淺析船閘人字門(mén)振動(dòng)原因與處理措施

2023年12月30日發(fā)(作者：璀璨的意思是什么)

淺析船閘人字門(mén)振動(dòng)原因與處理措施

摘要:本文將主要針對(duì)某單級(jí)船閘人字門(mén)振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析，然后利用有關(guān)資料進(jìn)行研究，針對(duì)可能引起的原因進(jìn)行綜合的討論，希望能夠通過(guò)有效的解決辦法去減少問(wèn)題的發(fā)生，提出對(duì)人字門(mén)進(jìn)行技術(shù)改造的辦法。 關(guān)鍵詞:船閘人字門(mén)，振動(dòng)，處理措施

1.

工程概況 國(guó)內(nèi)某單級(jí)船閘共設(shè)有四扇人字門(mén)，分別位于上閘首兩扇與下閘首兩扇，并且全部都是鋼質(zhì)門(mén)。該船閘處在水上運(yùn)輸?shù)慕煌ㄒ溃两裨摯l已經(jīng)運(yùn)行了數(shù)萬(wàn)次左右，在水運(yùn)上發(fā)揮了重要的作用。

由于船閘的人字門(mén)的使用率較為頻繁，整體的工作狀態(tài)還是較為良好，但在日常船閘運(yùn)行過(guò)程中，相關(guān)管理人員發(fā)現(xiàn)在船閘人字門(mén)在充泄水時(shí)出現(xiàn)了輕微的振動(dòng)情況，特別在船閘下閘首位置的人字門(mén)發(fā)生振動(dòng)的現(xiàn)象較為頻繁，出現(xiàn)振動(dòng)后對(duì)其進(jìn)行了多次的檢查與維修。

1.

人字門(mén)振動(dòng)的綜合性分析 人字門(mén)產(chǎn)生振動(dòng)是在受到一些相關(guān)因素的動(dòng)力作用，從而致使人字門(mén)結(jié)構(gòu)中的某一部位發(fā)生移動(dòng)或應(yīng)力產(chǎn)生變化。導(dǎo)致船閘人字門(mén)發(fā)生振動(dòng)的原因非常多，針對(duì)振動(dòng)也沒(méi)有完全的理論與計(jì)算方法，所以在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測(cè)。另外船閘中所使用的同一種閘門(mén)，由于受到內(nèi)在因素與外在因素的不同，船閘的人字門(mén)產(chǎn)生的振動(dòng)大小存在較大的差異。當(dāng)前可以有效解決該問(wèn)題的方法比較少，主要就是利用原型觀測(cè)與三維有限元進(jìn)行分析，從中查詢振動(dòng)產(chǎn)生的原因，然后再制定解決的措施。

人字門(mén)產(chǎn)生振動(dòng)的外在因素主要有以下幾方面，分別是水流因素、閘門(mén)運(yùn)行操作的因素、閘門(mén)安裝的因素、水頭及氣溫的變化等；內(nèi)在因素主要就是閘門(mén)的結(jié)構(gòu)和止水結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分。

2.1閘室的水流脈動(dòng)主頻率分析

船閘的閘室在進(jìn)行充泄水時(shí)產(chǎn)生了振動(dòng)與共振的情形，從根本上講就是閘室的水流脈動(dòng)壓力其頻率與人字門(mén)的某個(gè)結(jié)構(gòu)部件的自振頻率比較接近，又或者是由于人字門(mén)的某部位漏水而產(chǎn)生的止水振動(dòng)頻率與其自振的頻率較為接近。 船閘在進(jìn)行充泄水的過(guò)程中，船閘人字門(mén)需要承受自身的重量和靜水壓力以及閘室水流產(chǎn)生的隨機(jī)脈動(dòng)壓力，脈動(dòng)壓力受到時(shí)閘室內(nèi)水體的變化從而引起脈動(dòng)大小與頻率的快速變化。人字門(mén)比較受到時(shí)重視的就是閘室進(jìn)行充泄水時(shí)的水流脈動(dòng)主頻率的大小，這是由于水流脈動(dòng)而產(chǎn)生的主頻率與人字門(mén)的某結(jié)構(gòu)部件在不同的條件下運(yùn)行的頻率達(dá)到接近時(shí)，就會(huì)致使船閘人字門(mén)有可能會(huì)發(fā)生振動(dòng)。對(duì)國(guó)外的一部分與之相關(guān)的資料進(jìn)行分析可以看到時(shí)，水流的隨機(jī)脈動(dòng)壓力在多數(shù)情況下，不會(huì)使其高于水頭作用的百分之十，在較為正常的狀態(tài)下，不會(huì)發(fā)生相關(guān)的振動(dòng)情況，但是水流脈動(dòng)的壓力主頻率都是在1~20Hz的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，容易引起人字門(mén)的某個(gè)部件發(fā)生振動(dòng)，從而引起人字門(mén)大范圍的發(fā)生振動(dòng)，對(duì)船閘的正常使用造成一定的安全隱患。

2.2船閘閘門(mén)的止水漏水分析 閘門(mén)止水漏水是導(dǎo)致人字門(mén)發(fā)生振動(dòng)的因素之一 。引起止水漏水的主要原因有以下幾種: （1）底止水漏水:船閘下閘首人字門(mén)發(fā)生振動(dòng)主要是在閘室進(jìn)行充水初期和泄水的后期產(chǎn)生了振動(dòng)，隨著當(dāng)前閘室的水位升高或降低，從而形成了一定的水落差，在將止水壓緊之后，閘門(mén)的振動(dòng)現(xiàn)象逐漸的消失。對(duì)此種情況進(jìn)行分析，明顯的得出閘門(mén)發(fā)生振動(dòng)是由于底止水漏水而引起的振動(dòng)。所以針對(duì)底止水引起的漏水應(yīng)當(dāng)選用一些彈性好和耐變形的實(shí)心P形止水，以此解決底止水漏水而引起的閘門(mén)振動(dòng)。 （2）斜接柱支墊塊間隙引起的漏水:由于噴射狀的鋼止水漏水，進(jìn)一步促使脈動(dòng)水壓力急速增高，從而導(dǎo)致鋼止水發(fā)生了振動(dòng)，振動(dòng)的頻率與閘門(mén)的某個(gè)部件振動(dòng)較為接近而引起閘門(mén)振動(dòng)。在對(duì)船閘的人字廣]進(jìn)行檢修的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，閘室在進(jìn)行充泄水的時(shí)候，斜接柱支墊上發(fā)生了漏水的情況,通過(guò)仔細(xì)地檢查發(fā)現(xiàn)是支墊塊的上部有缺損，從而引發(fā)了漏水的情況，從而引起船閘人字門(mén)在充泄水時(shí)發(fā)生了振動(dòng)。

（3）門(mén)軸柱支和枕墊塊間隙的漏水:漏水的產(chǎn)生是由于人字門(mén)的門(mén)軸柱支與枕墊塊之間的縫隙而出現(xiàn)漏水，大多是噴射狀的鋼止水漏水而引發(fā)人字門(mén)出現(xiàn)振動(dòng)的情況。造成間隙的原因主要是由于人字門(mén)的安裝過(guò)程中出現(xiàn)了誤差，所以導(dǎo)致出現(xiàn)間隙，所以在施工時(shí)一定要注意此問(wèn)題。 2.3閘門(mén)的運(yùn)行操作分析 閘門(mén)

關(guān)門(mén)后發(fā)生錯(cuò)位:由于人字門(mén)在關(guān)閉之后，形成了擋水的狀態(tài)，但是在關(guān)閉時(shí)如果斜接柱支墊塊出現(xiàn)了輕微的錯(cuò)位，那么其就會(huì)引起船閘人字門(mén)發(fā)生振動(dòng)的情況。通過(guò)對(duì)船閘人字門(mén)運(yùn)用三維有限元進(jìn)行相應(yīng)的分析與詳細(xì)的計(jì)算，對(duì)斜接柱支墊塊運(yùn)用兩種約束方式進(jìn)行關(guān)門(mén)擋水，此時(shí)對(duì)船閘人字門(mén)的振動(dòng)頻率進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，一種是斜接柱支墊塊完全接觸，另一種是支墊塊之間局部接觸，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算得出:支墊塊發(fā)生錯(cuò)位的部分，受到的約束越來(lái)越少，從而致使人字門(mén)的門(mén)體剛度出現(xiàn)下降，所以其自振的頻率非常的低，從而比較容易引起人字門(mén)發(fā)生振動(dòng)。

三、下閘首人字門(mén)技術(shù)改造 3.1振動(dòng)原因 根據(jù)研究中的下閘首人字門(mén)關(guān)門(mén)擋水時(shí),人字門(mén)主要承受由于自重、水位差壓力及風(fēng)壓力.脈動(dòng)水壓力等荷載引起的扭矩和彎曲作用，受力十分復(fù)雜。關(guān)門(mén)擋水工況現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)第-階自 振頻率13 Hz 左右，第二階自振頻率在17 Hz左右。這些頻率均在閘室水流脈動(dòng)主頻率1 ~20 Hz范圍之內(nèi)。因此，根據(jù)研究中的下閘首人字門(mén)關(guān)門(mén)擋水工況充、泄水時(shí)發(fā)生振動(dòng)的可能性是較大的。但在開(kāi)關(guān)運(yùn)行過(guò)程中,單扇人字門(mén)處于自由懸掛狀態(tài)時(shí),第一階自振在1.5~3 Hz左右，第二階自振頻率在4~5 Hz左右。雖然這些頻率也在閘室水流脈動(dòng)主頻率1 ~20 Hz范圍之內(nèi),但該工況下人字門(mén)運(yùn)行速度慢,水位差壓力小，不會(huì)引起水體產(chǎn)生脈動(dòng)壓力,因此該工況下不會(huì)產(chǎn)生因脈動(dòng)壓力引起人字門(mén)振動(dòng)。因此,要解決人字門(mén)振動(dòng)問(wèn)題,應(yīng)針對(duì)不同運(yùn)行工況對(duì)人字門(mén)的自振頻率進(jìn)行研究分析。 3.2 技術(shù)改造方案 根據(jù)研究中的下閘首人字門(mén)和同類(lèi)型人字門(mén)相比振動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)較多,背拉桿預(yù)應(yīng)力較容易松弛。據(jù)研究人員計(jì)算分析認(rèn)為,背拉桿是人字門(mén)上的聯(lián)系構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力后是控制體扭摶變形的主要構(gòu)件。背拉桿為細(xì)長(zhǎng)桿件,自振頻率低,容易在閘室內(nèi)水流脈動(dòng)壓力下發(fā)生振動(dòng),建議進(jìn)行技術(shù)改造。參考某船閘的技術(shù)改造方案，將原設(shè)計(jì)單層背拉桿改造為雙層背拉桿,原設(shè)計(jì)背拉桿長(zhǎng)19 m,如各桿施加60 MPa預(yù)應(yīng)力后，背拉桿前三階自振頻率為.2.493.4. 452.6. 924 Hz。技術(shù)改造后背拉桿長(zhǎng)度減小為13 m,背拉桿的自振頻率可提高1.5~2倍左右。

結(jié)束語(yǔ)

船閘人字門(mén)的運(yùn)行受到時(shí)多種因素的影響，并且其結(jié)構(gòu)也十分的復(fù)雜，所以在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生不同的振動(dòng)現(xiàn)象。由于人字門(mén)產(chǎn)生振動(dòng)的原因非常復(fù)雜，引起振動(dòng)的因素非常的多，所以該問(wèn)題一直困擾相關(guān)的管理人員。通過(guò)以上的分析可以看到時(shí)，人字門(mén)只要設(shè)計(jì)合理，并且對(duì)背拉桿的預(yù)應(yīng)力做好相應(yīng)的處理，定其對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)生輕微的振動(dòng)時(shí)要快速的進(jìn)行處理，避免人字門(mén)在振動(dòng)中引起其他部件損害，從而發(fā)生較大范圍的振動(dòng)現(xiàn)象，保證人字門(mén)的正常運(yùn)行。

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