三江口水閘升臥式翻板閘門設計簡介

賀高年,劉細龍,黃 峻

(廣東省水利電力勘測設計研究院,廣東 廣州 510635)

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三江口水閘升臥式翻板閘門設計簡介

賀高年,劉細龍,黃 峻

(廣東省水利電力勘測設計研究院,廣東 廣州 510635)

三江口水閘通航孔凈寬60 m,其工作閘門采用了新型閘門-升臥式翻板閘門,閘門工作時是翻板閘門,檢修時為升臥式閘門,該功能是通過工況切換機構實現的；閘門結構支承跨度大,由于采用了三邊支承結構,大幅降低了閘門主梁高度。

升臥式翻板閘門;門葉;門槽;工況切換

1 概述

三江口水閘是江新聯圍下游四座閉口擋潮閘之一,位于江門市新會區三江鎮白廟坑河(新前水道),是廣東省城鄉水利防災減災工程重點建設項目。工程的任務是以擋潮為主,兼顧排澇、泄洪、通航；水閘的防(洪)擋潮標準為100年一遇；水閘所在的新前水道為內河Ⅲ級航道,通航1 000 t級船舶；三江口水閘采用1孔60 m凈寬通航孔在新前水道居中布置的方案。

經過對船閘方案和通航孔方案比較,通航孔方案具有通航條件好、運行管理方便且成本低、施工強度小、工期短和工程造價低等優點。因此,本階段仍推薦通航孔方案作為三江口水閘的通航建筑物方案。

通過對比國內外通航孔大跨度閘門工程,三江水閘通航孔工作閘門采用了專題研究成果——升臥式翻板閘門(發明專利號：ZL 2009 1 0192766.3)[1]。升臥式翻板閘門工作時作為翻板閘門,由啟閉機操作繞支鉸轉動,平時沉入水中躺倒在閘底板的門庫內便于通航,需要時豎立起來為關閉狀態；需要檢修時,閘門作為升臥式閘門,可升臥到水面以上檢修。這種門型結合了翻板閘門和升臥式閘門的優點,又克服了翻板閘門不易檢修和升臥式閘門限制通航高度的缺點,非常適合用作通航孔工作閘門。

閘門總體布置見圖1所示。三江口水閘于2013年3月通過過水驗收并投入使用。見圖2。

本文對閘門的門葉、門槽、工況切換機構、啟閉機等設計作一簡介。

圖1 三江口水閘三維模型示意

圖2 建成后的三江口水閘示意

2 門葉設計

2.1 結構計算工況

通過對水閘工程任務和特征水位的分析,升臥式翻板閘門主要有以下幾種基本的靜力計算工況：門葉關閉擋潮,門葉荷載為上下游水壓力差和門葉自重及浪壓力；門葉在剛開啟時,門葉直立,水平方向的荷載為水壓差和門葉自重；門葉平臥剛提升時,門葉結構的荷載為自重,加上門前后水壓差,水壓差和自重方向相同；門葉處于檢修位置時,門葉結構的荷載僅為自重,以及風荷載和檢修附加荷載。進行結構設計時,針對不同的工況,對相應的承載構件進行了專門的設計。

2.2 三邊支承受力

為降低閘門主梁高度,減小工程量,閘門采用三邊支承方式,即兩側與底邊形成一個U型支承結構,若干個支承塊連接成連續的U型。見圖3。

圖3 閘門的三邊支承示意

2.3 中間支鉸

為了減小閘門底部兩側懸臂輪的輪壓,閘門中間設有4個支承鉸,支承鉸為簡支輪,與懸臂輪同軸線,其支承牛腿埋設于上游底坎,與懸臂輪共同承擔閘門自重。見圖4。

圖4 止水結構示意

2.4 止水

閘門的止水系統集成在支承系統中,在支承塊中間開燕尾槽,槽內設置圓形水封,當閘門受壓時,圓形水封貼壓在支承軌道面上形成U型的止水系統。見圖5。

圖5 中間支鉸剖視示意

3 門槽設計

門坎支承面與閘墩兩側的門槽支承面形成一個連續的U型支承面與閘門的U型支承塊相對應,達到傳遞水壓和止水的目的；兩側門槽還作為底部懸臂輪在閘門升臥時的行走軌道；門槽底部也設有支承軌道,與門坎處的4個中間支承組成閘門自重的支承系統。兩側閘墩還設了凹槽,使得啟閉機活塞桿處于槽內,避免受到船只的撞擊。見圖6。

圖6 門槽與活動軌道示意

4 工況切換機構設計

閘門的翻板動作和升臥動作的運行及兩工況的切換，是通過閘門頂部和底部兩側的懸臂輪并與活動升臥軌道配合使用實現的。

閘門作翻板動作時啟閉機與上吊叉連接,上懸臂輪與上吊叉安裝于同一懸臂軸上,閘門底部兩側的懸臂輪支承在閘墩上的門槽中,兩懸臂輪的軸線為閘門作為翻板閘門運行時的旋轉軸；下懸臂輪亦同軸安裝了吊叉,當閘門需要檢修時,啟閉機與吊叉連接,通過啟閉機的提升,下懸臂輪在門槽內向上運動,并將升臥軌道投入工作狀態,使得上懸臂輪支承于升臥軌道上作水平運動,從而實現閘門升臥動作。

4.1 上、下吊叉及懸臂輪

上、下吊叉用于連接啟閉機活塞桿,上吊叉用于閘門正常工作時(作翻板運動)閘門與啟閉機的連接,下吊叉用于閘門升臥時的連接。吊叉與懸臂輪安裝于同一懸臂軸上,吊叉和懸臂輪都可以獨自繞懸臂軸自由轉動。懸臂輪軸承采用關節軸承,閘門長期臥躺于河床,軸承采取了密封措施,防止泥沙的進入。見圖7。

圖7 左側上、下吊叉及懸臂輪示意

由于閘門啟閉過程中,上、下懸臂輪承載所有荷載,為避免應力集中,懸臂輪軸孔處采用厚壁鑄鋼軸承以擴散應力,邊梁也采用雙腹板結構以支承懸臂輪,邊梁腹板上以軸孔為中心設置了輻射狀肋板,也是用于分散軸孔處應力。

4.2 升臥軌道

閘門作升臥動作時,上懸臂輪需支承于升臥軌道之上,但在閘門正常運行時,上懸臂輪繞下懸臂輪中心作翻轉運動,此時與升臥軌道發生干涉。故升臥軌道有兩個狀態：閘門正常運行期間,升臥軌道退出工作狀態,避免與懸臂輪及活塞桿干涉,見圖8；閘門需升臥檢修時,升臥軌道投入工作,作為上懸臂輪的行走軌道,見圖9。

圖8 退出狀態的活動軌道示意

圖9 工作狀態的活動軌道示意

升臥軌道與鉸接于閘墩的兩連桿形成4連桿機構,在電動推桿的推拉下,升臥軌道可平行轉動至閘墩內側,退出工作狀態；或可平行轉動至升臥工作位置。

5 啟閉設備

啟閉設備采用液壓啟閉機,型號為QHLY-2×2 500 kN-10.75 m。主油缸活塞桿表面采用鍍金屬陶瓷防腐蝕,檢測裝置采用內置鋼絲繩式絕對值型行程傳感器。

閘門寬度比較大,啟閉機兩側閘墩內各布置1個液壓泵站和現地控制柜。兩側現地控制柜之間采用光纖通訊。閘門啟閉時比例流量控制閥，根據實時檢測兩側液壓缸開度偏差信號動態，實時調節各油缸的進出流量，實現兩側油缸的同步和速度調整。

啟閉機機架上還設置了1根輔助油缸，用于改變油缸解除與閘門連接時的傾斜角度,便于與閘門上或下吊叉連接時的角度變換。當切換至與下吊叉連接時,在活塞桿吊叉上安裝1套水下自動穿軸裝置，完成水下與下吊叉的連接。輔助油缸和水下穿軸裝置都利用啟閉機液壓泵站提供動力。

6 結語

三江口水閘升臥式翻板閘門安裝調試表明：閘門啟閉、升臥及工況切換等各項動作準確、可靠,至今已運行3 a,狀況良好,達到了設計要求。

[1] 劉細龍，賀高年. 論升臥式翻板閘門[J]. 廣東水利水電,2011(10):54-55.

(本文責任編輯 王瑞蘭)

the Design Briefs of the Lift-Lie Flap Gate at Sanjiangkou Sluice

HE Gaonian, LIU Xilong, HUANG Jun

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute, Guangzhou 510635, China)

The width of Sanjiangkou Sluice is 60meters. A new design has been introduced to its service gate - the Lift-Lie Flap gate. Under the operation condition, it is a flap gate; however it can be switched to a lift-lie gate when it is under maintenance. The functionality is enabled via an operation mode switching mechanism. The supporting span of the gate structure is very wide. As the trilateral supporting structure has been implemented, the height of the main grinder is significantly reduced. This article describes the design features of the gate leaf, the gate slot, the operation mode switching mechanism and the hoist of the new service gate.

lift-lie flap gate； gate leaf；gate slot；operating mode switching mechanism

2016-03-16;

2016-04-06

賀高年(1978),男,本科,高級工程師,從事水工金屬結構設計工作。

TV663

B

1008-0112(2016)03-0050-03