一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法与流程

本发明涉及钢坝闸，具体涉及一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法。

背景技术：

1、底轴驱动翻板闸门(简称“钢坝闸”)，主要由门叶、底轴、拐臂、液压启闭机和闸门锁定装置等组成，闸门门叶固定在悬臂梁纵向主梁，纵梁的悬臂固定端与底轴刚性连接，水压力可通过门叶结构传递到底轴，底轴承受力和扭矩两种荷载，力通过底轴固定铰支座传递给基座，扭矩通过底轴传递给液压启闭结构或锁定装置。钢坝闸具有结构简单、启闭灵活、闸门开度可实现无级调配且无碍防汛和通航，可通过闸门顶部跌流形成瀑布景观等优点，在水闸设计中已得到广泛应用，前景十分广阔。

2、目前为止，在钢坝闸水力设计方面仍缺乏相关的标准，主要借鉴传统水闸设计规范和单级跌水经验公式，而钢坝闸过流以门顶或表层溢流为主，与传统闸门门底过流差异较大，底流消能防冲设计并不适用；而按单级跌水经验公式设计，因未考虑闸门开度、门顶溢流角度等因素的影响，将造成抛射距离计算偏差，直接影响消能防冲范围的判定。

3、从实际运行情况看，存在过闸流态及运行方式不够合理，产生异常抖振或水流衔接不畅等现象，现有设计方法未涉及钢坝闸消力池设置条件及任意开度下消能防护范围的判定，影响了国内钢坝闸的运行推广，迫切需要提出一种适用钢坝闸复杂运行工况的消能防护范围设计方法。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，以解决背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，具体包括以下步骤：

3、步骤一，给定来流水力参数及闸门结构参数；

4、步骤二，在水力设计前，确定钢坝闸溢流水舌抛射最远距离ld：

5、ld＝(0.792hd+0.807p)(h0/h)0.404

6、其中，hd为下游水深，p为跌流高度，h0为溢流水头，h为闸门竖直时，自转轴中心到门叶最高点间距离；

7、步骤三，确定钢坝闸临界水跃水深hc”：

8、hc”＝1.63(h0/p)0.879p

9、步骤四，确定钢坝闸主消能区长度lm和防护区范围长度lp：

10、lm＝h sinθ+ld+1.2h

11、lp＝h sinθ+ld+4.621hd

12、其中，闸门开度是闸门中轴线与竖直线的角度θ。

13、优选的，在步骤二中，钢坝闸上游设置拦砂坎，确定转轴中心到底板的距离δh；在一定开度θ时，闸门最高点到转轴中心的竖直距离hcosθ；闸门最高点到闸底板距离为跌流高度p＝hcosθ+δh。

14、优选的，在步骤二中，通过下游水位hd和临界水跃hc”的相对大小作为设置消力池的判据。

15、优选的，若下游水位hd大于等于临界跃后水位hc”，则不需要设置消力池；若下游水位hd小于临界跃后水位hc”，则需要设置高度为(hc”-hd)的消力池。

16、优选的，闸门开度θ是0～90°。

17、本发明具有如下优点：

18、1、本发明通过给定来流水力参数及闸门结构参数确定确定钢坝闸溢流水舌抛射最远距离和钢坝闸临界水跃水深，进而得到钢坝闸主消能区长度和防护区范围长度，与现有技术相比，根据消能防冲水力计算得到主消能区与防护区范围，方便工程设计人员快速评判钢坝闸的消能防护范围。

19、2、本发明的多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，设置钢坝闸消力池条件以及对任意闸门开度下消能防护范围进行判定，实现对国内钢坝闸的运行推广，适用于钢坝闸多种运行工况的消能防护范围设计。

技术特征：

1.一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，其特征在于：在步骤二中，钢坝闸上游设置拦砂坎，确定转轴中心到底板的距离δh；在一定开度θ时，闸门最高点到转轴中心的竖直距离hcosθ；闸门最高点到闸底板距离为跌流高度p＝hcosθ+δh。

3.根据权利要求2所述的一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，其特征在于：在步骤二中，通过下游水位hd和临界水跃hc”的相对大小作为设置消力池的判据。

4.根据权利要求3所述的一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，其特征在于：若下游水位hd大于等于临界跃后水位hc”，则不需要设置消力池；若下游水位hd小于临界跃后水位hc”，则需要设置高度为(hc”-hd)的消力池。

技术总结
本发明公开了一种多工况底轴驱动翻板闸门消能防护范围设计方法，具体涉及钢坝闸技术领域，具体包括以下步骤：给定来流水力参数及闸门结构参数；在设计前计算溢流水舌的抛射距离，水舌的抛射距离处应避免设置底板分缝；计算临界跃后水深以确定是否需要设置消力池；计算主消能区长度和防护范围长度，根据消能防冲水力计算得到主消能区与防护区范围。本发明根据消能防冲水力计算得到主消能区与防护区范围，方便工程设计人员快速评判钢坝闸的消能防护范围，适用于钢坝闸多种运行工况的消能防护范围设计。

技术研发人员：王新,谢庭强,刘红剑,陈发展,王俊,张首元,马海涛
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15