水管體制改革后新技術(shù)在基層單位的發(fā)展及應(yīng)用
——以卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置為例

董友龍 王彥法 董超 秦景河

水管體制改革后新技術(shù)在基層單位的發(fā)展及應(yīng)用
——以卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置為例

董友龍 王彥法 董超 秦景河

水管體制改革十年來(lái)，水利工程外貌發(fā)生天翻地覆的變化，工程管理水平日新月異逐步提升，自主創(chuàng)新能力不斷提高，驕人成績(jī)的取得主要得益于水管體制改革理順了管理體制、穩(wěn)定了經(jīng)費(fèi)保障、優(yōu)化了人員結(jié)構(gòu)。十年來(lái)，劉家道口水利樞紐管理局鼓勵(lì)創(chuàng)新、大膽創(chuàng)新，激勵(lì)創(chuàng)新、推廣創(chuàng)新，科技創(chuàng)新工作逐漸成為單位事業(yè)發(fā)展的源動(dòng)力和助推劑。在創(chuàng)新之路中劉家道口局領(lǐng)導(dǎo)重視、上下聯(lián)動(dòng)、齊抓共管，不僅助推單位取得了一系列驕人的成績(jī)，而且使創(chuàng)新成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為科學(xué)管理的新工藝，極大促進(jìn)了沂沭泗水利事業(yè)規(guī)范化、科學(xué)化、制度化管理工作的開(kāi)展。

一、水閘工程管理現(xiàn)狀

目前，我國(guó)大部分特別是中小型水閘所處外部環(huán)境較差，卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的早期管理方式比較粗放，有的沒(méi)有啟閉機(jī)房，有啟閉機(jī)房的提升孔不封閉，仍然與外界相通，總體上屬于裸露式粗放型管理模式。啟閉設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差，設(shè)備故障多，維修頻率高。水管體制改革以來(lái)，水利工程規(guī)范化管理的發(fā)展，對(duì)水利工程設(shè)施管理和維護(hù)的要求也在逐步提高。隨著科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展、精細(xì)化管理、現(xiàn)代化管理大力推進(jìn)，大量先進(jìn)管理設(shè)備和技術(shù)在水閘上得到了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)地控制單元的電器元件、遙測(cè)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等精密儀器，極易受到溫度、濕度、灰塵和鳥(niǎo)蟲(chóng)糞便的影響，引發(fā)線(xiàn)路短路、設(shè)備失效和金屬結(jié)構(gòu)銹蝕，因此對(duì)卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的運(yùn)行環(huán)境要求越來(lái)越高，設(shè)備管理對(duì)環(huán)境要求越來(lái)越高。

近年來(lái)，通過(guò)了解多家卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的管理現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)目前卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的提升孔大都使用普通木材作為蓋板，上面覆蓋一層橡膠制品，開(kāi)啟時(shí)需要把橡膠制品撤掉，啟閉機(jī)才能正常啟閉。這種方式存在一定的缺陷和不足，主要表現(xiàn)為：不封閉、不可視、安裝維護(hù)不方便、結(jié)構(gòu)不美觀等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重影響了水閘管理水平的提高。為解決上述問(wèn)題，提高管理現(xiàn)代化水平，建設(shè)方和管理方都不斷創(chuàng)新思維，發(fā)明了很多提升孔密封技術(shù)，如齒形橡膠式提升孔技術(shù)、平行毛刷式提升孔技術(shù)等，但是，以上技術(shù)都無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)密封、可視、可調(diào)的基本管理要求。

二、創(chuàng)新研發(fā)目的及方案

為了徹底解決上述問(wèn)題，卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)提升孔既要滿(mǎn)足啟閉機(jī)正常啟閉運(yùn)行要求，又要具有良好密封性、可視性、可調(diào)性等特點(diǎn)。在確立了初步的設(shè)計(jì)思路后，我局立即開(kāi)展相關(guān)軟件模擬和試驗(yàn)。

根據(jù)卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的構(gòu)造和實(shí)際工作環(huán)境，仔細(xì)設(shè)計(jì)和選材，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、材料和可行性進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)和論證，研制出卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置。該裝置既可以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)任意開(kāi)度要求，又能滿(mǎn)足可視、可控、可調(diào)，并且具有密封性好、無(wú)損傷等特點(diǎn)，并有適應(yīng)性強(qiáng)、安全可靠、實(shí)用性強(qiáng)和性?xún)r(jià)比高等良好技術(shù)特征。

1.工作原理

卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置的工作原理是利用閘門(mén)啟閉時(shí)，鋼絲繩繞卷筒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生側(cè)向壓力來(lái)帶動(dòng)透視板在安裝好的水平滑動(dòng)軌道內(nèi)左右滑動(dòng)。隨著閘門(mén)不斷提升和下落，透視板互交水平滑動(dòng)，達(dá)到自適應(yīng)任意開(kāi)度的目的。

2.基本構(gòu)造

卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置基本構(gòu)造由透視板、水平滑動(dòng)軌道、伸縮擋塵板、柔性密封圈、密封條和蓋板組成（見(jiàn)圖1）。

圖1　卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置構(gòu)造圖

3.設(shè)計(jì)理念及材料比選

卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置采用多層互交滑動(dòng)透視式的設(shè)計(jì)理念，在滿(mǎn)足使用要求的基礎(chǔ)上主要考慮蓋板、水平滑動(dòng)軌道材質(zhì)和透視板的質(zhì)量和性?xún)r(jià)比，使該裝置在使用過(guò)程中更合理、更實(shí)用、更耐用。

蓋板的選材對(duì)鋼板和木材進(jìn)行比較，卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)都安裝在水閘上，空氣濕度大，易導(dǎo)致鋼板底部銹蝕，針對(duì)前期鋼質(zhì)蓋板在短時(shí)間內(nèi)有局部銹蝕現(xiàn)象和安裝不便等因素，反復(fù)對(duì)比后擇優(yōu)選擇厚松木防腐板。

圖2　卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置主視圖

圖3　卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置俯視圖

表1　經(jīng)濟(jì)效益分析

透視板的水平滑動(dòng)軌道選用具有塑性較高的鋁合金型材，抗腐蝕性能好，且易于加工。透視板則選擇重量輕、具有極佳透明度、優(yōu)良耐候性的有機(jī)玻璃，其工作參數(shù)均優(yōu)于石英玻璃。

4.設(shè)計(jì)參數(shù)確定及制作過(guò)程

首先將已處理好的松木防腐板固定在卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的底座上，為了保證蓋板的穩(wěn)定性和拆卸維護(hù)的方便，采用螺栓固定方式，蓋板尺寸與提升孔的尺寸相匹配。

其次根據(jù)啟閉機(jī)的卷筒和鋼絲繩的運(yùn)行范圍，確定透視板水平滑動(dòng)軌道長(zhǎng)度，以雙吊點(diǎn)卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)為例，在透視板水平滑動(dòng)軌道上設(shè)計(jì)三層運(yùn)動(dòng)卡槽，自上而下編號(hào)1、2、3，厚度分別為H1、H2、H3。測(cè)量出閘門(mén)在全關(guān)狀態(tài)下，兩鋼絲繩之間的距離（定義為L(zhǎng)1）和鋼絲繩與卷筒兩端邊緣的長(zhǎng)度（定義為L(zhǎng)2），測(cè)量閘門(mén)在全開(kāi)狀態(tài)下，兩鋼絲繩之間的距離（定義為L(zhǎng)3。為了便于啟閉人員觀測(cè)閘門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，留取一定的觀測(cè)寬度D1。

再次根據(jù)提升孔的尺寸，將已做好的水平滑動(dòng)軌道（長(zhǎng)度為L(zhǎng)1+2×L2）固定在蓋板上，并在鋼絲繩的兩端設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的透視板，內(nèi)置于卡槽1和卡槽2兩端。閘門(mén)全關(guān)狀態(tài)下，確定鋼絲繩貫穿透視板的位置，在透視板此處開(kāi)略比鋼絲繩直徑大的半圓槽，在透視板和底座連接處安裝可伸縮的擋塵板，一端與底座無(wú)縫隙螺栓連接，另一端與透視板L2無(wú)縫隙連接。

然后透視板分三層制作。最底層卡槽3的中間位置安裝一塊長(zhǎng)度為L(zhǎng)3的透視板，L3固定不動(dòng)。在卡槽1和卡槽2中各安裝一個(gè)長(zhǎng)度為略大于（L1-L3）/2的透視板，閘門(mén)全關(guān)狀態(tài)下，確定鋼絲繩貫穿透視板的位置，在透視板此處開(kāi)略比鋼絲繩直徑大的半圓槽，與已安裝好的透視板牢固膠合在一起。所有的透視板橫斷面和開(kāi)設(shè)的圓槽斷面處要做防劃傷、防塵處理。

最后密封裝置的制作安裝。在透視板和底座間加可伸縮擋塵板，在L1的外側(cè)端與蓋板處增設(shè)滾筒式可伸縮裝置，用透明軟玻璃將可伸縮裝置和有機(jī)玻璃板膠合連接；在鋼絲繩和透視板接觸處設(shè)柔性密封圈，在密封圈的表面做倒圓處理，保證能夠承受鋼絲繩足夠大的側(cè)向壓力；在透視板和運(yùn)動(dòng)卡槽處增設(shè)防水背膠毛條，并在L1與L3相交位置的H2處，安裝橫向防水背膠毛條。

三、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析和對(duì)科技進(jìn)步的意義

1.經(jīng)濟(jì)效益分析

截至目前，已制作安裝了三座水閘共計(jì)50孔卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置，運(yùn)行效果良好，從根本上解決了卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔管理中的關(guān)鍵問(wèn)題，技術(shù)回報(bào)率高，在水閘工程規(guī)范化管理中起到了重要作用。

2013年初和2013年底，為推廣該技術(shù)，在彭家道口分洪閘、李公河防倒漾閘和李莊閘各制作安裝了該裝置。從經(jīng)濟(jì)效益角度粗略估算，以彭家道口分洪閘為例，裝置應(yīng)用后，啟閉機(jī)房形成了封閉的環(huán)境，有利于減少金屬構(gòu)件腐蝕和保持啟閉機(jī)房整潔，大大減輕了維修養(yǎng)護(hù)工作量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

彭家道口分洪閘隸屬于劉家道口水利樞紐管理局，閘室總凈寬213.4m，單孔凈寬10.0m，共19孔。

經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)為減輕維修養(yǎng)護(hù)工作量帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益（見(jiàn)表1）。

說(shuō)明：（1）數(shù)據(jù)來(lái)源于維修養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案。

（2）提升孔改造后，啟閉機(jī)日常維護(hù)頻次由原來(lái)的每天減為每周一、三、五；啟閉機(jī)銹蝕率明顯減少，由原來(lái)的11.6%減為2.4%；啟閉機(jī)房維修養(yǎng)護(hù)面積亦明顯減少。

通過(guò)彭家道口分洪閘經(jīng)濟(jì)效益分析，提升孔改造產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益隨著規(guī)模的增大而越明顯，平均單孔的年經(jīng)濟(jì)效益在6000～6600元。

2.社會(huì)效益分析

卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)提升孔多層滑動(dòng)式密封裝置的應(yīng)用同時(shí)帶來(lái)的管理效益和社會(huì)效益是無(wú)法用經(jīng)費(fèi)估算的，對(duì)管理單位形象提升有較大促進(jìn)作用，對(duì)啟閉機(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新特別是在水利上的技術(shù)應(yīng)用起到了重大的引導(dǎo)和帶動(dòng)作用。從水利行業(yè)來(lái)說(shuō)，該裝置的推廣應(yīng)用極大提高了啟閉機(jī)管理維護(hù)水平，對(duì)水利單位技術(shù)革新起到了極好的示范引導(dǎo)作用。水利部、淮委、沂沭泗局等領(lǐng)導(dǎo)視察彭家道口分洪閘時(shí)，都多次肯定該裝置的研發(fā)和應(yīng)用；其他水利工程管理單位來(lái)參觀考察時(shí)，也都對(duì)該裝置贊不絕口。在劉家道口水利樞紐管理局創(chuàng)建國(guó)家級(jí)水管單位驗(yàn)收過(guò)程中，該裝置得到全國(guó)評(píng)審專(zhuān)家的一致好評(píng)，評(píng)審專(zhuān)家提議將該裝置在全國(guó)水閘管理單位中推廣應(yīng)用。

四、結(jié)語(yǔ)

研發(fā)成果的應(yīng)用極大地改善了水閘啟閉機(jī)房運(yùn)行管理環(huán)境，推動(dòng)了工程管理規(guī)范化、科學(xué)化、精細(xì)化，發(fā)揮了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。該成果于2015年成功獲得淮委科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)，并獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專(zhuān)利。劉家道口水利樞紐管理局將以水管體制改革這一有利契機(jī)，積極踐行可持續(xù)發(fā)展治水思路，開(kāi)拓進(jìn)取，扎實(shí)工作，再譜水管新篇章

（作者單位：劉家道口水利樞紐管理局276004）