浮筒式水力自动控制闸门水力特性试验研究

摘要

为满足灌区信息化建设需要,本文在全面总结归纳前人在水力自动闸门研究成果的基础上,针对水力自动闸门在实际应用中存在的不足,以低功耗和可控性为研究目标,提出了浮筒式水力自动控制闸门,并通过水工模型试验研究了该类闸门的水力特性和控制特性。此项研究成果不仅有着重要的实用价值,而且对提高我国灌区信息建设及管理水平有着重要意义。论文主要研究内容及成果如下：(1)全面系统地分析了水力自动闸门在实际应用中存在的问题,指出稳定性不够和控制性较差是影响其难以普及的根本原因,而自动控制闸门的稳定性和控制性明显优于水力自动闸门，但它确需要动力供电系统,在相对偏远的地区如果专门架设供电线路虽不存在技术问题,但从经济效益上分析绝对是不划算的。为此,本文在继承二者优点基础上,提出了浮筒式水力自动控制闸门,该类闸门在最大限度地借助水的浮力的同时,又保存了闸门的控制功能,保证了闸门的稳定性和灵活性,但它并不需要动力供电系统,只要借助微型供电系统(如太阳能等)就能实现闸门的自动控制。(2)为了研究浮筒式闸门的水力特性,设计并进行了水工模型试验,通过对浮筒式水力自动控制闸门的模型试验,得到了自由出流情况的流量与闸前水位和开度的流量计算公式和淹没出流情况的流量与水头差和开度的流量计算公式,同时也验证了浮筒式水力自动控制闸门的在不同流态下稳定性。(3)浮筒式水力自动控制闸门流量控制器的设计是在分析现行渠道的运行基本原理,分析渠道运行准则和闸门运行机理后,根据浮筒式闸门的模型试验成果,说明流量控制器的工作原理和过程,闸门控制特性的好坏取决于控制参数的选取。(4)并结合石头河灌区干斗渠实际情况和浮筒式闸门的特点,将原有分水闸改造设计为浮筒水力自动控制闸门的可行性,详细研究了浮筒闸门应用的设计思路和闸门孔板高程的确定方法。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究的主要目的及意义

1.2 水力自动闸门国内外研究现状

1.2.1 水力自动翻板闸门

1.2.2 水力自动弧形闸门

1.2.3 水力自动浮筒式闸门

1.3 国内外闸门控制方法的研究现状

1.4 灌区渠道控制方法国内外研究现状

1.5 渠道运行基本概念

1.5.1 渠段运行方法

1.5.2 渠道节制闸的运行方式

1.5.3 渠道控制方法

1.6 本文的主要工作

2 浮筒式水力自动控制闸门基本原理

2.1 问题提出

2.2 闸门形体结构

2.2.1 闸门的组成部分及作用

2.2.2 浮筒式闸体的体型结构

2.2.3 闸门孔板的尺寸设计

2.3 闸门工作原理

2.4 闸门出流公式

2.5 本章小结

3 浮筒式闸门模型试验

3.1 模型试验的目的及意义

3.2 模型试验相似性准则

3.3 模型试验设计及主要装置

3.3.1 模型试验设计

3.3.2 模型试验主要装置

3.4 模型试验方案

3.4.1 自由出流试验方案

3.4.2 淹没出流试验方案

3.5 模型试验结论及分析

3.5.1 自由出流试验结论及分析

3.5.2 淹没出流试验结论及分析

3.5.3 临界出流试验结果分析

3.6 试验结论验证

3.7 本章小结

4 石头河水库灌区浮筒式闸门设计

4.1 灌区概况

4.2 灌区东干渠概况

4.3 石头河灌区东干渠及斗渠实际情况及分析

4.4 石头河灌区东干渠浮筒式闸门设计

4.4.1 浮筒式闸门实际应用分析

4.4.2 浮筒式闸门实际应用设计

4.5 本章小结

5 流量控制器

5.1 流量控制器概念

5.2 流量控制器基本部件

5.3 流量比较器

5.4 控制单元

5.5 浮筒式闸门流量控制器

5.5.1 边界条件、目标量和控制量

5.5.2 流量控制器实现过程

5.5.3 流量控制器流量控制参数

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 研究成果

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间实践工作和发表的论文