本文基于能量法,列出拍门运动的通用方程,然后以典型泵站为例,针对不同类型拍门(不同的安装形式、门页数和材质等),分析计算同等条件下拍门的开启角和撞击力,通过分析对比,综合评价他们的优缺点,提出相关的结论及建议。论文对拍门的研究和工程设计有重要参考意义。
1拍门运动的通用方程 停泵闭门期间拍门的运动可分为正转正流和正转逆流2种情况。当在正流阶段关闭时,拍门主要受水流冲力、运动阻力、附加阻力及浮重力的作用;逆流阶段关闭时,拍门主要受动水压力、运动阻力、附加阻力、浮重力的作用。其中,后3种力对门轴的力矩与正流阶段相同。图1为流道出口拍门的几何倾角及安装示意图,由此可推导拍门运动的通用方程[1]。依次求得水流冲力、运动阻力、附加阻力、浮重和动水压力对拍门产生的力矩M1、MR、MD、Ms和MY[4],并按照动量矩定理,
双扇拍门其中一扇的撞击力。由表3可知,①双扇拍门的开启角α0略大于单扇拍门,由于在开启角相差不大的情况下,双扇拍门出流条件优于单扇拍门,所以相同条件下,双扇拍门较单扇拍门能够获得较好的过流条件并受到较小的出流阻力。②闭门撞击力方面,自由侧翻式双扇拍门闭门撞击力是单扇的42%左右,井盖式双扇拍门闭门撞击力是单扇的49%。由此可见,对于百里洲泵站,自由侧翻式双扇拍门减小闭门撞击力效果比井盖式双扇拍门好。③双扇拍门绕铰轴的转动惯量远小于单扇拍门,并且水流在单、双扇拍门上的作用点不同,双扇拍门的作用点更接近于出流一侧,这使得水流对双扇拍门产生的力矩大于单扇拍门,故双扇拍门能够获得较大的开启角和较小的撞击力。由此可以推断,对同口径、同条件下的拍门,当采用2个以上的多扇拍门时,可获得更大的开启角和更小的撞击力。
不同材质拍门的开启角和撞击力 制造拍门的材料可以是钢铁、木材或人工复合材料,他们对拍门水力特性的影响主要反映在拍门的浮重上(含浮箱式拍门)。为便于比较,这里仍以百里洲泵站为例,且拍门的材料分别为钢质和人工复合材料(复合材料的密度ρ=1500~2000kg/m3,相对密度为1.5~2.0,只有碳钢密度的1/4~1/5,取复合材料的比重为1.8,分析同口径、同条件下不同材质拍门对开启角和撞击力的影响。根据上述条件,利用公式(1)先求出不同材质拍门的浮重G,再计算浮重对门轴的力矩MG,并且在求出拍门运行稳定时的Mc后,通过试算可得不同材质拍门在不同安装情况下的开启角α0;