闸门振动的原因及防止措施分析

马伟国

【摘要】闸门是水利建筑的重要结构部分，对于水利建筑的蓄水、排水、泄洪等功能的发挥有着极大的影响。但是，在水闸使用过程中，却经常有漏水、失事等问题发生，究其原因，是由于闸门的振捣导致的。因此，分析闸门振动的原因，寻找合适的防止措施，对于水利建筑的安全有着重要意义，本文就围绕此展开讨论。

【关键词】闸门振动；原因；防止措施

近些年来，随着我国社会经济的快速发展，水利工程等基础设施的建设也有了很大程度进步，水利工程的正常运行对社会经济稳定和人们人身安全等都有着极大影响。水闸作为水利工程的组成部分之一，在启动或关闭的工作过程中，经常会有振动现象的发生，轻则会引起水利工程排水等功能受到影响，严重时甚至会引起安全事故。因此，加强对闸门振动原因的分析并探索相应的防止措施，有着十分重要的现实意义。

一、 闸门振动的发生原因

闸门振动的发生原因十分复杂，但通常认为，动水作用的不平稳是闸门振动问题的直接原因。在闸门开启或闭合的过程中，会有动水的产生，当动水接触到闸门时，会给予闸门一定的作用力，引起闸门的振动，大多情况下，这种振动是比较微弱的，并不会给闸门运行的安全造成影响，但在一些特殊情况下，闸门的振动是十分强烈的，甚至有共振或动力失稳问题出现，严重威胁闸门安全。

一般而言，闸门的作用力只是指结构受到的外力、干扰力，但也有一种特殊情况，即闸门结构本身或其周边介质运动形成的相互作用力。针对不同类型的作用力，闸门结构的振动特点也是千差万别的，在外部作用力不停作用于闸门结构时，其带来的能量会抵消掉阻尼消耗能量，使闸门表现出持续振动现象[1]。

就激流振动而言，通常将闸门振动发生原因分为三种，一是外部作用力诱发的振动，属于一种微幅随机振动，其发生原因主要是由于水流波动性特征引起脉动压力作用于闸门后，导致出现振动。

二是稳定性问题引发的振动，这种振动是由于水流不稳定特征结合反馈机制功形成来对闸门结构的外力，根据流体共振或物体共振的原理，引起闸门结构的振动。

三是闸门运动导致的振动，这是一种自激振动，由于闸门结构本身存在诱发力，在物体共振过程中，形成闸门本身的振动现象，但是物体共振反馈是不稳定的，所以，此种振动会在结构运动消失时同时一并消失。

二、 闸门振动的振源分析

（一） 弧形闸门的止水漏水

止水座板是闸门的重要组成部分，是避免水利工程中建筑渗水、漏水的重要构件，但是，在弧形闸门中，止水座板与平面闸门有很大差异，在安装时，容易发生选型不当或者安装不平直等问题，止水座板与止水之间接触出现缝隙，无法完全密封，在上部水体的压力作用下，水就会从缝隙中射出，脉动压力作用于止水上，导致止水振动，进而引起闸门振动。当止水漏水较为严重時，射出的水会直接作用在门叶后梁格上，也会发生闸门振动问题。

（二） 闸门受到波浪的冲击

在水利工程中，水体并不是完全静止的，尤其是在有风的情况下，会有风浪、涌潮等现象，此时，如果闸前水位与胸墙接近或略低，胸墙底部与弧门水上部分会形成封闭空间，空气被压缩后产生巨大的冲击力，直接作用在弧门上，给弧门安全造成严重威胁，甚至会引起闸门支臂失稳问题，进而诱发闸门振动[2]。

（三） 平面闸门底缘型式不当

当平面闸门底缘型式设计不当时，比如水平底缘，闸门的水利条件相对较为恶劣，闸门开启、闭合操作更加困难，而且在此过程中会形成水脉动压力，有时会有负压出现，引起空蚀，这些都会引起闸门振动。

（四） 平面闸门门槽空蚀问题

平面闸门是水利工程中常用的闸门型式，但此种闸门在有高速水流从闸孔中通过时，会在门槽段发生边界的突变，在局部内出现压力骤降，出现空穴现象，引起空蚀问题，导致闸门发生严重振动。

（五） 闸后有淹没水跃发生

在一定开启程度下进行泄流时，闸门后部可能会有淹没水跃现象的发生，对闸门形成周期性的冲击，此时，水流的强烈脉动压力会不断作用在闸门上，导致闸门发生强迫振动。

（六） 其它特殊的水流条件

在一些特殊的水流条件下，以低水头弧形闸门为例，在闸前水位比闸顶高的条件下开启，就会在闸门底部、上部通常发生泄流，也就是双层过水，在这种作用下，水流会在闸门后部形成涡流，导致闸门发生强烈振动。

三、 闸门振动的有效预防措施

（一） 针对振源的闸门振动防止措施

针对上述各种闸门振动的振源，可以采取的有效防止措施主要有：

第一，在闸门安装过程中，加强对止水施工质量的控制，通过更换止水材料或者调整止水位置等措施，确保止水与止水座板之间接触的紧密性，预防漏水发生，避免闸门振动。

第二，在闸门上游位置设计防浪排、放浪栅等装置，或者在胸墙底部设计通气管，有效降低波浪给予闸门的冲击力，保证泄流时气体可以自由排出，都可以起到防止闸门振动的效果。

第三，改变平面闸门底缘型式，采用刀刃型底缘，其中，在上游闸门底缘倾角控制在45°-60%之间，下游倾角也要>30°，保证水流从闸门底缘经过时的顺畅，降低水流给闸门形成的水脉压动力，从而防止闸门振动[3]。

第四，在闸门有淹没水跃发生时，应该立即改变闸门运用的条件，通过提升闸门开启高度等措施，来消除淹没水跃现象，使闸门后部通气充分、水流为明流，就可以避免闸门振动的发生。

（二） 运行管理的闸门振动防止措施

在闸门振动中，还有相当一部分是由于运行管理不当引起的，所以，加强对闸门运行管理的控制，也能起到一定的防止作用，具体防止措施主要有：

首先，定期检查维修闸门。有很多闸门在建设初期是安全的，并不会发生振动现象，但经过一段时间运行后，闸门会多多少少的出现一些问题，此时闸门性质已经发生了一定改变，如果这些问题不能及时发现，就可能会引起闸门振动。因此，要定期对闸门进行检查维修，包括滑轮、支铰等关节构件的运行情况、联接紧固件的牢固程度、止水的密封性、通气孔的畅通性以及薄弱部位的锈蚀情况等，及时发现问题并进行维修，提升闸门结构刚度，改变闸门的自振性质，避免共振问题发生。

其次，完善闸门操作规章。对闸门操作的规章进行完善，通过对闸门振动原因的分析，寻找其中闸门操作失误的问题，比如双层过水、长时间停留在同一振动开度等，将其纳入到操作规章中，避免违章、不当操作等问题，有效预防闸门振动问题。

第三，采取避免振动的措施。在闸门的运行过程中，需要对闸门周边的情况进行严密观察，及时发现可能会引起闸门振动的问题，并采取合适的措施进行处理，有效避开会引起闸门振动的位置。比如在闸门运行中，在某一水位时出现了进口漩涡，且仅在此水位有，则此水位不适合闸门开启运行；如果有横向流出现时，也不适合进行局部开启操作。通过这些操作方式，能够在一定程度上预防闸门振动的出现，但仅是治标不指标的方法，所以，还有对振因进行详细分析，尽量消除这种问题。

结语

综上所述，闸门振动是闸门使用运行过程中常见的一种现象，其发生原因比较复杂，如果不做好闸门振动的控制，极容易引起严重的安全事故，因此，分析闸门振动原因并寻找防止措施十分必要。闸门振动的防止可以通过针对不同振源类型采取具体的控制措施，也可以从运行管理等方面来进行预防，通过多种手段的共同作用，可以最大程度的降低闸门振动发生的可能，保证水利工程的安全。

参考文献：

[1]付亮，陈龙，张晓曦，程永光，莫剑.柘溪水电厂事故闸门振动原因及减振措施研究[J].水力发电学报，2014，01：207-214.

[2]刘晓燕.水工钢闸门振动现象及振动特性分析[J].现代农业科技，2010，16：250.

[3]刘鹏，高振海，严根华，吕飞鸣.大跨度上翻式拱形钢闸门振动特性及抗振优化[J].水利水电科技进展，2011，03：74-79.