水工钢闸门振动现象及振动特性分析

水工钢闸门振动现象及振动特性分析

　　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,具体分析闸门振动的机理以及闸门振动的振源情况和处理方式,以为避免振动给闸门带来的不良影响提供。
　　关键词闸门振动;振动特性;振动源;应对措施 　　
　　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最小范围内,否则将会对闸门产生巨大的破坏。
　　1闸门的振动机理
　　引起闸门振动的原因是多方面的,情况较为复杂。而根据专家们提出的理论认为,导致振动出现的主要原因是动水作用的不均衡,从闸门与动水互相接触的那一刻开始,振动现象则随之出现[1-2]。
　　闸门结构面对各种形式的作用力,其出现的振动特点也是不一样的[1]。很多情况下,闸门的作用力指的都是其结构的外力,也存在着另外一种情况,就是闸门自身的结构或与附近质的运动保持相互作用。当闸门受到多种作用力时则将对闸门系统做功,而输入能量对阻尼耗能填补后能够使得系统出现持续性的振动[3]。
　　在流激振动方面进行分析研究,世界各国建筑专家及设计师们将流激振动分为3种:
　　(1)外部诱发振动(微幅随机振动)。这种振动的引起因素是因为水流自身存在着很大的波动性,导致脉动压力的出现而引起振动。
　　(2)稳定性差导致的振动。这种振动是由于水流的不稳定性及反馈机制共同形成了外力的作用而造成的,这些和振动内部结构有着十分密切的关系,不稳定反馈机制涉及到流体动力学中的流体共振或物体共振。
　　(3)运动诱发振动(自激振动)。这种振动的引起因素是闸门自身结构的诱发力,它与物体共振反馈的不稳定振动之间不存在准确地区分,此种振动随着结构运动消失而消失。
　　2闸门振动振源情况与处理方式
　　要想避免振动的发生,就需要对造成振动的原因进行准确的分析,这样才能找出合适的处理措施[2]。根据水力条件的各种情况可以把振源分成以下几个因素:
　　(1)弧形闸门止水漏水因素。这类发生在止水上的脉动压力会使得止水发生振动,当漏水量过大时使得闸门顶止水射出的水流不断拍打门叶背后的梁格,最后引起闸门的振动。针对这些情况应该对工程进行改进优化,以确保止水具备良好的密封性。对止水位置、材料、尺寸进行合理的规划安排,促进止水与止水座板的紧密接触,以防止闸门在漏水停止后出现振动。
　　(2)波浪冲击闸门因素。当闸前水位接近胸墙周围时,其上游具备较大风浪作用时会在胸墙底部和弧门露出水面部分范围内造成封闭气囊,空气受到压缩,导致很大的气囊冲击压力,对弧门的安全造成冲击,在这种冲击作用下引起了振动。为避免这一情况的出现,应该在闸门上游装置防浪栅、浪排,以防止波浪给闸门造成较大作用。对胸墙底部装置通气管时能够在正常泄流时发挥出较好的作用,能够有效避免闸门出现振动[3]。
　　(3)平面闸门的底缘型式因素。根据实践经验得出,在平面闸门中使用水平底缘常常出现水力条件达不到要求的问题,这就不断增加了闸门启闭的难度,尤其是在造成起动水脉动压力出现后出现空蚀,以上现象都是闸门出现振动的关键因素。可采取以下措施进行防止:闸门底缘的设计需要注重刀刃形底缘及挑出的角度,最佳情况是将闸门底缘上游倾角、下游倾角分别控制在45°、30°以上,这样才能保证泄流时底缘流线的有效进行且阻碍闸门振动的发生;时刻保持闸门开度大于底部主梁宽度,以此来防止形成小开度的强振区。

　　(4)平面闸门门槽空蚀因素。平面闸门是十分常见的门型,在高速水流通过闸孔时,由于门槽段的边界出现变化而导致局部压力降低后出现了空穴现象,以致于形成空蚀破坏的问题。在这期间出现空蚀时则会造成闸门发生激烈的振动,影响到了闸门的安全运行。在遇到不的槽型式时需要根据详细的标准进行调整。
　　(5)闸后淹没水流引起振动因素。闸门在一定开度下泄流过程中造成的流水情况常常会不定期地给闸门造成影响,而闸门在水流强烈的脉动压力下很容易出现振动现象,这类振动主要是随机荷载下出现的振动,具有强迫性[4]。这就需要操作在运行时学会改变运行条件,避免闸门受到淹没水跃的影响,尽可能保持闸后水流处于良好的状态,这就从根本上控制了低振动的发生。在防止淹没水跃时,则需要增加闸门悬吊结构及支承结构的刚度。
　　3
　　[1] 潘锦江.闸门振动问题探讨[J].水利水电科技进展,2001,21(6):21-39.
　　[2] 严根华.水动力荷载与闸门振动[J].水利水运工程学报,2001(2):10-15.
　　[3] 周峰,侍克斌,马亮,等.胜利水库平面钢闸门水压加重结构的应用[J].南北水调与水利科技,2009(5):55-56,72.
　　[4] 练继建,彭新民.水工闸门振动稳定性研究[J].天津大学学报,1999, 32(2):171-176.

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