構(gòu)皮灘升船機重力式工作閘門調(diào)平施工管理

何軼斌，宋娜娜，李航宇，鄧華

（1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550002；2.華電電力科學(xué)研究院有限公司；3.杭州國電機械設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

1 工程概況

構(gòu)皮灘水電站通航建筑物工程由3座鋼絲繩卷揚提升式垂直升船機和2級渠道組成，通航水頭199m，通航線路總長2306m。第二級升船機提升高度127m，布置于2級渠道中間，渠道內(nèi)水位恒定不變，為固定水頭，因此，第二級升船機上下游閘首設(shè)計形式為固定式。第二級升船機上下游閘首設(shè)備包括鋼閘首、工作閘門及其固定式卷揚式啟閉機、檢修閘門及其固定式卷揚式啟閉機、工作門導(dǎo)向架及鎖定裝置、檢修門導(dǎo)向架及鎖定裝置。工作閘門、檢修閘門在設(shè)計時采用了構(gòu)造簡單的重力式閘門，即摒棄了傳統(tǒng)的液壓推桿形式的閘門，重力式閘門受力明確，結(jié)構(gòu)形式即工作原理簡單、易操作，便于檢修維護(hù)的特點。

但是，在閘門的制造和安裝過程中，由于設(shè)計時未能考慮形心和重心重合問題，加上結(jié)構(gòu)件制造時的鋼板焊接尺寸誤差、導(dǎo)向輪的安裝誤差，再加上安裝過程中工作門導(dǎo)向槽的安裝位置偏差等一系列的問題，構(gòu)皮灘第二級工作閘門、檢修閘門在現(xiàn)場安裝驗收時，發(fā)現(xiàn)其形心和重心不重合，將導(dǎo)致止水效果差，影響閘首的整體性安全的問題。因此，對工作閘門、檢修閘門的受力做進(jìn)一步分析，并根據(jù)現(xiàn)場實際形心和重心的偏差情況重新進(jìn)行調(diào)平處理是非常有必要的。本文即從閘門形心與重心理論分析，現(xiàn)場調(diào)平方案等方面，在經(jīng)濟(jì)性、安全性、可操作性上進(jìn)行討論分析，并對設(shè)計、安裝過程給出指導(dǎo)性意見。

2 工作原理

本文以第二級升船機下閘首工作閘門為例進(jìn)行分析，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。工作閘門的工作原理為，在工作時閘門靠自重壓縮底止水水封橡皮，側(cè)面靠工作門槽擠壓側(cè)之水水封橡皮達(dá)到止水的目的。工作門在提升時靠電動卷揚機沿工作門槽、導(dǎo)向架垂直提升至鎖定位，采用機械鎖定裝置固定。

通過工作原理可知，在底部時，閘首工作門的形心和重心是否重合將會影響水封的密封性，從而影響止水效果；在升降過程中，是否垂直升降將會影響導(dǎo)向架的受力，影響是否能夠最終安全穩(wěn)定地進(jìn)入鎖定位置。

圖1 第二級升船機下閘首構(gòu)造圖

3 閘門調(diào)平方案設(shè)計

3.1 閘門實際偏差

通過圖2可知，工作閘門在設(shè)計時，由于頂部、底部結(jié)構(gòu)板材分部不均勻，以及側(cè)面導(dǎo)向輪未對稱布置，導(dǎo)致了閘門初始重心與形心不重合的問題。

圖2 工作閘門側(cè)視圖

現(xiàn)場安裝前，由于未對閘門的形心及重心位置進(jìn)行復(fù)核，未能及時發(fā)現(xiàn)不重合的問題。在安裝過程中，將閘門門體根據(jù)裝配關(guān)系放入門槽中時，閘門出現(xiàn)頂部向外偏差的現(xiàn)象，偏差值（x方向）如下表（以門槽幾何中心為基準(zhǔn)，相對偏出為頂部與底部偏差值之和，絕對偏差為基準(zhǔn)線到頂部、底部的實際距離減去理論距離）。

表1 閘門頂部與底部偏差值

設(shè)計時，水封的壓縮量為5mm，按照表1中的偏差值，閘門頂部水封會被過度壓縮而導(dǎo)致水封被壓壞，底部水封則未被壓縮而導(dǎo)致不能止水。

3.2 閘門調(diào)平方案

根據(jù)閘門實際的偏差情況及設(shè)計特點，結(jié)合施工現(xiàn)場管理經(jīng)驗，對本工程項目閘門的調(diào)平方案設(shè)計如下：

（1）調(diào)整固定式卷揚機吊點位置，使其與鎖定裝置吊點位于同一鉛垂線上，由此確定出y軸基準(zhǔn)線，即x軸零點位置。

（2）運用理論力學(xué)、材料力學(xué)的計算閘門設(shè)計重心位置，從而計算得出設(shè)計時的重心偏差值（x/y方向）。

（3）以步驟2計算出的重心偏差y方向數(shù)值為基準(zhǔn)，由此確定出x軸基準(zhǔn)線。

（4）根據(jù)力的平衡原理，并根據(jù)步驟1、步驟3的假定，此時，僅需要調(diào)整x方向的偏差值。將步驟2的理論計算值與表1中實際偏差值，對調(diào)平配重塊所需的重量和位置進(jìn)行迭代，直至滿足要求。

（5）根據(jù)步驟4的計算結(jié)果，安放調(diào)平配重塊，啟動卷揚機后觀察調(diào)平效果。

（6）通過水準(zhǔn)尺確定最終的調(diào)平效果，可反復(fù)調(diào)整調(diào)平配重塊位置及數(shù)量，確保閘門達(dá)到最終的調(diào)平效果。

上述步驟流程圖如圖3所示。

圖3 步驟流程圖

4 閘門調(diào)平方案施工管理

本文提出的閘門調(diào)平方案在實施過程中的管理工作主要分為施工準(zhǔn)備、方案實施、檢查驗收三個階段。

4.1 施工準(zhǔn)備

該項工作主要分為施工機械準(zhǔn)備工作、人員準(zhǔn)備工作。施工機械準(zhǔn)備時，首先，將固定式卷揚機安裝在正確位置處，確保卷揚機調(diào)試工作正常，吊鉤能夠正確地運行。還應(yīng)該將備用的調(diào)平墊塊提前運至閘門附近，并按重量分類整理放置。人員的準(zhǔn)備工作主要分為安全保障組、運行組、監(jiān)控組等，確保整個操作流程的安全、暢通。

4.2 閘門調(diào)平方案實施管控工作

按照第3節(jié)中的調(diào)平方案步驟，首先，將卷揚機吊鉤下放至閘門吊點處，并確保兩者在豎直方向一致，然后用人工穿插銷軸將吊鉤與閘門連接可靠。

檢查閘門附近散落的工器具及人員情況，確保不會因起吊而引起墜物或者人員摔傷的事故發(fā)生。檢查完畢后，啟動卷揚機將閘門緩慢吊起離基準(zhǔn)約為0.2m處，根據(jù)第3.2節(jié)中的步驟依次確定閘門X/Y偏移量，并計算處所需要的調(diào)平墊塊的位置及數(shù)量。

將調(diào)平墊塊放置于所設(shè)計的位置上，落下閘門判斷水封是否僅靠在止水板上，若有偏差，則需繼續(xù)調(diào)整。

4.3 檢查驗收

閘門調(diào)平的最終效果檢查驗收方法是通過手電照射法，或者水槍壓迫法判定水封的密封情況，通過在閘門側(cè)面安裝水準(zhǔn)尺判定水平及垂直情況，本工程項目采用上述兩種檢查方法后，水封密封性均滿足要求。

5 結(jié)語

綜上所述，閘門作為升船機的重要組成部件，其在水壓作用下的密封性顯得尤為重要，目前，所遇到的密封性不足主要是由于閘門自身重心不重合所致。本文所提出的調(diào)整方案，能夠快速有效地解決閘門因廠內(nèi)制作誤差或設(shè)計時未考慮重心偏差所引起的閘門水封密封性不良的問題，能夠為今后類似工程提供借鑒經(jīng)驗。