水力自控翻板闸门的研究与应用—— 周经渊

怀集安定

咱们也学做水工



2007年12月
水力 发电学报

水力自控翻板闸门的研究与应用
周经渊
(湖南省交通科学研究院，长沙410015)
摘要：水力自控翻板门是一种水工闸门，其主结构已为钢筋混凝土，一般可用于替代平板提升闸门和弧形闸门，适用
于拦蓄河水和泄洪，它的平稳运行基于动水压力和闸门自重的力矩平衡。本文主要介绍曲线轨道水力自控翻板门的进
展和用途。
关键词：水力学；水工闸门；水力自控翻板门；动水压力；自控门；翻板闸
前言
水力自控翻板门是一种水工闸门，别称翻转闸门、中转轴闸门、横轴翻倒门等，经过许多年的研究和发展，它
已经渐趋成熟，主结构已为钢筋混凝土，特别是曲线轨道水力自控翻板门(以下简称“翻板门”)。它有如下优点：
(1)根据水位的变化自动渐开或渐关，其运动过程变得非常温和；(2)由于优点1，可以用钢筋混凝土现场制造翻
板门，达到降低成本、增加寿命、减少维护的目的，其造价约相当于平板提升闸门的1“～l／3；(3)由于优点1，同
一座水闸的多扇翻板门运行同步性良好，消能效果更好，可以减少消能工的投资；(4)工作可靠性很高，避免了机
械故障和电器故障的担忧，泄洪可靠性高于常规闸门；(5)全开时，倾角小(接近水平)，泄流能力大，碍洪作用小。
它可以用于拦蓄河水和泄洪，可替代平板提升闸门和弧形闸门。
最初研制水力自控翻板闸门是为了稳定航道水位，但在水利水电行业广受欢迎，特别适用于径流式水电站和
为地下水补源的拦河活动坝，它只抬高正常蓄水位，而
基本维持原河道的泄流能力、不抬高洪水位。
1 基本原理
图l是一扇曲线轨道水力自控翻板门的立体图，其
型号为湘交．861型(或称xJ-861型，“湘交”即湖南交
通)，图2是翻板门的三视图。当它关闭时，它(接近于)
铅垂挡水；当它完全开启时，它接近于水平(水平倾角达
10度)，水通过翻板门板的下方和上方泄入下游。一般
图1 一扇水力自控翻板闸门的立体图
Fig．1 Stereo铲丑m of hydraulic automatic nap gate

翻板门之问不设隔墩，而用止水橡皮密封。省去了隔
墩、启闭机台、启闭机等设施。水力自控翻板门的工作
原理如下：
1．水力自控翻板闸门的工作是基于门体自重和动
水压力的平衡。这意味着，如果要维持翻板门的开启状
态必须有一定动水压力，动水压力来自于上下游水位差
和流速。
2．设计时，令翻板门的开度和上游总水头为一条
单调上升的关系曲线。如图3，在翻板门的开启和关闭
过程中，使任何上游总水头均对应一个翻板门开度。河
道水位的变化是连续和渐变的，可以用河道水位的变化
限制、甚至消除翻板门的撞击和拍打(“拍打”即频繁的
往复运动)等“过量”运动。
3．约束翻板门沿着设定的轨道运动，否则翻板门
会在复杂水流情况下偏离设计工况，偏离正常运行。例
如：多铰翻板闸门的跳铰，曲线铰翻板门浮走等。

图2湘交-86l型()(J一86l型)水力自控翻板门
Fig．2
The
hydraulic automatic nap gate of model)(J一86l
4．翻板门运动时将产生一个水面波来响应一些意外情况，象飘浮物撞击、水面风浪等。当翻板门作开门运
动时，上游将产生一个凹面波；当翻板门作关门运动时，上游将产生一个凸面波。很好的利用这个波，可以减慢翻
板门的运动速度，对消除拍打和撞击很有益处。
5．精细地调整翻板门上的曲线轨道，可达到所需的运行性能，可以很好地解决早期型号水力自控翻板门的
各种问题¨“j。(注意图3流量超过400m3／s后，上游水位下降，是由于下游水位顶托闸门，造成闸门开度增大较
快，这不影响稳定性。)

图3典型关系曲线
Fig．3 Typical relatioIl curve
2 运行性能
典型的设计如图2、图4、图5，上游总水头和翻板门
倾角关系曲线、上游水位和泄流量关系曲线、翻板门倾
角和泄流量关系曲线如图3。当上游水位到达开门水位
时，翻板门开始开启，随着上游水位的上升开度渐渐增
大，直到翻板门全开，多扇翻板门在这一过程中同步性
很好。当水位下降至关门水位(其总水头高于开门水
位)时翻板门回关，一次回关到约40p，这一回关动作称
作第一回程，此时流速水头起了很大的作用，这一过程
多扇翻板门同步性不好，但必须无撞击。部分翻板门先
回关第一回程，然后上游水位上升而下游水位快速下
闸门关闭状态
图4曲线支腿翻板闸门
Fig．4
7111e curved hydraulic automatic brace nap

降，水位变化诱导其它翻板门提前第一回程。其后，多
扇翻板门同步渐渐全部关闭。现在的设计中，第一回程
不明显甚至消失。而早期的翻板闸门，在开启过程的后
阶段动作剧烈，常有撞击，常在支墩顶加装缓冲橡胶；其
第一回程非常明显并时有撞击，也常设缓冲装置。
图4、图5两种型式的翻板门较适合高大闸门、强下
游水位顶托的工况。最近的试验研究显示，图5型式的
翻板门可以在门前压0．8倍门高的淤沙、无外加动力的
情况下自动开启，可以在上下游没有水位差、仅有
1．O-n／s流速时维持全开。
1990年我们为江苏(徐州地区)新沂县设计改造了
王庄闸¨1。王庄闸在总沭河上，45孔，90扇翻板门，横
断420米河面，始建于1964年，经过水工模型试验论
证。，采用单铰翻板闸(即中转轴翻板闸门)。初建时为
钢梁木面板，后来部分闸门改为钢梁钢面板、部分改为
钢梁钢丝网水泥面板，见图6。初建时45孑L均为翻板闸
门，后来中间3孔改为平板提升闸门。后来又增设了阻
尼减震油缸。当时，认为王庄闸的设计是成功的“。王
庄闸的主要问题是消能防冲，远比模型试验中恶劣，消
力池和海幔被非常不均匀的破坏，甚至3孑乙提升闸门下
游的消能工也被严重破坏，1990年以前每年约需要20
多万元维护消能工和河床。王琬华“。作了一扇翻板门
的模型试验，并指出最恶劣的消能状态在闸门突然开启
后的瞬间，但在原型上这个恶劣瞬间被无限延长了。
因为单铰翻板闸门只有全开和全关两种状态，其中
间过程不稳定、极度短暂，只数秒钟，关门水位低于开门
水位。在只有一扇闸门的情况下，闸门开门后，宣泄的
流量使下游水位迅速上升、上游水位迅速下降，很快进
入良好的消能状态；而在多扇单铰翻板闸门共同运行
时，当达到开门水位时，有一扇闸门会首先开启，如果上
游来流不足以迅速让所有闸门都开启，只是部分闸门全
开或只有一扇闸门全开，其它闸门仍然程关闭状态，单
宽流量过分集中，流量不够大，下游水位也不能抬升到
产生良好水跃的水深，消能不全的水流对下游河床和消
能工的造成持续、严重的破坏，模型试验中的恶劣瞬间
被无限延长，这就是消能防冲问题的根源。如此造成断
面模型试验结果与实际情况有较大的差别。
在王庄闸的改造设计中，我们仅改造了闸门的支
墩，增设了支腿，未改动消能工、闸门板等其它没施。闸
门变成了曲线轨道水力自控翻板门，渐开渐关，单宽流
量均匀，消能良好。1991年4月完成闸门改建工程后，
图5 四轮支撑翻板闸门
Fig_5
ne 4一wheel hydraulic autoInatic 11印gate
立茎塑查焦
图6王庄闸门改造前的单铰翻板门
Fig．6
r11}le one．hi“ge hydraulic automatic nap gate
used in Wangzhuang sluice before rebuill
到1999年消能工很少维修，只是在海幔的尾部进行了一些处理，是由于下游河床内持续采砂，下游水位持续下
降，对跃后水深不利所致。改建时花费了40多万元人民币，约合1990年前两年的维护费。经过1991年、1992年
的三次大洪水后，改造工程于1993年获徐州地区科技进步奖。改造王庄闸单铰翻板闸门的经验有：
1．在一座水闸上如果要用多扇单铰自动翻板闸门，必须强制闸门同步运转，否则消能情况很恶劣。
2．同一座水坝或水闸上的多扇闸门也必须严格按设计工况和水工模型试验工况操作，否则因水流分布不当
而破坏消能工。多扇相同的闸门必须同步或接近同步的开启或关闭。我国的许多水利工程在经受洪水后消能工
破坏严重，我们不能简单的认为是水工模型试验、设计、防冲材料的技术问题，很可能是闸门操作不当所致。
3．一般认为飘浮物对翻板闸门较普通闸门更不利。事实上，设计得当可以避免飘浮物对翻板闸门结构和动
态性能的损害，只是干扰闸门止水、需要人工清理；而为了避免普通闸门阻滞飘浮物和飘浮物干扰止水，普遍采用
满开度泄流的办法，在有多扇闸门的水闸上，如果不需要很大的泄流量时，是让部分闸门满开度、部分闸门全关
闭、恶化消能效果呢?还是所有闸门等量小开度阻滞飘浮物呢?这是一个两难的问题。所以，不能简单地认为普
通闸门更适应飘浮物。
3 用途
由于曲线轨道水力自控翻板门的显著优点，用它几乎可以替代所有的露顶闸门。可在翻板门上加装辅助操
纵装置，满足任意操纵的需要，如图5。加装防水卷扬式启闭机后，可替代平板提升闸门和弧形闸门。例如：一扇
4m高×8m宽的翻板闸门只需要50kN的操纵力。其泄洪可靠性更高，即使操纵系统失灵，翻板闸门仍能自动开
启泄洪。省去了肥厚的隔墩、高大的启闭机台，启闭机也很小。其造价远低于其它形式的闸门。水力自控翻板闸
门有1个特点，闸门开启后如果要维持闸门的开启状态，除需要一定的上游水位外，还必须有一定的上下游水头
差，否则必须用其它辅助措施。我们可以用该特点在河流的人海口处拦蓄淡水、阻挡海潮、宣泄洪水，如图7。
闸门自动关闭阻挡海潮 闸门自动打开泄洪
图7 自动挡潮闸门设想图
Fig 7
11le
imagination diagram
of automatic tidal sluice
gate
4维护
用钢筋混凝土制造的水力自控翻板闸门所需要的
维护工作很少，主要是除锈刷漆和更换止水橡皮，因其
暴露的钢铁件很少，所以除锈刷漆任务也很小。通常维
护工作可以在枯水期、放空上游的蓄水后进行，如果不
愿放空上游的蓄水，可以按图8使用检修闸门。
如图8。从检修闸门的受力考虑，最好选用标准半
园形，其只承受轴力、无弯距。如果检修闸门跨度选择
得当，0。、2 4翻板门的闸板梁的弯距可以不变，只是局
部剪力增加。

图5 19770802号洪水计算出库和实际出库比较
Fig．5 Compartison between computed

图6 19780806号洪水计算出库和实际出库比较
Fig．6 Comparison

4结语
实现水库水沙联合调度，需要了解坝址水沙运动过程。本文应用异重流总流差分模型对坝址泥沙运动过程
进行了预测，结果表明该模型模拟泥沙在水库中的运动规律简单实用有效，为实施水沙联合调度提供了可能。提
出的水沙联合调度模型，不仅考虑排沙目标，而且考虑上下游防洪安全，利用库容调节出库水沙过程，可以有效辅
助制定水库调水调沙方案，与异重流总流差分模型配合，可望用于生产实际。但是，本研究还很初步，仍需完成下
面两个方面的工作：(1)收集大量的不同水库的洪水资料对异重流总流模型进行检验，提高其模拟精度；(2)进一
步增强水沙联合调度模型的适用性，不仅要满足水库自身排沙要求，还要满足水库下游河道的排沙要求。
参考文献：
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包为民，张叔铭，瞿思敏等．异重流总流运动微分方程：Ⅱ．差分模型求解与验证[J]．水动力学研究与进展
(A辑)，2005，20(4)：501～506．
包为民．黄土地区流域水沙模拟概念模型与应用[M]．南京：河海大学出版社，1995年．
(上接第76页)
参考文献：
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徐小弟，卓勤．水力自控翻板闸门运行分析[J]．浙江水利水电专科学校学报，2002，14(1)：55～56．
袁雄汉．水力自控翻板闸门应用方式的总结与探讨[J]．水利工程管理技术，1992(1)：2～7．
李宗健，江仪贞，王长德．水力自动闸门[M]．北京：水利电力出版社，1987．
王城，韩世浩，杨淳，陈人蒋．钢筋混凝土水力自动翻板门及其在友谊电站的实践[J]．长江科学院院报，
1997，14(2)：3l～34．

怀集安定

建在坝上的翻板闸门。

大山里人

敬请老前辈到文昌坝实地考察一下这个坝的基座到底高出河道底部多少？有无达到自行开启的标准和泄洪的作用！
口说无凭，跟见为实吧！

怀集安定

大山里人 发表于 2015-5-24 17:33
敬请老前辈到文昌坝实地考察一下这个坝的基座到底高出河道底部多少？有无达到自行开启的标准和泄 ...

不高，不到一米，是否适合绥江这样垃圾杂物特多南方河流用也是个问题。
“改造王庄闸单铰翻板闸门的经验有：
      1．在一座水闸上如果要用多扇单铰自动翻板闸门，必须强制闸门同步运转，否则消能情况很恶劣。
      2．同一座水坝或水闸上的多扇闸门也必须严格按设计工况和水工模型试验工况操作，否则因水流分布不当
而破坏消能工。多扇相同的闸门必须同步或接近同步的开启或关闭。我国的许多水利工程在经受洪水后消能工
破坏严重，我们不能简单的认为是水工模型试验、设计、防冲材料的技术问题，很可能是闸门操作不当所致。
      3．一般认为飘浮物对翻板闸门较普通闸门更不利。事实上，设计得当可以避免飘浮物对翻板闸门结构和动
态性能的损害，只是干扰闸门止水、需要人工清理；而为了避免普通闸门阻滞飘浮物和飘浮物干扰止水，普遍采用
满开度泄流的办法，在有多扇闸门的水闸上，如果不需要很大的泄流量时，是让部分闸门满开度、部分闸门全关
闭、恶化消能效果呢?还是所有闸门等量小开度阻滞飘浮物呢?这是一个两难的问题。所以，不能简单地认为普
通闸门更适应飘浮物。”
       所谓经验者，教训也

怀集安定

大山里人 发表于 2015-5-24 17:33
敬请老前辈到文昌坝实地考察一下这个坝的基座到底高出河道底部多少？有无达到自行开启的标准和泄 ...

从你贴子图可看闸门底与有水处〔下游水平面〕高度就是坝的高度啦

lsc9351

文昌塔大坝的翻板闸根本起不到作用，每次开启都是需要人工开启，本人亲眼见过几个大汉操作近一个小时才打开，洪水来时有谁敢冒险下河开闸？

怀集安定

lsc9351 发表于 2015-5-24 22:11
文昌塔大坝的翻板闸根本起不到作用，每次开启都是需要人工开启，本人亲眼见过几个大汉操作近一个小时才打开 ...

亲：你看到的是枯水季节或称流量相对较小时候的情形，它自动启用是当水流漫顶几十公分时，靠水的推力自动打开。说实话我也未曾见过。



2008/02/09是农历正月初三是枯水期，为欢度春节文昌闸坝应是蓄水了。



三江口，对面是蕉坪水电站机房。相信这是文昌闸坝关闭后水淹到此。即49米高程

大山里人

怀集安定 发表于 2015-5-24 22:47
亲：你看到的是枯水季节或称流量相对较小时候的情形，它自动启用是当水流漫顶几十公分时，靠水的推力自 ...

这次523发大水没有在怀城无法求证核实文昌文昌闸坝到底开了没有，如开又是在什么时候开的，不然的话可实地看下拍摄就好了！

大山里人

用航拍啊！本领域网不是有网友曾发过一些航拍上本网的吗？