弧形闸门闸孔出流流量计算举例.
项目七 闸孔出流水力分析与计算
H
v02 2g
hc
c vc2 2g
hw
式中 ：hw —水流从 0-0 断面到 c-c 断面的水头损失，由于 0-0 到 c-c 断面的距离很
短水流为急变流，因而只计局部水头损失，即 hw
vc2 2g
。
令： H 0
Hale Waihona Puke Hv02 2g，H0
称为包括流速水头在内的闸前总水头，将 hw
vc2 2g
及
闸孔出流水力计算的目的是：恒定闸孔出流时，研究分析过闸泄流量与闸门的开启 高度、闸孔尺寸、闸门类型、闸底坎型式、上下游水位及闸孔出流情况等的关系，并给 出相应的水力计算公式。下面分别进行讨论。 2.1 底坎为宽顶堰型的闸孔出流
图 7-2
如图 7-2 为闸孔恒定出流，闸底坎为无坎宽顶堰，闸门为平板闸门，e 为闸门开启高 度，H 为闸前水头。水流由闸门底缘流出时，由于受闸门的约束，流线发生急剧弯曲收 缩，出闸后由于惯性的作用流线继续收缩，大约在距闸门（0.5~1）e 处为水深最小的收 缩断面 c-c。收缩断面 c-c 处的水深 hc 一般小于临界水深 hk，水流为急流状态。而闸孔下 游渠槽中的水深 ht 一般大于临界水深 hk，水流呈缓流状态，因此闸后水流从急流到缓流 要发生水跃。水跃位置随下游水深 ht 变化而变化，下游水深增大水跃向上游移动，下游 水深减小水跃向下游移动，水跃发生的位置不同对闸孔出流泄流能力的影响不一样，从 而使闸孔出流可分为自由出流和淹没出流。设收缩断面水深 hc 所对应的共轭水深为 hc”， 当 hc”>ht 时水跃发生在收缩断面下游，称为远驱水跃（如图 7-2a），当 hc”=ht 时水跃发生 在收缩断面处，称为临界式水跃（如图 7-2b），这两种情况下水跃对应的下游水位都不影 响闸孔的过流能力称为闸孔的自由出流； 当 hc”<ht 时水跃发生在收缩断面上游，称为淹 没水跃（图 7-2c）。此时下游水位使闸孔的过流能力减小，称为闸孔淹没出流。
河岸溢洪道水力计算实例
河岸溢洪道水力计算实例一﹑ 资料及任务某水库的带胸墙的宽顶堰式河岸溢洪道，用弧形闸门控制泄流量，如图15.7所示。
溢洪道共三孔，每孔净宽10米。
闸墩墩头为尖圆形，墩厚2米。
翼墙为八字形，闸底板高程为33.00米。
胸墙底部为圆弧形，圆弧半径为0.53米，墙底高程为38.00米。
闸门圆弧半径为7.5米，门轴高程为38.00米。
闸后接第一斜坡段，底坡1i =0.01，长度为100米。
第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i 2=1:6，水平长度为60米。
第二斜坡段末端设连续式挑流坎，挑射角=α25°。
上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙，底宽B 1=34米的矩形断面，其余尺寸见图15.7。
溢洪道用混凝土浇筑，糙率n=0.014。
溢洪道地基为岩石，在闸底板前端设帷幕灌浆以防渗。
水库设计洪水位42.07米，校核洪水位为42.40米，溢洪道下游水位与流量关系曲线见图15.8。
当溢洪道闸门全开，要求： 1. 1.绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2. 2.绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线； 3. 3.计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。
图7图8二﹑ 绘制库水位与溢洪道流量关系曲线 （一）确定堰流和孔流的分界水位宽顶堰上堰流和孔流的界限为=H e 0.65。
闸门全开时，闸孔高度e =38.0－33.0=5.0米，则堰流和孔流分界时的相应水头为H =7.765.00.565.0==e 米堰流和孔流的分界水位=33.0+7.7=40.7米。
库水位在40.7米以下按堰流计算；库水位在40.7米以上按孔流计算。
（二）堰流流量计算堰流流量按下式计算：2/302H g mB Q σε=式中溢流宽度B=nb=3×10=30米。
因溢洪道上游为水库，0v ≈0则0H ≈H 。
溢洪道进口上游面倾斜的宽顶堰，上游堰高a=33.0－32.5=0.5米，斜面坡度为1：5，则θctg =5（θ为斜面与水平面的夹角），宽顶堰流量系数m 可按H a及ctg θ由表11.7查得；侧收缩系数ε按下式计算：=ε1－0.2[(n －1)k ζζ+0]nb H 0其中孔数n=3；对尖圆形闸墩墩头，=0ζ0.25；对八字形翼墙，=k ζ0.7。
Excel水力计算展示——闸孔出流水力计算演示(精)
(0.97 0.81
cos C e R
180
) (0.56 0.81
180
)
e H
水力分析与计算
本次课程到此结束，谢谢！
水力分析与计算
主持单位: 广东水利电力职业技术学院
黄河水利职业技术学院 参建单位: 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院 长江工程职业技术学院
0.25 0.65,"是 " e /H H
=B3/A3 e
Байду номын сангаас
c 0.60 0.176 vc H 2 gH 0 水力分析与计算 2
=0.6-0.176*C3 =A5/G3*SQRT(2 =G3*B3 *9.8*A3) e h e
2
2 hc h" ht“ v c ” h ( c 1 8, 是 1) 2 ghc " c
hc 2 e 0.620 1 0.620
hc vc2 h ( 1 8 1) 2.91( m) ht 淹没出流 2 水力分析与计算 ghc
" c
注：褐色部分为基本参数，人工输入；绿色部分为程序自动运算，切勿人工修改！ 水力分析与计算子项目 =IF(AND(C3<=),"是","否")
水力分析与计算
=F5*A5*E3*B3*S 查相关图表 QRT(2*9.8*A3) =C5/2*(SQRT(1+8*B =IF(D5<F3,"是","否") 5^2/(9.8*C5))-1) Q s be 2 gH 0
弧形钢闸门计算实例
弧形钢闸门计算实例一、基本资料和结构布置1．基本参数孔口形式：露顶式；孔口宽度：12.0m；底槛高程：323.865m；检修平台高程：337.0m；正常高水位（设计水位）：335.0m；设计水头：11.135m；闸门高度：11.5m；孔口数量：3孔；操作条件：动水启闭；吊点间距：11.2m；启闭机：后拉式固定卷扬机。
2．基本结构布置闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置见图3-31。
孤门半径R=15.0m，支铰高度H2=5m。
垂直向设置五道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为1.9m，边梁距闸墩边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了11根水平次梁，其中上主梁以上布置4根，两主梁之间布置7根。
支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”形橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。
在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。
采用2×500KN 固定式卷扬机操作。
本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。
门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。
材料容许应力（应力调整系数0.95）：Q235第1组：[б]=150MPa ，[τ]=90 MPa ； 第2组：[б]=140MPa ，[τ]=85 MPa ； ZG310-570：[б]=150MPa ，[τ]=105 MPa 。
3．荷载计算闸门在关闭位置的静水压力，由水平压力和垂直水压力组成，如图1所示：水平水压力：()kN B H P s s 3.74390.12135.1110212122=⨯⨯⨯==γ垂直水压力：()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=212212221sin sin 2sin 2sin 180/21φφφφφφπφγB R V s式中：()471.19,3333333.0155sin 14224,409.0155135.11sin 222111======-==φφφφ所以所以R H 。
水闸过流计算
水闸过流计算①开敞式水闸过流计算a.当hs ≤ 0.72H 0时，过闸水流为自由出流，流量公式Q =εmB 2gH 03/2；b.当0.72H 0<hs≤0.9H 0时，过闸水流为淹没出流， 流量公式2/3002H g mB Q σε= 单孔闸:s s b b b b 0401171.01⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=σ 多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时：()b z b z b zz b zb d b b b d b b d b b d b b NN ++⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++--=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+-=221171.011171.0110040000400εεεεε 4.000131.2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=H h H h s sσ式中：B 0---闸孔总净宽(m)；Q---过闸流量(m 3/s)；H 0---计入行近流速水头的堰上水头(m)；g---重力加速度，可采用9.81(m/s 2)；m---堰流侧收缩系数；b 0---闸孔净宽(m)；b s ---上游河道一半水深处的宽度(m)；N---闸孔数；εz ---中闸孔侧收缩系数；d z ---中闸墩厚度(m)；εb ---边闸孔侧收缩系数；b b ---边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m)；σ---堰流淹没系数；h s ---由堰顶算起的下游水深(m)。
c.9.0/0≥H h s 当时，为高淹没出流，其流量计算公式： ()20000065.0877.02⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-=H h h H g h B Q s s s μμ 式中：μ0---淹没堰流的综合流量系数；其它符号意义同前。
对于平底闸，当设有胸墙时为孔流，流量计算公式： ee e e h r H h H h gH h B Q 16200718.24.0111112=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='+'-'='=λλεεεφμμσ 式中：h e ---孔口高度(m)；μ---孔流流量系数；φ---孔流流速系数，采用1.0；ε′---孔流垂直收缩系数；λ---计算系数，适用于25.00<<eh r 范围； r---胸墙底圆弧半径(m)；σ′---孔流淹没系数，由规范表中查得。
弧形闸门开度计算方法及应用
经验与技术30弧形闸门开度计算方法及应用文/丁东华摘要:以湖北汉江王甫洲水利枢纽泄水闸开度仪改造为例，根据闸门运动与液压油缸活塞的伸缩行程之间关系严格推导出闸门开度计算公式，并介绍了位置解码器SM338在该系统中的实际应用。
关键词:弧形闸门；开度计算；位置解码器SM338；自动控制一、引言湖北汉江王甫洲水利枢纽是一个以发电为主，结合航运，兼有灌溉、养殖、旅游等综合效益的大型水利工程。
位于湖北省老河口市汉江干流上，上距丹江口水利枢纽30km，老河口市市区下游约3km 处。
泄水闸位于主河道左岸、王甫洲右边滩地上，共23孔平底闸，闸孔净宽14.5m，高15.17m，闸室高18.97m，采用液压弧形工作门，根据运行要求，在闸面下游段上布置了12座启闭机房，2间变压器室，3座观测房以及备用电源房、配电房、集控室、起重门机等建筑物与设备。
在设计及校核水位条件下，最大下泄流量分别为16870m 3/s 和20800m 3/s。
二、闸门开度计算方法弧形闸门开度常用的一般有两种方法，一是采用分段折线（依据不同的闸门开度设定，折线段数有所不同），比如常见的与编码器配套的开度仪表计算闸门开度就是使用的15段折线，在每一段折线内都是用拟合直线的方法进行计算闸门开度，需要精确的专业测量仪器测量各个折线的拐点值，需要测量的数据多，并且要将闸门依次提到每个设定的折线拐点处，无论测量和操作上都比较麻烦，通过这种算法精度不够高，并且在折线拐点处可能会出现数据跳变的情况。
另外一种方法就是采用公式实时计算闸门开度，下面就弧形闸门的特点，对计算公式推导进行探讨（以液压门举例）。
三、位置结构说明液压闸门有两个关键的支撑点，分别叫油缸支点和支铰。
油缸在闸门提升过程中的伸缩和旋转是以油缸支点为中心进行旋转，而闸门的提升和降落围绕支铰进行旋转，如图一所示。
点E 为闸门的油缸支点，点B 为闸门的支铰，点A 为闸门着地点，即闸门底沿。
弧AD 为弧形闸门的门面，AB 和DB 为闸门的支撑臂，CE为闸门的油缸和活塞。
Excel水力计算展示——闸孔出流水力计算 设计
Excel 水力计算展示之 专题9. 闸孔出流过流能力计算实际工程的水闸，闸底坎一般为宽顶堰和曲线型实用堰，闸门类型主要有平板闸门和弧形闸门。
闸孔出流的形式有自由出流和淹没出流两种。
如下图所示图9-1 ''ct h h > 闸孔自由出流 9-2 ''c t h h = 闸孔自由出流9-3 ''ct h h < 闸孔淹没出流判别标准分别为：当''c t h h ≥时，下游发生远离式水跃或临界式水跃，此时闸孔出流为自由出流；当''c t h h <时，下游发生淹没式水跃，此时的闸孔出流为淹没出流。
其中，''c h 为收缩断面水深c h 的共轭水深，t h 为下游水深。
1.自由出流对于自由出流，其计算公式如下02Q be gH μ= （9-1）式中：Q 为过堰流量，m 3/s ；μ为闸孔出流的流量系数；b 为闸孔净宽，m ；e 为闸门开度，m ； 0H 为闸前总水头，m 。
对于平板闸门，流量系数可用下式计算0.600.176eHμ=- （9-2） 应用范围： 0.10.65eH<<。
对于弧形闸门，流量系数可用下式计算(0.970.81)(0.560.81)180180eHθθμ︒︒=--- （9-3） θ为闸门下缘切线与水平线的夹角，适用于： 002590θ<<， 0.10.65eH<<。
2.淹没出流由上面分析可以看出，闸孔淹没出流的条件为t ch h ''>。
当闸孔为淹没出流时，泄流能力比同样条件下的自由出流小，在实际计算时，是将平底闸孔自由出流的式（9—1）右端乘上一个淹没系数s σ，即：s Q σμ= （9—4）式中 ：s σ—淹没系数，可由e H 及zH∆可查图得到，z ∆为闸上、下游水位差。
图9-4闸孔出流的淹没系数【工程任务】矩形渠道中修建一水闸，闸底板与渠底齐平，闸孔宽b 等于渠道宽度b 为3m ，闸门为平板门。
弧形闸门流量计算方法的比较与分析
弧形闸门流量计算方法的比较与分析作者：穆祥鹏陈文学崔巍郭晓晨王琦来源：《南水北调与水利科技》2009年第05期摘要:目前,弧形闸门的水力计算方法主要基于能量方程或量纲分析,无论哪种方法,其中都包含有与模型试验或原型数据有关的经验公式或常数系数,因此所得公式通常仅适用于某范围内,在实际应用时,有时会带来较大的误差,给弧形闸门的水力计算、闸门校准等工程应用带来诸多不便。
通过弧形闸门的实验室水槽数据和现场观测数据,将传统的基于能量方程的方法和量纲分析的表征方法进行了比较,在分析了不同方法的特点的同时,指出不同方法的应用条件,为闸门水力计算和校准等计算方法的选择提供了依据。
关键词:水力学,弧形闸门,能量方程,量纲分析中图分类号:TV133.2;TV68文献标识码:A 文章编号:1672-1683(2009)05-0020-03Comparison and Analysis of Discharge Calculation Methods of Radial GatesMU Xiang-peng, CHEN Wen-xue, CUI Wei, GUO Xiao-chen, WANG Qi(China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)Abstract:At present the hydraulic calculation methods of radial gates are mostly based on energy equation or dimensional analysis. These methods include empirical formulas or constant coefficients, which should be calibrated by experimental data or field data. These discharge formulas of radial gates could usually be used in some situation. In other situation, the calculated discharge may have produce large error, which makes trouble to method selection of radial gates hydraulic calculation or calibration. In this paper, based on the data of flume experiments and field engineering, the indicial method of dimensional analysis is compared with the method based on energy equation. The characteristics of the two methods are analyzed and the application conditions are put forward. This research can provide evidence for method selection of radial gates hydraulic calculation or calibration.Key words: hydraulics;radial gate;energy equation;dimensional analysis1 引言弧形闸门与平板闸门相比有很多优点[1],得到了越来越广泛的应用,其闸孔出流的水力计算对于水闸的设计和运用、渠道的水力控制、输水系统水力特性研究等,均具有重要意义。
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2. 求解收缩断面水深 hc，判断闸室下游出流情况
c = ▽3 －▽1 = 107.00－104.00 = 3 m
c- e 3 -1 cos = = = 0.286 R 7
从课本或水力计算手册查得下表
= 73.6°
由θ值并采用内插法查上表，得垂向收缩系数 则
， ε′ = 0369 取
定时，影响过闸流量 Q 的因素是闸前作 用水头 H0、流量系数 μ0、淹没系数 σs 。
Q 与闸前作用水头 H0 的平方根成正比，H0 是影响过闸流量的主要因素。 σs 反映下游的水位对 Q 的影响。自由出流 σs =1.0，淹没出流 σs ＜1.0。
μ0 影响因素有垂向收缩系数ε’、流速系数 φ 及闸门相对开启高度 e/H。
水力分析与计算
弧形闸门闸孔出流水力分析与计算例题
主 讲 人： 王 俊 黄河水利职业技术学院
2014.09
水工建筑物
【例题 】
如图，水闸底坎与渠底齐平（平顶堰），弧形闸门控制水流。
已知: 闸底板高程为 ▽1 = 104.00m；
共 3 孔，每孔宽 b = 5m；
c
闸前水位 ▽2 = 109.00m； 弧形闸门半径 R = 7m； 转轴高程 ▽3 = 107.00m； 当闸门开度 e = 1m； 不计闸前行近流速； 若下游水位为 ▽4 = 108.03m。
3. 计算泄流量
Q s 0 nbe 2 gH0
因：cosθ = 0.286， 0 ＜ cosθ ＜ 0.3
e e 0 = 060- 0176 + （015- 02 ）cos H H 10 1.0 = 060- 0176× + （015- 02 × ） ×0286 = 0596 5 5
hc = ε′ e
vc = 2g（Η 0 - hc ）
hc vc2 0.63 hc ( 1 8 1) 2 ghc 2
若 hc”≥ ht，为自由出流； hc”＜ ht，淹没出流。
水工建筑物
3.
闸孔出流的流量公式
当闸门开启孔数、高度及闸孔尺寸一
Q s 0 nbe 2 gH0
hc = ε′ e = 0.369× 1.0 = 0.639m
φ=0.97
vc = 2g（Η 0 - hc） = 0.90× 2 ×9.8× （5- 0.639 ） = 8.97m/s
水工建筑物
2 2 h v 0 639 8 97 hc″= c ( 1 + 8 c - 1) = × ( 1+ 8× - 1) = 293m Q。
水工建筑物
解题分析：解答本题需要掌握以下主要方法和基本概念
1. 闸室出流形式的判定：判定参数为e/H（即闸门的相对开启度）
判定还与闸底坎形式有关。
水工建筑物
2.
闸孔出流情况判断：闸室下游水位高低影响过闸流量的大小
图a：hc” > ht，水跃发生在收缩断面下游，为远驱式水跃； 图b：hc” = ht，水跃发生在收缩断面处，为临界式水跃；
判别闸室的出流情况
e e 05 = = = 0.2＜065 Η ∇ 00- 10400 2 -∇ 1 109
故为 闸孔出流
结合题意，按照平顶堰上、弧形闸门控制的闸孔出流的情况， 进行本题泄流量 Q 的计算。
由已知条件知，闸前行近流速水头 v02/2g 忽略不计。
故 H0 ≈ H = ▽2 －▽1 = 109.00－104.00 = 5 m
又因
ht = ∇ 03-10400 = 403m 4 -∇ 1 = 108
得 hc”＜ ht ， 故闸孔为淹没出流
从课本或水力计算手册查得右图
0.58
ht hc'' 4.03 2.93 0.53 '' H hc 5 2.93
查得：淹没系数 σs = 0.58
0.53
水工建筑物
对于弧形闸门：当cosθ = 0 ~ 0.3时， 0
水工建筑物
e e 0.6 0.176 (0.15 0.2 ) cos H H e e 当cosθ = 0.3 ~ 0.7时， 0 0.6 0.176 (0.15 0.2 ) cos H H
解： 1.
长江工程职业技术学院
总结：本题为平顶堰上、弧形闸门控制的闸孔淹没出流。
Q s 0nbe 2gH0 0.58 0.596 3 5 1 19.6 5 51.33m /s
3
水工建筑物
主持单位: 广东水利电力职业技术学院
黄河水利职业技术学院
参建单位: 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院
图c：hc” < ht，水跃发生在收缩断面上游，为淹没式水跃。
水工建筑物
远驱式水跃和临界式水跃对应的下游水位都不影响闸孔的过流
能力，称为闸孔自由出流；
淹没式水跃对应的下游水位使闸孔的过流能力减小，称为闸孔 淹没出流。 hc e 0.62 0.5 0.31
v c= 2 g（ H 0 hc） = 0.90 平顶堰上闸孔出流是否为淹没出流？可按以下方法计算判别：