高水头平面闸门P型水封变形特性及止水性能研究

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1、第31卷第1期水力发电学报Vo1．31No．12012年2月JOURNALOFHYDROELECTRICENGINEERINGFeb．，2012高水头平面闸门P型水封变形特性及止水性能研究薛小香，吴一红，李自冲，曹以南，张东(1．中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京100038；2．中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，昆明650051)摘要：建立高水头平面闸门P型水封的非线性有限元模型，对其止水过程进行模拟。模型中考虑水封橡胶材料的非线性和不可压缩性、高水头作用下水封大变形导致的几何非线性以及水封与压板、水封与止水座板的接触非线性边界条件。通过非线性有限元分析，

2、得到P型水封的接触应力、接触宽度等情况，研究P型水封的变形特性及止水性能，并分析水封垫板宽度对P型水封变形特性及止水性能的影响，为实际工程中P型水封的设计提供有益的指导。关键词：水工结构；变形和接触应力；非线性有限元；P型水封中图分类号：TV663文献标识码：AStudyondeformationandsealingperformanceofP-typewatersealforhigh-headplanegateXUEXiaoxiang，WUYihong，LIZichong，CAOYinan，ZHANGDong(1．StateKeyLaboratoryofSimulationandReg

3、ulationofWaterCycleinRiverBasin，ChinaInstituteofWaterConservancyandHydropowerResearch，Beqing100038；2．KunmingInstituteofInvestigation，DesignandResearch，CHECC，Kunming650051)Abstract：AnonlinearfiniteelementmodelisdevelopedtosimulatethesealingprocessofP—typewatersealofaplanegateunderhighworkinghead．T

4、hismodelconsidersnonlinearpropertyandincompressibilityofrubbermaterials，geometricnonlinearitycausedbylargesealdeformationunderhighhead，andnonlinearbounda~conditionsonseal—pressureplatecontactandseal-mountingplatecontact．Bythemodel，thecontactstressandcontactwidthofthesealaresimulated，andthefeature

5、sofdeformationandwatersealingperformanceandtheefectofthebackingplatewidthO1qthesefeaturesareexamined．ThisworkoffersausefulreferenceforengineeringdesignofP-typewatersea1．Keywords：hydraulicstructure；deformationandcontactstress；nonlinearfiniteelement；P—typewaterseal0引言随着高水头大流量水电站的不断开发，闸门水头和孔口尺寸越来越大，

6、水封止水问题也越来越突出，高水头闸门水封漏水极易引起闸门振动和门槽的空蚀，恶化闸门及水工建筑物的工作条件，造成闸门及泄水建筑物的破坏和检修困难。目前，闸门水封止水研究主要通过试验方法，试验方法受材料和试验条件等因素的限制，具有很大的局限性。随着计算机技术的发展，有限元理论的不断完善，可以用计算机对闸门水封止水过程进行有限元仿真计算¨，对闸门水封的变形、应力、应变、接触应力、接触宽度(封水宽度)等有关情况进行全面模拟，并且可以及时更改断面型式、材料、荷载、约束条件等有关参数，便于优化，同时可以大大地节省时间和费用。高水头闸门水封止水问题涉及材料非线性、几何非线性、边界条件非线性等问题。本文

7、对高水头平面闸门P型水封止水过程进行了非线性有限元模拟，对其变形特性及止水性能进行了系统研究，分析了设计体型P60和P45顶(侧)水封及转角水封的变形特性及止水性能，并分析了水封垫板宽度对P型水封变形特性及止水性能的收稿日期：2011-07—15作者简介：薛小香(1975一)，女，工程师第1期薛小香等：高水头平面闸门P型水封变形特性及止水性能研究57影响，为实际工程中P型水封的设计提供有益的指导。1高水头闸门P型水封的非线性特点高水