充壓止水弧門變形控制及面板整體加工技術

田文恒

(中國水利水電第十工程局有限公司機電安裝分局，四川都江堰611830)

1 充壓止水弧門的特點及工作原理

充壓止水弧門通常為潛水深孔弧門具有水頭高，閘門制造難度大，技術含量高等特點。充壓止水弧門主要由門葉結構、支臂結構、支鉸裝置、側水封座、頂水封座、底止水座、充壓水封、充壓水封液壓控制系統等部分組成。充壓水封固定在水封座上，充壓水封在液壓系統的水壓作用下，水封伸出并緊壓到弧門面板實現止水。

充壓水封止水的工作原理:充壓水封是在液壓系統的控制下實現伸出或回位的。當弧門全關閉后，充壓水封在液壓系統水壓作用下伸出，壓緊弧門面板實現止水;弧門開啟前，液壓系統動作，卸去作用在充壓水封上的水壓，充壓水封縮回，與弧門面板分離，之后開啟弧門。按此循環，弧門關閉后伸出充壓水封實現止水，弧門開啟前先卸壓縮回充壓水封，再開啟弧門。

2 老撾南立1-2水電站泄洪兼導流洞弧門特性及制造工藝分析

老撾南立1-2水電站泄洪兼導流洞弧門系充壓止水弧門，止水方式為:面板充壓水封止水+常規側水封輔助雙道止水。該弧門特性見表1。

老撾南立1-2水電站泄洪兼導流洞弧門具有板材多為中厚(面板厚32 mm，縱向隔板厚32 mm，后翼緣板厚40 mm)，橫向小梁間距小等特點。設計要求:門葉結構整體退火;弧門面板整體機械加工，粗糙度為Ra6.3，面板外緣曲率半徑公差為0－1mm;側水封座板機械加工，粗糙度為Ra6.3。

表1 弧門特性表

根據該弧門的結構特點，在面板卷制弧度時邊沿與中部弧度不一致;門葉焊接量大，焊接收縮、焊接變形及焊接應力控制難度大;整體退火時焊接應力的釋放容易引起變形，門葉整體大拼裝后將直接影響面板整體加工。因此，門葉結構的幾何尺寸控制、焊接變形及焊接應力的控制以及門葉整體退火后的變形控制既是該門制造的難點，也是影響面板整體加工成敗的關鍵。為了確保弧門整體大拼裝時在制造過程中產生的組裝誤差、焊接變形、退火變形、大拼裝誤差等各項不確定因素累計后仍能滿足面板整體加工要求，必須對制造過程中的下料、面板卷制、部件組焊、面板鋪設、仿樣、門體組裝、整體焊接、退火控制等主要工序進行嚴格控制及跟蹤，提高對各工序的質量控制。通過減少各工序的誤差及變形，從而保證面板整體加工要求。通過分析，最終在老撾南立1-2水電站泄洪兼導流洞弧門制造中，采取了對各主要工序制定專項控制措施，明確控制要點及控制方法，使變形控制取得了良好效果，順利完成了面板整體加工，且加工質量超過預期效果。

3 老撾南立1-2水電站泄洪兼導流洞弧門門葉制造控制要點及方法

3.1 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 弧門門葉制造工藝流程圖

3.2 關鍵點質量控制

3.2.1 面板卷制控制要點

(1)采用壓力機壓頭壓制起弧段弧度，避免直頭。

(2)采用卷板機卷制面板弧度。

(3)用樣板控制卷制弧度。

(4)卷制時嚴格控制橫向直線度，如超差，可采用壓力機矯直。

3.2.2 鋪設面板控制要點

(1)面板應與胎膜貼緊。

(2)當面板與胎膜出現較大間隙時，應對面板弧度重新進行校弧。

(3)不應對面板施加較大的外力約束。

(4)嚴格控制面板拼接縫錯臺。

3.2.3 面板上整體劃線仿樣控制要點

(1)采用水準儀和經緯儀仿樣。

(2)采用水準儀及分線放出門葉橫向基準線。

(3)采用經緯儀測放出門葉縱向基準線。

(4)以門葉橫向、縱向基準線為基準，測放出縱隔梁、邊梁、主梁等部件拼裝控制線。

(5)為減少仿樣的累計誤差，采取從門葉中心往兩端依次測放控制線。

3.2.4 門葉整體拼裝控制要點

(1)以拼裝控制線為基準，首先拼裝其中一根主梁，然后往另一根主梁方向依次拼裝縱隔梁、橫向小梁、主梁。

(2)兩根主梁及主梁之間的縱隔梁、邊梁、橫向小梁拼裝結束后，檢查兩主梁之間的平行度、跨距、扭曲符合圖紙及規范后，方可繼續拼裝兩主梁以外的部件。

(3)門葉整體拼裝時，嚴格控制縱隔梁、橫向小梁、面板等部件之間的間隙，不應隨意修割。

(4)拼裝時，不應強行施加外力以減小部件的間隙，應復查部件尺寸或弧度并矯正待其符合要求后再進行拼裝。

3.2.5 門葉整體焊接控制要點

(1)門葉整體施焊前，對門葉縱隔梁采取臨時支撐，對面板、縱隔梁腹板、縱隔梁翼緣等分節位置采用工藝連接板連接。

(2)門葉焊接前，首先對門葉整體進行工藝性加固焊接。

(3)焊工采取分散對稱分布，焊接電流、電壓等焊接參數協調一致并協調焊接速度，控制焊接線能量，協調各焊工焊接時的焊接線能量基本保持一致，特別是對稱位置的焊工焊接線能量不應相差過大。

(4)焊接順序及步驟。首先焊接主梁腹板與隔梁腹板之間的焊縫，然后焊接小梁、隔梁與面板的平角焊縫。焊工以從門葉結構中心向四周擴散形焊接方向，采用分段間隔退步焊及多層多道的焊接方法進行焊接。

(5)門葉整體焊接結束后，門葉分節前完成定位塊組焊。

3.2.6 門葉焊后整體退火控制要點

(1)門葉結構在胎膜上整體焊接結束后，門葉撤離胎膜前，應整體劃出基準線。

(2)門葉結構退火時，采用專用胎膜將門葉放正并確保支墊穩定、可靠，以減少退火過程中應力釋放引起的變形。

(3)單節門葉結構在退火爐內整體退火，并嚴格按照退火工藝要求加溫、保溫及冷卻。

(4)退火結束后，應進行退火變形量檢查，為弧門整體大拼裝提供調整依據。

3.2.7 弧門整體拼裝控制要點

(1)在弧門專用拼裝基坑內完成弧門整體拼裝。

(2)在弧門拼裝基坑內制作專用鋼支承架，支承架高度不小于弧門加工時所需的弧門底沿離地面的最小距離。

(3)根據弧門規格，測量放出弧門拼裝中心控制線、支鉸孔中心控制線。

(4)以控制線為基準完成門葉、支臂及活動鉸組裝。拼裝調整結束后，弧門半徑、支鉸孔同心度、支臂對角線誤差、支鉸中心與門葉中心的偏差等應滿足規范要求。

(5)拼裝時，確保弧門面板有足夠的加工余量，同時保證面板加工后，面板厚度不低于圖紙要求的最小厚度。

(6)整體拼裝滿足要求后，整體劃出面板弧度加工控制線、門葉底沿加工控制線、側止水座面加工控制線。

4 弧門面板整體加工

4.1 加工專用設備

老撾南立1-2水電站泄洪兼導流洞弧門面板進行整體加工，業主、設計及監理均要求門葉在大拼裝狀態下完成面板整體加工，不允許分單節門葉面板加工后再進行大拼裝。為滿足整體加工要求，我部自行設計制造了一專用加工設備。該設備主要包括鉸鏈裝置、旋轉臂、橫梁、導軌裝置、切削裝置、鎖定裝置及提升裝置，見圖2。

4.2 加工設備安裝要點

(1)鉸鏈裝置旋轉中心與弧門支鉸中心同心。

(2)導軌裝置的導軌中心線與鉸鏈裝置中心線平行。

(3)調整切削裝置角度，使切削主軸延長線過鉸鏈旋轉中心。

(4)調整鎖定裝置的位置合適后，焊接在旋轉臂上，并保證鎖定裝置能與門葉可靠鎖定。

圖2 加工專用設備圖

4.3 加工設備調試及加工要點

(1)加工設備安裝完成后，在面板全范圍內完成變幅、橫向進刀、縱向進刀等動作調試。

(2)加工設備調試滿足要求后，利用刀頭完成面板全范圍內切削余量復查，確保整個面積均有足夠的切削余量后方進行正式切削加工。

(3)加工用刀頭不宜選擇過大，加工時分粗加工、半精加工及光刀。

(4)兩道加工之間產生的棱角用小刀頭加工去除。

(5)以加工控制線為基準，控制加工弧面半徑。

(6)加大弧面半徑檢查次數，對產生的誤差及時作出調整。

5 結語

在老撾南立1-2水電站泄洪兼導流洞弧門制造中，通過對各主要工序制定專項控制措施，明確控制要點及控制方法，進行嚴格控制及跟蹤，提高了對各工序的質量控制。通過減少各工序的誤差及變形，門葉整體尺寸及變形控制取得了良好效果，順利完成了面板整體加工，面板弧形半徑嚴格控制在R14m0－1mm的精度范圍內，面板整體加工質量優良，經業主、監理一次驗收合格，并得到業主、監理的一致好評。