飛來峽二、三線船閘人字門及閥門原型調試研究

陳景祥

摘 要：飛來峽二、三線船閘是目前廣東省內最大船閘，為保證船閘人字門和輸水工作閥門正常安全高效工作，同時更好地積累大型船閘金屬結構設備的運行經(jīng)驗，對飛來峽二、三線船閘人字門和輸水工作閥門運行特性進行調試研究，結果表明：人字門采用三階段加減速啟閉過程，液壓啟閉機油壓過程線較為平穩(wěn)，油壓值和壓力值均遠小于液壓啟閉機設計額定值，能滿足液壓啟閉機安全運行要求;工作閥門啟閉過程中，油缸有桿腔最大壓力基本已接近或超過設計值，運行過程需重點調試;工作閥門在開啟過程中各向加速度值均較小，振動強度小，運行較平穩(wěn)。

關鍵詞：人字門 工作閥門 啟閉特性

1.引言

國內外對船閘原型調試工作十分重視，國外船閘中，如美國老邦納維爾船閘、約翰德船閘、冰港船閘、灣泉船閘及新威爾遜船閘等，通過調試改變閥門開啟方式為間歇開啟，改善了閥門工作條件，減小了閘室水面比降、紊動和旋渦，減小了船舶系纜力和閘室的超灌和超泄。

國內的三峽船閘，進行了為期長達12個月的原型調試（不包括設備安裝調試）及12個月的試通航，通過原型調試和調試，一方面綜合論證船閘輸水系統(tǒng)性能及閘閥門工作條件;另一方面又根據(jù)原型情況，優(yōu)化和調整船閘運行方式，提出各項措施及時解決了調試中的多項關鍵技術難題，找到最優(yōu)的運行調度方案。此外，我國近年來還對如渠江金盤子船閘、嘉陵江草街船閘、涪江潼南船閘、大化船閘、長洲船閘、清遠二線、濛浬二線、白石窯二線等船閘進行了原型調試，解決了船閘運行過程中問題，保證了船閘和過閘船舶的安全運行，提供了船閘運行效率。

從國內外實際原型調試成果表明，通過原型調試和調試的船閘，及時解決船閘在運行初期存在的問題，使其船閘的性能可以達到較佳的狀態(tài)，過閘船舶及船閘設備的安全也得到保證，船閘的航運效益十分顯著。

飛來峽二、三線船閘尺度均較大，各項水力指標高，且隨著新技術新設備的應用，其性能除設計時需充分論證外，都需在船閘建成后進行反復的原型調試，以發(fā)現(xiàn)和解決其存在的問題，確保船閘安全高效運行。

2.工程概況

飛來峽二、三船閘是目前廣東省內最大船閘位于北江干流中游飛來峽區(qū)黃洞村旁彎曲河段，下與清遠船閘銜接，上與白石窯、濛浬、孟州壩三座船閘銜接，實現(xiàn)飛來峽至韶關165km的渠化，是航道等級提高的重要節(jié)點工程。

二、三線船閘規(guī)模相同，船閘級別為Ⅲ級（1000噸級），閘室有效尺寸（長×寬×水深）200m×34m×4.5m。船閘的通航凈空均為10m。船閘上游最高通航水位為24.81m，相應的下游通航水位為10.37m;上游最低通航水位為18.81m，下游通航水位為16.86m;上游正常蓄水位為24.81m。閘室上游檢修水位為24.81m，下游檢修水位為14.31m。上游設計洪水位31.98（0.20%），上游校核洪水位33.98（0.01%）。上閘首底檻高程14.31m;下閘首底檻高程5.87m。

船閘金屬結構設備有上閘首上游檢修閘門、上閘首人字門、下閘首人字門、下閘首下游檢修閘門;充水廊道進口攔污柵，充、泄水廊道工作閘門，充、泄水廊道上、下游檢修門;人字門的廊道工作閥門均采用液壓啟閉設備。人字門門高19.7m，單扇閘門寬20.2 m;工作閥門尺寸尺寸5.0×4.5m（寬×高），凈水頭14.44m。

3.人字門及工作閥門原型調試的目的

船閘人字門及工作閥門原型調試是一項重要基礎性技術工作。原型調試前，已在設備制造廠完成了上、下閘首人字門及其液壓啟閉機整體預拼裝及設備組裝試驗，輸水廊道工作閥門及其液壓啟閉機整體預拼裝及設備組裝試驗和各單項設備出廠試驗等調試及測試工作，對各機械設備和電氣系統(tǒng)的主要功能進行了測試，對各設備主要系統(tǒng)性能指標進行了調試和預整定。在此基礎之上，按照現(xiàn)場實際條件，通過機電設備聯(lián)合調試，達到以下目標：

（1）船閘人字閘門運行過程中，考慮有水作用下，調試人字門運行特性，繪制油缸壓力變化過程線、閘門啟閉速度、行程曲線，分析啟閉力變化規(guī)律、人字門啟閉特性與同步特性，測定人字門的同步運行偏差，進一步優(yōu)化人字門調度方案。

（2）船閘閘室充、泄水過程中，繪制閘室水位升降速度、人字門前后水位變化過程和閥門井水位變化過程曲線，測定充（泄）水末期閘室水位慣性超高和超降值，分析人字門前后水位差對閘門啟閉的影響，分析船閘輸水系統(tǒng)水動力特性 。

（3）船閘輸水閥門運行過程中，考慮有水作用下，調試船閘輸水閥門單、雙邊運行特性，繪制閥門油缸壓力變化過程線、閥門啟閉速度、行程曲線，分析啟閉力變化規(guī)律、閥門啟閉特性與同步特性，進一步優(yōu)化閥門運行方式。

4.人字門及工作閥門原型調試方法

人字門、工作閥門啟閉力的測量手段為在人字閘門啟閉機有桿腔和無桿腔上分別布置了油壓傳感器，測量油壓變化過程，并計算閘門啟閉力。

為了提高同步性測量的手段，并兼顧測量啟閉速度、啟閉行程等參量，采用動態(tài)激光測距傳感器對啟閉機的同步性進行調試。在人字門及工作閥門上分別安裝兩個激光測距傳感器，在啟閉過程中，激光測距傳感器實時測量其行程，通過對行程曲線進行分析處理，得到啟閉機啟閉過程線，通過對兩路激光器輸出數(shù)據(jù)的比較分析，分析其同步特性。

采用三向振動加速度傳感器，測試閥門開啟過程中的振動頻率曲線，監(jiān)測輸水閥門運行時的振動特性，能直觀的反應閥門的震動特性，加速度傳感器安裝在最后一節(jié)吊桿上，能有效的反應出閥門在啟閉過程中的振動情況。

5.人字門及工作閥門原型調試結果

5.1人字門運行特性

為了解有水運行工況下人字門啟閉過程同步性，人字門液壓啟閉機油壓穩(wěn)定性及啟閉力大小，原型調試對上、下閘首人字門運行軌跡進行了測量，并對油缸數(shù)據(jù)進行了采集，并根據(jù)啟閉機油缸油壓計算得到了人字門啟門力變化過程線，見圖1～2.

從人字門啟閉門力過程線可以看出船閘人字門啟門力峰值在-758KN～-872KN 之間，遠小于設計額定啟門力 2000KN，富余度也較大。船閘人字門閉門力峰值-1102KN～-1200KN 之間，小于設計額定啟門力 2000KN，富余度也較大。值得注意的是，啟閉力峰值均為負值，活塞桿受壓，無桿腔內壓力較高，引起這一現(xiàn)象則猶如前文分析的情況相同，人字門加速和減速段較短，走完設計行程后，受速度慣性影響，左右兩側人字門擠壓太緊。以上原型調試成果表明，在閘門啟閉過程中，人字門閘門液壓啟閉機油缸壓力和輸出壓力，遠小于設計額定值，能保證液壓啟閉機安全運行要求。

5.2工作閥門運行特性

對輸水工作閥門運行特性進行調試，測量工作閥門啟閉程的啟閉力，測量成果見圖3。

從啟門力方面看，工作閥門最大啟門力 921KN～1021KN 之間，啟門力已接近甚至超過設計值，液壓設備已處于極限運行狀態(tài)。因此，建議在后續(xù)運行中，重點對設計水頭，工作閥門液壓啟閉機運行情況進行調試，并復核設計水頭下啟閉力的大小，復核液壓啟閉機額定啟閉力及壓力值，以便應對啟閉力超設計情況，評估閥門在此種工作況下對活塞桿、液壓設備、吊桿等設備的影響。

5.3工作閥門振動特性

為對輸水閥門振動特性進行監(jiān)測，在工作閥門最下一節(jié)吊桿上安裝了三向振動加速度傳感器，監(jiān)測閥門啟閉過程中的振動特性，振動特性圖見圖4。

由原型調試得到的工作閥門振動過程曲線可知：在各工況下，閥門振動加速度值均較小，說明動水啟門過程中，水流對閥門的影響較小，門槽與導向輪貼合較好。閉門時各閘首工作閥門加速度值較啟門時更小，說明閥門振動對閥門及液壓設備影響小。

6.結語

（1）人字門采用三階段加減速啟閉過程，液壓啟閉機油壓過程線較為平穩(wěn)，油壓值和壓力值均遠小于液壓啟閉機設計額定值，能滿足液壓啟閉機安全運行要求。啟門過程在加速段，加速行程較短，加速度較大，閉門過程則為在減速段，減速行程較短，使人字門在達到位置的時候兩扇閘門間有明顯碰撞，實際行程稍大于設計行程，無桿腔油壓激增，腔內壓力增大，建議人字門增加加速度及減速度行程，使運行更加科學合理。

（2）工作閥門啟閉過程中，油缸有桿腔最大壓力基本已接近或超過設計值，啟閉力也同樣存在超過設計值的問題，該種水頭下，還未達到最大設計水頭，建議重點調試設計水頭下閥門動水啟門啟閉力，并進一步核實液壓啟閉機額定啟門力及壓力值，以便應對啟閉力超設計情況，評估閥門在此種工作況下對活塞桿、液壓設備、吊桿等設備的影響。

（3）線船閘工作閥門在開啟過程中各向加速度值均較小，振動強度小，運行較平穩(wěn)。