低扬程泵站充气浮箱拍门的技术研究
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摘要
拍门类似于铰链逆止阀，是泵站常用工作门型之一。因拍门简单、可靠，与虹吸真空破坏截流闭锁方式相比，可以缩短出水管道(流道)长度，并利于泵系统起动，与快速闸门相比，拍门也有诸多优点，闸门门体易关闭不到位或卡住不能活动，因为门槽和碶块较轴孔容易残留异物，闸门门体克服滑动阻力不仅无机械增益，且阻力和动力不在一直线上，门体易倾斜而自锁，而拍门的工作可靠性则远高于快速闸门。因此，对于泵站工程兴建、改造节省投资及运行使用均有突出的优点。但在拍门运行使用的同时，又时常暴露出一些缺陷，主要有：一是常规的铸铁或铸钢拍门加大了流道的水头损失，特别是对于装机容量较大的排涝泵站，其电能损耗相当可观；二是拍门在自重下下落关闭时，往往由于过多考虑水头损失导致浮重过小而延误闭门时间，致使水体倒灌，再因缓冲装置失灵导致闭门时门体对门框撞击力很大，严重危及站身安全。
本文结合安徽滁河一级站拍门技改工程，对充气浮箱式拍门的工作特性和设计计算方法作些研究。在总结前人研究的基础上，对照试验结果，通过数理解析和准则方程分析了拍门水头损失，研究了拍门水流冲力的求解和拍门开启角度的求解，着重研究分析了拍门近似计算方法，分析拍门在水中的运动规律，并结合工程实例，研究探讨充气浮箱式拍门的配重方法及其使用效果，为今后开拓充气浮箱式拍门的运用领域作些探讨研究。阶段模型试验中详细观测了在额定流量下，不同比重拍门的开启角度，水头损失及门体动水压力变化情况，以供工程设计应用参考。
本文编制开发了拍门运动电算程序，利用VisualBasic将拍门运动电算程序进一步可视化，实现人机对话，有助于减少重复劳动，提高工作效率。
A flap vlave used in pumping station is a kind of hydraulic-operated automatic gate, which is similar to a hinged check vaive. Because of their simple structure and reliability, being able to shorten the length of outlet passage and facilitate the starting of pumping system in comparison with siphonic vacuum-distroied cutoff scheme. So it is propitious to be used and save investment But at the same time, flap valves always show some disadvantage. One side, groovy cast steel flap valves increase the head loss, waste electricity, the other side, when flap valves close, it always delay time because of it's low proportion. The bump load seriously threaten the safety of pumping station.
Through the research and development of flap valve used in the renovation practices in the design of air-filled floating flap valve in NO.1 Chuhe Pumping Station of Anhui province, the working characteristics and design methods of air-filled floating flap valve are studied in this paper. Based on the research and model test, the head loss of flap valves is analyzed by both mathematical physics method and the equation of criterion, and the impulsive force and open angle of flap valve are researched. The flap valve approximate-calculation method is the emphases in this paper. The design methods and using effect of air-filled floating flap valve are studied in the paper by combining with engineering example. The open angle, head loss and hydrodynamic pressure under the rated flow and several kinds of proportion are carefully observed in the model test,and these results are given for reference in engineering design.
A program for the design and calculation of flap valve is developed in this paper. Data transfer is realized by utilizing the interfaces both between VisualBasic and Excel and between VisualBasic and AutoCAD, so the graphs can be generated and the data saved automatically to decrease the repeated work and improve the work efficiency.
本文结合安徽滁河一级站拍门技改工程，对充气浮箱式拍门的工作特性和设计计算方法作些研究。在总结前人研究的基础上，对照试验结果，通过数理解析和准则方程分析了拍门水头损失，研究了拍门水流冲力的求解和拍门开启角度的求解，着重研究分析了拍门近似计算方法，分析拍门在水中的运动规律，并结合工程实例，研究探讨充气浮箱式拍门的配重方法及其使用效果，为今后开拓充气浮箱式拍门的运用领域作些探讨研究。阶段模型试验中详细观测了在额定流量下，不同比重拍门的开启角度，水头损失及门体动水压力变化情况，以供工程设计应用参考。
本文编制开发了拍门运动电算程序，利用VisualBasic将拍门运动电算程序进一步可视化，实现人机对话，有助于减少重复劳动，提高工作效率。
A flap vlave used in pumping station is a kind of hydraulic-operated automatic gate, which is similar to a hinged check vaive. Because of their simple structure and reliability, being able to shorten the length of outlet passage and facilitate the starting of pumping system in comparison with siphonic vacuum-distroied cutoff scheme. So it is propitious to be used and save investment But at the same time, flap valves always show some disadvantage. One side, groovy cast steel flap valves increase the head loss, waste electricity, the other side, when flap valves close, it always delay time because of it's low proportion. The bump load seriously threaten the safety of pumping station.
Through the research and development of flap valve used in the renovation practices in the design of air-filled floating flap valve in NO.1 Chuhe Pumping Station of Anhui province, the working characteristics and design methods of air-filled floating flap valve are studied in this paper. Based on the research and model test, the head loss of flap valves is analyzed by both mathematical physics method and the equation of criterion, and the impulsive force and open angle of flap valve are researched. The flap valve approximate-calculation method is the emphases in this paper. The design methods and using effect of air-filled floating flap valve are studied in the paper by combining with engineering example. The open angle, head loss and hydrodynamic pressure under the rated flow and several kinds of proportion are carefully observed in the model test,and these results are given for reference in engineering design.
A program for the design and calculation of flap valve is developed in this paper. Data transfer is realized by utilizing the interfaces both between VisualBasic and Excel and between VisualBasic and AutoCAD, so the graphs can be generated and the data saved automatically to decrease the repeated work and improve the work efficiency.
引文
[1] 李宗健．江仪贞．王长德编著．水力自动闸门[M]．北京：水利电力出版社，1987
[2] 莫导贤．王秀彦编著．水力自控翻板闸门[M]．广西：广西人民出版社，1985
[3] 严登丰．泵站拍门近似计算方法[M]．江苏农学院，1986
[4] 辽宁省抚顺市科学技术情报研究所．九十年代最新水闸专利技术文集(内部资料)
[5] 水利电力部水利水电规划设计院．水利水电工程闸门技术特性手册[M]．1985
[6] 李丰良．倪国荣．大型整块式拍门的优化设计[J]．长沙铁道学院学报，1992，10(3)
[7] 刘泽绪．立轴转门闸在拦蓄工程中的应用[J]．河北水利，1998(6)
[8] 严登丰著．泵站过流设施与截流闭锁装置[M]．北京：水利水电出版社，2000
[9] 湖北省水利勘测设计院主编．大型电力排灌站[M]．北京：水利电力出版社，1984
[10] 沈日迈主编．江都排灌站[M]．第三版．北京：水利电力出版社，1986
[11] A．H．巴特勒雪夫．流体力学[M]．戴昌晖等译．北京：高等教育出版社，1959
[12] [德]L．普朗特，K．奥斯瓦提奇，K．维格哈特著．流体力学概论[M]．郭永怀，陆士嘉译．北京：科学出版社，1981
[13] 丘传忻编著．泵站工程[M]．武汉大学出版社，2001
[14] 刘光临，蒋进，骆辛磊，徐建求．大型轴流泵站停泵水锤的调压塔防护研究[J]．水利水电技术，1995(2)
[15] 古智生．泵站拍门撞击力的简化计算方法及应用[J]．中国农村水利水电，2000(8)
[16] 邓伟中，徐建清，田中禄．中小型排涝泵站断流拍门的改进[J]．中国农村水利水电，2001(9)．
[17] 曹瑞德．泵站断流装置选用的新思路及拍门的改进[J]．给水排水，1999(3)
[18] 冯生华．泵站拍门长时间拍击的原因及对策[J]．给水排水，1998(10)
[19] 李继珊，何忠人．重新考虑拍门在轴流泵抽水装置中的应用[J]．中国农村水利水电，1997(8)
[20] 顾强生，汪沐．大套泵站拍门技术改造方案的研究[J]．排灌机械，1998(3)
[21] 丁峰，周莉嘉，孙丕浩．拍门消减泵系统两处断流弥合水锤问题的研究[J]．青岛建
筑工程学院学报，1997(6)
[22] 倪红举，张丰林．中小型泵站平板拍门的改造方案[J]．排灌机械，1998(1)
[23] 宋苏民，刘金国．一种新型对开拍门的探讨[J]．江苏农学院
[24] 宋贤良．水力自动门理论与设计研究[J]．扬州大学硕士学位论文，2002
[25] 夏震寰．现代水力学[M]．北京：高等教育出版社，1990
[26] 陈卓如，金朝铭编．工程流体力学[M]．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，1987
[27] 魏亚东．闻德荪，李兆年，夏正潮编．工程流体力学[M]．北京：中国建筑工业出版社同，1989
[28] 章梓雄．董曾南编著．粘性流体力学[M]．北京：清华大学出版社，1998
[29] [英]L．M．米尔恩-汤姆森著．理论流体动力学[M]．李裕立，晏名文译．北京：机械工业出版社，1984
[30] [日]生井武文，井上雅弘著．粘性流体力学[M]．伊增欣译．北京：海洋出版社，1984
[31] Daugherty, R. L., and J. B. Franzini. Fluid Mechanics with Engineering Applications[M]. 7th edition, McGRAWHILL BOOK COMPANY, 1977
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[40] 孔珑主编．工程流体力学[M]．北京：水利电力出版社。1992
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[43] Tritton, D, J. Physical Fluid Dynamics[M]. VAN NOSTRAND REINHOLD COMPANY, 1977
[44] Hinze, J, O. Turbulence[M]. 2nd edition, McGRAWHILL BOOK COMPANY, 1975
[45] 左东启等编著．模型试验的理论和方法[M]．北京：水利电力出版社，1984
[46] 水利水电科学研究院，南京水利科学研究院．水工模型试验[M]．第二版．北京：水利电力出版社，1985
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[48] 庄楚强．吴亚森编．应用数理统计基础[M]．广州：华南理工大学出版社，1992
[49] V. K. Rohatgi. An Introduction to Propability theory and Mathematical Statistics[M]. John Wdey & Sons, INC, 1976
[50] Bickel. P. J, Doksum k. A. Mathematical Statistics, Basic ideas and Selected Topics[M]. HOLDELDAY, INC, 1977
[51] 泵技术者联盟水泵手册编辑委员会编．水泵手册[M]．严登丰译．北京：水利水电出版社，1983
[52] 张国宝编著．AutoCAD Visual Basic开发技术[M]．北京：科学出版社，2000
[53] 付强．四联杆双悬臂平面翻板闸计算机辅助设计软件SLGCAD[J]．水利学报，1998(11)
[54] 陈权．崔淑敏，付强．翻板闸计算机辅助设计软件开发[J]．东北水利水电．1998，165(4)
[55] 日本土木学会．水力公式集[M]．铁道部科学研究院译．北京：人民铁道出版社，1977
[56] 水利水电工程钢闸门设计规范[S](SDJ-83)
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[62] 朱红耕，冯汉民．双节拍门水头损失系数模型试验研究[J]．水利学报，1996(9)
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[67] 苏彦勋，李金海编．流量计量[M]．北京：中国计量出版社．1991
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