| 闸门在整个闭门过程中，各级水位下振动量级差别不大，相对n=11m开度的闸门振动均方根值的比值最大在5倍左右，多数在1～2倍之间；开度n=10m时的闸门振动量比开启11m时要大。就闸门待命高程而言，从减小振动量来看，闸门开启11m位置要优于10m位置，但在低水位时需要关注门井内水位的波动对闸门的影响。
 
图3.2 振动均方根值随开度变化关系（H=540.0m） 图3.3典型振动加速度时域过程与功率谱
Figure 3.2 The relationship between the RMSvalue Figure 3.3 Time domain course and power
of vibration and opening degree (H=540.0m)spectral of typical vibration acceleration
4 流量逐步减小对快速闸门特性的影响
闸门待命状态下待命高度，在设计水位、库水位、汛期限制水位、死水位等各级水位下逐渐减小流量(通过关闭出水阀门来模拟流量减小的过程)时，测得闸门的脉动压力和振动响应，分别见图4.1~图4.2，以期获知机组发生故障后闸门特性与水位流量之间的趋势关系。通过时域图和时频图可以看出，在设计水位、库水位、汛期限制水位下，当流量逐步减小时，脉动压力和振动加速度能量分布总的趋势是逐步减小。但同时也发现在开始减小流量的一段时间内，闸门和同级水位待命状态相比动水作用和振动响应出现突变值，这是需要引起关注的，闸门可能出现损害的情况亦应该出现在这一段时间内。
 
图4.1 流量减小情况下闸门脉动压力随时间变化特征 图4.2流量减小情况下闸门振动加速度随时间变化特征
Figure 4.1 Thecharacteristics of pulsating Figure 4.2 Thecharacteristics of vibration
pressure of gate changing alongwith time acceleration of gate changing along with time
under the situationof reducing flow rate under thesituation of reducing flow rate
5 按照实测净动水作用力估算的闭门力校核
通过时均压力测量以及实测启闭杆拉力可以得到快速闸门净动水作用力（不考虑止水摩擦力），考虑摩擦力后可以进行闸门闭门力校核，滑块摩擦力取用时均压力测量计算闸门正向压力转换的摩擦力，滑块摩擦力系数选用0.09。图5.1给出了上游库水位600.63m、580.0m、560.0m、540.0m时，按照实测净动水作用力计算得到的闸门闭门力随开度变化关系。
分析结果显示，不同库水位下快速闸门闭门力均小于0，说明闸门能够顺利关闭。
图5.1按照实测启闭杆拉力得到的净动水作用力估计的闸门闭门力随开度变化关系
Figure 5.1 The estimated relationship of gate closing force changingalong with opening degree according to measured hoist’s pulling force acquiredfrom net hydro-dynamic force
考虑摩擦力后可以进行闸门持住力校核，进行闸门持住力校核时，摩擦力取用按照时均压力测量计算闸门正向压力转换的摩擦力，摩擦系数选用0.04。图5.2绘出了上游库水位600.63m、580.0m、560.0m、540.0m时按照实测净动水作用力计算得到的闸门持门力随开度的变化关系。持住力校核时需考虑拉杆的重量影响和止水摩擦力的影响。
由图中数据可见，快速闸门持住力在从全开状态到全关状态的闭门过程中，水位越高，其持住力越大，水位600.63m时持住力在n=0.15开度左右达到最大值，其值为6735 kN。
图5.2闸门持住力随开度变化关系
Figure 5.2 Therelationship of gate-holding force changing along with opening degree
6水流动水压力与闸门振动相干性分析
通过对闸门待命状态下，各运行工况闸门单点脉动压力和振动响应的时域过程、自谱密度图、相干函数和频响函数图分析，取得了典型库水位600.63m时的相关测点的相干函数和频响函数图分别见图6.1～图6.2。
通常认为相干系数>0.8时，两个信号有较强相干性论文参考文献格式。所求的库水位与振动响应之间的相干系数较小，说明库水位的脉动并没有对振动响应产生直接的影响。上游底缘、下游底缘、门顶测点的脉动压力与各向振动加速度响应的相干系数在1～4Hz的频率段附近接近于1，表明在这些频率段附近存在较好的激励和响应关系；而在其他频率段，0～1Hz范围相干系数较小，表明输入输出信号之间基本没有因故关系；而在4Hz以上的频段，有的测点的相干系数仍然出现接近1的值，但并不稳定，说明在这些频段可能存在该点脉动压力和对应点振动加速度的相干关系，但并非唯一作用源，或许同时还存在其他的信号激励源。当前所测得脉动压力作用方向主要为Y方向，其对应Y向振动所求得的相干系数要大于X向和Z向振动。
 
图6.1闸门脉动压力和振动加速度相干性和频响函数估计 图6.2闸门脉动压力和振动加速度相干性和频响函数估计
Figure 6.1 Cohence between pulsatingpressure Figure 6.2Cohence between pulsating pressure
as well as vibration acceleration of gateand as well as vibration acceleration of gate an d
estimation offrequency response function estimation of frequencyresponse function
7 结 语
通过电站进水口快速闸门水力学和流激振动试验研究获得如下规律和结论：
（1）快速闸门水流动水压力和振动量测量结果表明：机组故障后甩负荷的初期阶段，快速闸门出现瞬时较大的脉动压力值和振动加速度。随着流量的降低，脉动压力和振动加速度逐渐减小。水流脉动均方根值随着水位的降低而减小待命高度，脉动压力优势频率在5Hz以内。
（2）流态观测显示，快速闸门下门过程中明满流过渡流态的发生开度随库水位的增加而减小。当水库死水位540m时，快速闸门相对开度nE=0.4～0.5之间发生明满流转换；汛期限制水位560m，明满流转换开度为nE=0.2～0.3；库水位580m时明满流转换开度nE=0.2；设计水位600.63m时发生明满流转换的开度范围为nE=0.1～0.2。
（3）闭门过程中，快速闸门小开度、下游自由出流时下游底缘底主梁腹板上出现一定量级的负压，除个别测点测到最大负压值36kN/m2外，大部分测点负压不大，各点平均后其底缘下吸力值小于规范建议值（20 kN/m2）。
（4）启闭力试验结果指出，快速闸门在各级库水位和不同开度情况下门顶均能有效形成水柱，并安全闭门。
（5）从快速闸门振动试验分析可以看出，闸门待命开度在11m位置（孔口上方1m）时振动量较小，水流基本平稳，约为10m开度（与孔顶前平）时的振动量1/2～1/4。随着高度的提高，水流扰动减少。考虑到启闭机行程范围，可选取闸门提升高度11m作为待命位置。采用4min闭门可以满足机组安全保护要求。
（6）水流脉动压力与快速闸门振动相干特征分析表明：在频率1～4Hz范围的低频区内，相干系数接近于1，存在较好的激励和响应关系。说明机组甩负荷时，流道动水作用力是激发闸门振动的主要动力源。
（7）机组甩负荷后，各级水位下启闭杆作用力和同级水位待命状态相比，其特征值在受压方向出现一定的增大。但这些动荷载脉动量均在启闭力变化范围内，不会对启闭设备带来危害。
参考文献(Reference)
[1]严根华，水动力荷载与闸门振动，水利水运工程学报，2001.2(Yan Genhua, Hydro-dynamic Force Load and Gate Vibration, Hydro-ScienceandEngineering,February, 2001)
[2]严根华，EXPERIMENTS ANDRESEARCHES ON FLOW-INDUCED VIBRATIONON OF LARGE RADIAL WORKING GATE IN SANDSLUICING CHAMBER，第16届亚太地区国际水利学大会暨第3届IAHR水工水力学国际研讨会论文集，2008.10
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