黄浦江挡潮闸自动固定装置的探索与研究.pdf
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1、DOI:1016616/jcnki11-4446/TV20230907黄浦江挡潮闸自动固定装置的探索与研究江志涛(上海宏波工程咨询管理有限公司,上海 201707)【摘 要】浮箱闸门虽然被推荐用于黄浦江河口挡潮闸,但遇到台风天气时,浮箱闸门水下固定将是一个难题,严重时水的波浪力可能会使浮箱闸门移位或倾倒,威胁河道两岸的防汛安全。本文针对浮箱闸门水下自动固定装置开展探究,简要介绍了磁力吸盘的现状、自动固定装置的主要参数,总结了装置防水、控制器和预留板的技术要求,同时对其应用范围作了分析,最后提结论与建议,以期该装置能更好地服务于防汛工程。【关键词】浮箱闸门;自动固定装置;电永磁;控制器中图分类号
2、:TV663+.5 文献标志码:A 文章编号:2097-0528(2023)09-046-04Exploration and research on the automatic underwater fixationdevice for Huangpu River tidal barrierJIANG Zhitao(Shanghai Hongbo Engineering Consulting Management Co,Ltd,Shanghai 201707,China)收稿日期:2023-01-29作者简介:江志涛(1987),男,本科,工程师,主要从事水利水电工程设计研究工作。Abstra
3、ct:Although pontoon gates are recommended for use in Huangpu River estuary tidal barrier,they face a challengewith underwater fixation during typhoon weather.In severe cases,the wave forces may cause the pontoon gates to shift oroverturn,posing a threat to flood control safety on both sides of the r
4、iver.It is an important measure to carry out theexploration and research on the underwater automatic fixation device of the pontoon gate to ensure the underwater fixation ofthe pontoon gate.The traditional gate is fixed through the gate pier,but it will seriously affect the navigation and landscapeo
5、f the river.This paper briefly introduces the current situation of the magnetic chuck,systematically summarizes the mainparameters of the automatic fixing device,and puts forward the technical requirements for the waterproof,controller andreserved plate of the device.Finally,conclusions and suggesti
6、ons are provided to improve the service of this device in floodcontrol projects.Keywords:pontoon gates;automatic fixation device;electropermanent magnet;controller1 引 言黄浦江属太湖流域,上接太湖,下通长江,穿越上海中心城区,是区域抗洪除涝的重要排水河道。由于季风、潮汐和地势平坦的影响,导致上海容易受风暴潮的影响1。近半个世纪以来黄浦江防汛墙经历了 5 次加高加固,即使再度加高加固防汛墙,市区防汛仍存在风险,所以黄浦江河口建闸势在
7、必行2。黄浦江干流至吴淞口,下游水深达 12m,河宽为 400 500m3。分别对双铰浮体卧倒门、浮箱门、浮动扇形门和有轨浮箱64直升门 4 种门型工程布置方案做了比对,推荐有轨浮箱直升门方案2。在常规水闸建设中,闸门通常插入闸墩的闸门槽中用来挡水,而闸门的挡水力传递给闸墩,闸墩固定在位于河床的基座底板上;闸门的启闭一般可以采用位于其上方排架塔顶的电动卷扬机。这种固定式闸门需要在河道中设置闸墩和上部排架,对河道的通航和景观有一定的影响。而靠漂浮移动就位的浮箱闸门可以不用设置闸墩和排架,需要挡水时漂浮移动就位,不需要时浮箱闸门移开靠岸停泊待用,为了保持浮箱闸门在防汛工作时的稳定可靠性,在浮箱闸门
8、底部增加自动固定装置;河床底板上方预留钢板,通过底部自动固定装置工作时产生的电磁力,结合重力的作用力,保持浮箱闸门的稳定性及可靠性4。2 磁力吸盘概述吸盘主要有电磁式、永磁式和电永磁式三种。虽然电永磁吸盘发展历史不是很久,但凭借其优良的性能,逐渐被广泛运用在机械加工、汽车和轮船制造,以及水务海洋等领域。电永磁吸盘运用电磁原理和磁场叠加原理,通过使内部线圈通电产生磁力,影响吸盘内部磁场分布,从而夹紧或卸载工件。电永磁吸盘以其操作简单、吸力强劲且安全可靠,将会得到更加广泛的应用5。同时电永磁吸盘具有以下优点:吸力大,夹紧力恒定不变,安全性高,磁力穿透浅不会将磁力导到被加工表面,装夹和卸载操作方便,
9、工作中无须通电,不发热,保持常温;不影响加工精度,无须长时间供电,通电时间短,运营成本低,寿命长等6。因此,本次浮箱闸门水下自动固定装置以电永磁吸盘作为探索与研究方向。3 自动固定装置主要参数3 1 自动固定装置吸盘吸力大小确定为了保持浮箱闸门在防汛工作时的稳定可靠性,在浮箱闸门底部增加自动固定装置;河床底板上方预留钢板,通过底部电磁固定装置工作时产生的电磁力,加上浮箱本身和注水重力等垂直作用力,共同提供浮箱闸门的抗倾覆及抗滑动力。当浮箱闸门通过注水后,依靠重力作用到达预定位置,稳定后启动电磁固定装置。此时对浮箱闸门进行受力分析,水平方向有静水压力 Fw、波浪力 Fb和摩擦力。垂直方向有浮箱闸
10、门重力 G、浮托力 Ff、电磁固定装置产生的电磁力 Fc。根据力矩计算公式:M=FL=力力臂和力矩平衡公式,即 M1+M2+M3+=0 得到(Fw+Fb)(h1+h2)2=(G-Ff)b22+Fcb3(1)同时为防止浮箱闸门水平移动。对浮箱闸门进行受力分析:(Fc+G-Ff)=Fw+Fb(2)自动固定装置使水下浮箱闸门固定,所以自动固定装置需同时满足浮箱闸门抗倾和抗滑的要求;故自动固定装置的电磁吸力 Fc采用式(1)和式(2)中的最大值4。3 2 自动固定装置磁感应强度的确定由麦克斯韦电磁吸力公式Fc=B2r2c20(3)可以得出线圈电压为下限值时的工作气隙磁感应强度B:B=2Fc0r2c(4
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