陡河水庫輸水洞工作閘門啟閉機檢測分析

趙鵬云

（唐山市陡河水庫管理處 063021）

1 基本情況

陡河水庫位于唐山市東北15km的陡河上游，是一座以防洪為主、兼有供唐山市區生活用水及下游工農業生產用水等綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫總庫容5.152億m3，設計洪水位40.3m，校核洪水位43.4m。水庫工程1956年10月竣工。初建時樞紐工程主要由攔河壩和輸水洞兩項工程組成。輸水洞在攔河壩左端的鳳山腳下，全長640m。進水塔設兩個寬1.75m、高3m的長方形進水洞口，底高程22.54m，由兩扇平面定輪鋼閘門和兩臺啟閉機控制。閘門尺寸2.55m×3.2m（寬×高），啟閉機為兩臺2×20t固定式卷揚機。每扇工作閘門前均設有檢修閘門。建庫以來，陡河水庫輸水洞工作閘門的啟閉機已使用了51年，近年來，隨著工農業的飛速發展和市區環境用水的增加，閘門啟閉越來越頻繁，為了解啟閉機的運行狀態，確保工程安全運行，2008年1月，管理處對啟閉機的啟閉力及運行狀況進行了安全檢測。

2 啟閉力檢測結果與分析

2.1 檢測設備

閘門在開啟過程中的啟閉力是不斷變化的，因此，啟閉力檢測應對啟閉全過程的啟閉力進行采集，以確定閘門的實測最大啟閉力。根據啟閉力的這一特性，采用自行研制開發的動態信號測試系統進行啟閉力檢測。動態信號測試系統由信號傳感器、動態應變儀（YD—28）、數據采集卡（HY1232）、筆記本微機和打印機組成（見下圖）。

動態信號測試系統框圖

2.2 檢測工況

檢測時，閘門上游水位32.45m，下游無水，閘門作用水頭9.91m。閘門全關擋水時檢測系統調零，受現場條件的限制，閘門不能全開度啟閉，最大啟門高度約為0.5m。因此，在實測水位下，閘門從全關狀態至0.5m，再至全關狀態為一次檢測過程。每一檢測過程重復進行3次。

2.3 檢測結果與分析

兩扇閘門啟閉力實測值列于表1。由表1所列檢測結果可見：

a.右閘門實測最大啟閉力為18.488tf，左閘門實測最大啟閉力為17.092tf。

b.閘門兩側吊點啟吊力相差不多，說明閘門受力均衡，兩側吊點基本同步。

c.閘門啟閉力的3次檢測結果基本接近，說明檢測系統可靠，檢測成果真實可信。

3 設計和校核水位下最大啟閉力的計算分析

啟閉力檢測時，閘門上游水位32.45m，閘門作用水頭僅9.91m，因此，必須根據實測啟閉力推算設計水位和校核水位下的最大啟閉力。由于實測啟門力大于閉門力和持住力，因此，僅需對最大啟門力進行分析計算。

表1 兩扇閘門啟閉力實測值

3.1 計算分析方法

平面閘門啟門力計算公式為

式中FQ——閘門啟門力，tf；

nT——摩阻力安全系數，取nT＝1.0；

Px——下吸力，取Px＝0；

G——閘門自重；

Gj——加重塊重量，取Gj＝0；

Ws——作用在閘門上的水柱壓力，Ws＝0；

Tzd——滑動軸承的滾輪摩阻力

Tzs——止水摩阻力，Tzs＝f3Pzs；

P，Pzs——作用在閘門和止水上的水壓力；

R，r——滾輪和滾輪軸半徑；

f1，f3——滑動摩阻系數；

f2——滾動摩擦力臂。

受現場檢測條件的限制，我們只能獲得實測水位下的啟門力而無法獲得多個水位下的啟門力，但在啟門力計算公式中有f1、f2、f3三個摩阻系數未知，因此，要直接利用啟門力計算公式求得閘門的摩擦系數是不可能的。為此，我們采取近似的方法，將閘門滾輪摩阻力、止水摩阻力等歸并為混合摩阻力，并以混合摩擦系數fH來代替滾輪、止水等部分的摩擦系數。再利用啟門力計算公式，計算閘門在設計水位和校核水位下的啟門力。

3.2 計算結果與分析

由于啟閉力3次檢測結果基本接近，以實測值相對較大的第3次測值為準進行計算。

在設計水位（40.3m）和校核水位（43.4m）下，閘門最大啟門力的計算結果見表2。

表2 最大啟門力計算成果

由表2可見，在設計和校核水位下，兩扇閘門的最大啟門力均未超過啟閉機的額定啟閉力40t，表明輸水洞工作閘門啟閉機在設計和校核水位下沒有超載現象發生。

4 輸水洞工作閘門啟閉機運行狀況檢查

4.1 啟閉機外觀檢查

輸水洞工作閘門啟閉機已運行了51年，由于管理措施得當、規章制度齊全、嚴格按操作規程運行，啟閉機的外觀形態完好，機架無變形和損傷，卷筒表面、幅板、輪緣無裂紋及損傷，鋼絲繩在卷筒上固定牢靠，壓板、螺栓齊全，開式齒輪齒面潤滑良好，無嚴重磨損和銹蝕，齒輪嚙合良好，轉動平穩，無沖擊聲及異常噪聲，減速箱密封良好，無滲漏。制動器工作準確可靠，動作靈活。啟閉機附屬設施完善。

4.2 啟閉機電機參數檢測

檢測內容包括電機絕緣電阻、電機電流和電壓、電機轉速，電機電流、電壓、轉速與啟閉力檢測同步進行。電機絕緣電阻的檢測結果見表3，啟閉機電機參數檢測結果見表4。

從表3、表4的檢測數據可見：

a.電機的絕緣電阻均符合《起重機械安全規程》（GB6067—85）的要求。

b.電機的電流、電壓和轉速均符合運行要求。

5 結語

閘門運行多年后，由于閘門支承裝置和止水裝置的變形、損壞等原因，閘門啟閉時的摩阻力變大，啟閉機的

表3 電機絕緣電阻檢測結果單位：MΩ

表4 啟閉機電機參數檢測結果

啟閉力將會增加，從而容易引起啟閉機超載，造成啟閉機失事。陡河水庫通過實測得出正常水位下輸水洞工作閘門的啟閉力，通過反演計算求出的設計水位和校核水位下的啟閉力，均小于啟閉機的額定啟閉力。在啟閉力檢測的同時對啟閉機電機電流、電壓、轉速進行檢測，檢測結果表明電機參數符合運行要求。輸水洞工作閘門的啟閉機是安全的，仍可繼續使用。2008年輸水洞工作閘門的啟閉機啟閉40次，閘門啟閉靈活，運行平衡。通過全面的檢測，為領導決策提供了科學依據，避免了盲目更換閘門啟閉機，提高了經濟效益。