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本文基于能量法，首先列出拍門運(yùn)動(dòng)的通用方程，然后以典型泵站為例，針對不同類型拍門（不同的安裝形式、門頁數(shù)和材質(zhì)等），分析計(jì)算同等條件下拍門的開啟角和撞擊力，通過分析對比，綜合評價(jià)他們的優(yōu)缺點(diǎn)，提出相關(guān)的結(jié)論及建議。論文對拍門的研究和工程設(shè)計(jì)有重要參考意義。
１拍門運(yùn)動(dòng)的通用方程 停泵閉門期間拍門的運(yùn)動(dòng)可分為正轉(zhuǎn)正流和正轉(zhuǎn)逆流２種情況。當(dāng)在正流階段關(guān)閉時(shí)，拍門主要受水流沖力、運(yùn)動(dòng)阻力、附加阻力及浮重力的作用；逆流階段關(guān)閉時(shí)，拍門主要受動(dòng)水壓力、運(yùn)動(dòng)阻力、附加阻力、浮重力的作用。其中，后３種力對門軸的力矩與正流階段相同。圖１為流道出口拍門的幾何傾角及安裝示意圖，由此可推導(dǎo)拍門運(yùn)動(dòng)的通用方程［１］。依次求得水流沖力、運(yùn)動(dòng)阻力、附加阻力、浮重和動(dòng)水壓力對拍門產(chǎn)生的力矩Ｍ１、ＭＲ、ＭＤ、Ｍｓ和ＭＹ［４］，并按照動(dòng)量矩定理
，可得拍門的運(yùn)動(dòng)方程為：上述２個(gè)方程均可轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)于α的二階微分方程，從而求得拍門關(guān)閉時(shí)運(yùn)動(dòng)角速度表達(dá)式。首先求解方程（２）得拍門關(guān)閉時(shí)運(yùn)動(dòng)角速度的表達(dá)式，然后采用分段積分近似求解關(guān)閉歷時(shí)ｔ，若ｔ≤ＴＢ，則拍門在正流階段關(guān)閉，得閉門角速度ωｍ；若ｔ＞ＴＢ，則拍門在逆流階段關(guān)閉［２］，求得正流結(jié)束時(shí)拍門的角度αＢ，并運(yùn)用公式（３）求得拍門從αＢ至０的關(guān)閉歷時(shí)ｔ′，通過試算，直至ｔ′與ＴＢＣ的比值和所設(shè)的最終作用水頭與*可能作用水頭比值相同［４］，得出最終的角速度ωｍ。當(dāng)有緩沖橡皮且布置在撞擊中心時(shí)，撞擊力的計(jì)算公式為：式中：Ｎ為拍門閉門*撞擊力；ＰＹ為門外水壓力；Ｒ為運(yùn)動(dòng)阻力；ｍ、ｎ為ＰＹ、Ｒ的作用點(diǎn)距門鉸軸的距離與撞擊中心距門鉸軸的距離之比；ｓ為緩沖橡皮塊與拍門的接觸面積；Ｅ為像皮塊的彈性模量；ｌ為橡皮塊厚度；Ｊｐ為計(jì)
及附加阻力影響時(shí)拍門的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωｍ為拍門閉門前角速度；ＬＮ為撞擊力作用點(diǎn)到鉸軸線的距離；ＭＹ、ＭＲ分別為水壓力、水流阻力對門鉸所造成的力矩。以上是不同安裝形式、淹沒狀態(tài)正逆流條件下拍門運(yùn)動(dòng)的通用方程。在拍門口徑一定、工況條件相同時(shí)，這些方程僅是圖１中傾角δ和γ的函數(shù)。取不同的δ和γ，可得特定安裝形式拍門的運(yùn)動(dòng)方程。如當(dāng)δ＝９０°時(shí)，可推得自由起落式拍門的運(yùn)動(dòng)方程；當(dāng)δ不等于０°或９０°時(shí)，可推得有自閉能力的自由側(cè)翻式拍門的運(yùn)動(dòng)方程；當(dāng)γ＝９０°時(shí)，可推得井蓋 式拍門的運(yùn)動(dòng)方程。他們都是后面分析計(jì)算的重要依據(jù)。
１拍門運(yùn)動(dòng)的通用方程 停泵閉門期間拍門的運(yùn)動(dòng)可分為正轉(zhuǎn)正流和正轉(zhuǎn)逆流２種情況。當(dāng)在正流階段關(guān)閉時(shí)，拍門主要受水流沖力、運(yùn)動(dòng)阻力、附加阻力及浮重力的作用；逆流階段關(guān)閉時(shí)，拍門主要受動(dòng)水壓力、運(yùn)動(dòng)阻力、附加阻力、浮重力的作用。其中，后３種力對門軸的力矩與正流階段相同。圖１為流道出口拍門的幾何傾角及安裝示意圖，由此可推導(dǎo)拍門運(yùn)動(dòng)的通用方程［１］。依次求得水流沖力、運(yùn)動(dòng)阻力、附加阻力、浮重和動(dòng)水壓力對拍門產(chǎn)生的力矩Ｍ１、ＭＲ、ＭＤ、Ｍｓ和ＭＹ［４］，并按照動(dòng)量矩定理
，可得拍門的運(yùn)動(dòng)方程為：上述２個(gè)方程均可轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)于α的二階微分方程，從而求得拍門關(guān)閉時(shí)運(yùn)動(dòng)角速度表達(dá)式。首先求解方程（２）得拍門關(guān)閉時(shí)運(yùn)動(dòng)角速度的表達(dá)式，然后采用分段積分近似求解關(guān)閉歷時(shí)ｔ，若ｔ≤ＴＢ，則拍門在正流階段關(guān)閉，得閉門角速度ωｍ；若ｔ＞ＴＢ，則拍門在逆流階段關(guān)閉［２］，求得正流結(jié)束時(shí)拍門的角度αＢ，并運(yùn)用公式（３）求得拍門從αＢ至０的關(guān)閉歷時(shí)ｔ′，通過試算，直至ｔ′與ＴＢＣ的比值和所設(shè)的最終作用水頭與*可能作用水頭比值相同［４］，得出最終的角速度ωｍ。當(dāng)有緩沖橡皮且布置在撞擊中心時(shí)，撞擊力的計(jì)算公式為：式中：Ｎ為拍門閉門*撞擊力；ＰＹ為門外水壓力；Ｒ為運(yùn)動(dòng)阻力；ｍ、ｎ為ＰＹ、Ｒ的作用點(diǎn)距門鉸軸的距離與撞擊中心距門鉸軸的距離之比；ｓ為緩沖橡皮塊與拍門的接觸面積；Ｅ為像皮塊的彈性模量；ｌ為橡皮塊厚度；Ｊｐ為計(jì)及附加阻力影響時(shí)拍門的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωｍ為拍門閉門前角速度；ＬＮ為撞擊力作用點(diǎn)到鉸軸線的距離；ＭＹ、ＭＲ分別為水壓力、水流阻力對門鉸所造成的力矩。以上是不同安裝形式、淹沒狀態(tài)正逆流條件下拍門運(yùn)動(dòng)的通用方程。在拍門口徑一定、工況條件相同時(shí)，這些方程僅是圖１中傾角δ和γ的函數(shù)。取不同的δ和γ，可得特定安裝形式拍門的運(yùn)動(dòng)方程。如當(dāng)δ＝９０°時(shí)，可推得自由起落式拍門的運(yùn)動(dòng)方程；當(dāng)δ不等于０°或９０°時(shí)，可推得有自閉能力的自由側(cè)翻式拍門的運(yùn)動(dòng)方程；當(dāng)γ＝９０°時(shí)，可推得井蓋 式拍門的運(yùn)動(dòng)方程。他們都是后面分析計(jì)算的重要依據(jù)。
