底轴驱动式翻板闸门冲淤系统介绍及深化设计

尤宽山 杨文艳 张 俊

底轴驱动式翻板闸门冲淤系统介绍及深化设计

尤宽山 杨文艳 张 俊

由于我国城市用水、景观建设及环境整治和灌溉、发电的需要，底轴驱动式翻板闸门得到广泛运用。底轴驱动式翻板闸门是一种新型可调控溢流坝，由土建结构、带固定轴的钢性坝体、驱动装置设备等组成。这种建筑物适合于河道孔口较宽（10～100m）而水位差比较小的工况（1～6m），由于其可以设计得较宽，可以省去数孔闸墩，不但结构简单、节省土建投资，而且可以立坝蓄水、卧坝行洪排涝；同时还可以利用坝顶过水，形成人工瀑布的景观效果。但是翻板闸门全开时，孔口上游底板基本与闸门门板齐平，底槛下游侧有一跌槛，泄流时容易使泥沙沉积，影响闸门的开启。因此，在底槛处需设置冲淤设施。同理，一些沿轨道运行的闸门（比如船闸横拉门）在长时间运行过程中，闸门门槽泥沙淤积会导致闸门底台车运行受阻，需布置一套冲淤系统对轨道进行间断性冲淤。

本文着重以江苏省泰州市城市水生态环境建设工程底轴驱动式翻板闸门工程为例介绍冲淤系统。

一、冲淤系统介绍

该底轴驱动式翻板闸门工程由老通扬运河、凤凰河、南官河、翻身河4个控制工程组成，每个控制工程中都设置一套冲淤系统。

1.冲淤系统原理

冲淤系统利用冲淤管道装置系统清淤，基本思路为：将冲淤管道装置系统安装在水闸底槛处，通过动力设备（冲淤泵）给管道系统提供高压水流，高压水流通过喷嘴射出作用在淤积处，使淤积的泥沙扬动悬浮，再借助河道自然水流将其输送到下游河段，从而达到清除特定区域的淤积物，以期不妨碍翻板闸门的启闭。

2.冲淤系统组成

该冲淤系统由依次连接的吸水口拦污栅、吸水管道、冲淤水泵、控制闸阀、高压出水管道组成，沿闸门底轴轴线方向上布设有一条高压出水管，高压出水管道上每隔一段距离有变径喷头，喷头的喷嘴对着底轴可能淤积的方向进行冲刷，将淤泥或泥沙冲走。

3.冲淤系统整体布置

翻板闸门冲淤系统布置如图1所示，将拦污栅设置在内河侧吸水口，冲淤泵及控制闸阀放置在液压启闭机机房内，以方便对闸阀、水泵的控制和日常维护。

图1 翻板闸门冲淤系统布置图

二、冲淤水泵的选型

通过对底轴式翻板闸门冲淤系统的分析，发现冲淤系统中的主要装置就是冲淤水泵。冲淤水泵的选型不一，对整个系统的组成就造成很大的区别，所以冲淤系统中冲淤水泵的选型非常重要。冲淤泵的选择主要看泵的流量、扬程、功率等参数是否满足冲淤的要求，在满足这些基本参数的要求外，还要根据工地现场的具体情况来定水泵的型号。

图2 冲淤系统工况示意图

该冲淤系统工况示意如图2。此工程

中，冲淤水泵及电动闸阀布置在液压启闭机房里，地基高程为1.5m。设计院原先选用自控自吸泵来进行冲淤，所谓自吸泵，就是在启动前不需灌水，经短时间运转，靠泵本身的作用，即可把水吸上来，投入正常运转。但根据现场工况，泵吸水口的内侧水位高程为2.8m，远高于泵的进水口2.15m高程，此时可选用同流量、扬程、功率的立式管道离心泵，此工况下立式管道离心泵在启动前也无需灌水，而且立式管道泵的效率要比自控自吸泵的高，价格也要比自控自吸泵低得多，结构也要比自控自吸泵简单得多，将来日常的使用维护成本也大大降低。由此可见，冲淤泵的选型要考虑多方面因素。

三、冲淤系统的深化设计

冲淤系统的深化设计主要有冲淤管道中喷嘴的选型及喷射角度问题。

1.喷嘴形状的选择

根据理论分析，虽然无限边界的平面射流的流速沿程衰减比圆形管嘴射流慢，但在实际使用过程中难以达到无限边界的要求，只能是有限边界的矩形管嘴射流。矩形管嘴在一定的宽高比范围内形不成平面射流的特征，并且当选择适当的特征长度作射流强度中的长度尺度时，其冲刷坑与圆形管嘴并无区别。因此，管嘴形状选用圆形管嘴。

2.喷嘴喷射角度的选择

根据射流冲刷试验分析结果得：单个喷嘴在静水中垂直冲刷河床面时，冲刷坑的基本形状为圆形，当入射角不为90°时，冲刷坑的基本形状可近似看成是长方形；当入射角较大时（喷嘴与床面夹角30°～60°），最终的冲淤范围较大，此时冲淤效果较好。

四、结语

泰州市城市水生态环境建设工程底轴驱动式翻板闸门工程自2012年项目竣工以来，冲淤系统运行良好，翻板闸门启闭正常，冲淤达到预期效果■

（作者单位：江苏省水利机械制造有限公司 225003）