协调好了，闸门就不会发生“拍打”现象。在目前计算方法不够完善、原型闸门运行资料不多的情况下，能过水工模型试验，演示各种最不利情况，对设计方案做出鉴定和提出修改意见是尤其重要的。

三、花竹工程两支铰水力自控闸门水工模型试验

（一）模型材料

过去采用环氧树脂加入铁砂，配置成容重2.5克/厘米³的材料做闸模型，但考虑到材料性质与砼不一样。所以现采用水泥加入铁粉作为模型材料，配制成容重2.5克/厘米³，水泥与铁粉的比例约为4:1。但要控制容重为2.5克/厘米³并不容易，因为部分水与水泥结合成为永久重量，部分水则会蒸发而失去重量。但即使制作的模型重量稍有误差，对原型影响并不大。如佛冈有一水力自控闸门，闸门尺寸为1.55×7米，闸门计算重量为3.65吨，模型比例为14.14，模型重为3.65×1000000/14.14=1291克。闸门模型制成后，放在水里充分吸水，重量为1314克，超重1.78%，换算到原型，对水位的影响是5毫米，对模型的影响是0.35毫米,在实验中根本反应不出来。据他们的经验，模型重量误差为±3%～±5%，对原型影响水位仅为1～2厘米，而影响水位的主要原因是闸门的安装精度。因此，他们规定模型制作重量误差允许不超过±5%。又如龙门花竹闸门计算重量是41.72吨，模型重为5062克，在水泡浸后重量为5093克，超重为0.06%,可见他们模型制作的精度是比较高的。

（二）模型比例

水工实验是在玻璃水槽里做单扇门的实验，玻璃水槽宽为500毫米，闸门模型宽为495毫米，则佛冈闸门模型比例为7000/495=14.14，龙门花竹闸门模型比例100000/495=20.2。

（三）模型与原型的相似

重力相似准则即佛汝德数相似准则，是一般水工模型试验的理论依据，但两支铰水力自控闸门的开启与关闭过程是以闸门绕某一轴转动的过程，因此在水工模型试验中牵涉到转动问题。现简单推导与转动有关的物理量，模型与原型的比例关系。

设原型与模型的几何比例为n，p为原型下标，m为模型下标。

点转动，