平面钢闸门反向挡水启门力数值分析

黄先北，仇宝云*，孙 涛，倪 春，于贤磊，郭 嫱

(1.扬州大学电气与能源动力工程学院，江苏扬州225127；2.南水北调东线江苏水源有限责任公司，江苏徐州221003)

垂直提升式闸门由于结构简单、维护方便，在水利工程中得到了广泛的应用[1]。由于水闸上下游水位以及调水需求的变化，不少闸门在使用中存在正向挡水与反向挡水两种情况[2-4]，例如，南运河捷地节制闸，在上游无水时出现反向挡水情况[2]。对于常规平面钢闸，反向挡水时面板贴近下游，而主梁贴近上游，与正向挡水相比，其闸门受力更加复杂。江苏省某闸站枢纽节制闸自2008年8月至2013年底，由于反向挡水，启闭机在运行中曾出现系统失压的问题；2015年6月，闸门开启后提升困难，活塞杆呈爬行状态，提升速度不均匀，启门力存在超过设计值的不正常现象。

垂直闸门启闭力主要包含重力、摩擦力以及水压力三部分，其中摩擦力与水压力往往根据相关经验公式计算[5-6]。然而，经验公式作为一种普适性方法，难以考虑具体的闸门特征，特别是受水压力复杂的反向挡水闸门。因此，必须建立一套更为可靠的启门力计算方法。吴腾等[7]通过模型试验测试了闸门的启门力，并分析了变化规律；向定汉等[8]提出半桥法测量扭矩，从而计算启门力。值得注意的是，上述试验方法均在水闸建成之后进行，当发现启门力不足时改进液压系统成本较高，且试验成本亦不容忽视。近年来，随着计算机技术的发展，计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）在水利工程中的应用日趋广泛[9-17]。……