超大型斜三支臂弧形閘門制造關鍵技術
——以旬陽水電站沖砂泄洪閘閘門為例

陳啟春，李邦宏，俞茂平，劉愛軍，張興亮，徐國泉

（東方水利智能科技股份有限公司，四川 德陽 618000）

1 概述

旬陽水電站裝機容量320 MW，沖砂泄洪閘設有12孔閘門，共布置有2扇14×25-25 m上游側平面檢修閘門、2扇14×11-11 m下游側平面檢修閘門和12扇14×25-25 m弧形工作閘門?；⌒伍l門采用主橫梁斜三支臂結構，主橫梁、支臂為箱形結構，面板內弧曲率半徑30 m，側止水采用L型橡膠水封，底止水采用刀型橡膠水封，門葉結構分11節制作，單扇閘門重約475 t，閘門主要特性及參數如表1所示。

表1 閘門主要特性及參數

2 結構特點

編制制作工藝前，對門葉扭角、偏角等尺寸的復核是必不可少的，常見的V型斜支臂（兩支臂）在NB/T 35055-2015《水電工程鋼閘門設計規范》 和SL 74-2019《水利水電工程鋼閘門設計規范》中都有詳細的計算公式，而對于斜三支臂弧門支臂的扭角，規范對這一描述卻不清楚，制作中經常會出現錯誤的理解，造成制造上的較大損失。通過幾何計算和三維建模設計旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門，有效地避免了上述問題，為正確生產制造奠定了基礎[1]。

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門示意圖如圖1所示，上段3節門葉結構面板厚度為12 mm，中間7節門葉結構面板厚度為14 mm，底節門葉結構面板厚度為16 mm，控制半徑為面板內弧，曲率半徑為R30 000 mm，門葉面板結構形式與常規的設計略有不同，因此搭設門葉組裝弧胎時，控制弧胎半徑除考慮門葉焊接收縮，還要考慮門葉面板厚度變化。此外，門葉結構底節邊梁腹板厚度30 mm，其余門葉結構邊梁腹板厚度14 mm，門葉整體裝配后要求側輪踏面超出面板邊緣3 mm，這對門葉制作及質量控制都提出了較高的要求。

圖1 旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門示意圖

根據門體結構和相關設計要求，門葉結構及支臂工藝設計余量為：①門葉面板工藝曲率半徑等于設計曲率半徑加工藝收縮量，門葉組裝弧胎、縱梁及邊梁腹板下料尺寸根據工藝曲率半徑進行制作；②門葉結構主橫梁后翼緣板預留5 mm加工量；③支臂前后端板及節間連接板預留5 mm加工量；④支臂長度方向預留20 mm二次修割量；⑤面板四周邊預留30 mm二次修割量。

3 主要零部件關鍵技術

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門制作主要工藝流程如圖2所示。

圖2 弧形工作閘門制作工藝流程圖

3.1 零部件制作

3.1.1 主橫梁、支臂制作

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門主橫梁、支臂均為箱型梁結構，箱型梁的制造按NB/T35045-2014《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》7.1.7條要求進行[2]。箱型梁部件組拼焊接，采用H型鋼翼緣矯直機校正，UT探傷合格后進行機械加工。支臂褲衩放樣及制作是弧形閘門斜支臂制作的關鍵，通過計算和三維建模（見圖3），精確得出支臂扭角及裙板成型尺寸，確保支臂褲衩制作的準確性，為后續支臂整體組拼提供了保障[3，4]。

圖3 褲衩三維模型示意圖

3.1.2 縱梁、邊梁制作

縱梁、邊梁腹板按放大后的工藝曲率半徑繪圖，數控編程下料，采用1.5長外弧樣板檢測?？v梁腹板與翼板、邊梁腹板與翼板部件組拼焊接校正，控制腹板焊后曲率半徑，樣板檢測。

3.1.3 面板制作

繪制面板下料拼接圖，面板拼接位置相鄰焊縫錯開200 mm以上，工廠內焊縫坡口在面板內側，工地現場焊縫坡口在面板外側，門葉結構整體焊接后，背面清根焊透。各面板拼接料零件卷制弧度，制作2 000 mm長度內弧樣板檢查面板弧度。

3.2 門葉整體組焊

面板弧胎上整體鋪設并調整弧度，根據工藝放樣圖整體劃線組拼，從主橫梁開始依次組裝各梁系，檢查合格后按焊接工藝要求在門葉定位焊后進行整體焊接。在門葉弧形胎具上進行整體焊接，在完成焊接并進行解體后對面板迎水面氣刨清根焊接，修校合格后以門葉各中心標記為基準復驗焊接收縮尺寸，并以中心線為基準劃線修割面板周邊余量，鉆水封螺孔。

3.3 支臂整體組焊

支臂各箱型梁及褲衩部件組焊修校檢查合格后，在鋼平臺上劃支臂組裝線，依次組裝鉸鏈、褲衩、支臂，配焊支臂與褲衩的連接端板，劃線加工端板，支臂二次復拼，配裝支臂豎桿、斜桿，做出工地組焊定位標識，支臂連接加固。

3.4 門葉整體大組

支臂臥拼及各節門葉檢查合格后，在組裝平臺上放門葉整體大組地樣，支臂整體吊裝就位及調整，鉸鏈吊裝就位及支臂鉸鏈精調、加固。從底節開始依次吊裝門葉結構并調整就位，門葉結構整體微調及加固。

4 質量控制

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作門為斜三支臂超大型弧形閘門，依據規范和施工圖紙，對門葉幾何尺寸和焊接質量控制都有較高要求，按照公司質量體系運行要求，從工藝文件制定、材料采購到產品交付使用等各環節都進行了嚴格控制，確保了產品質量。

4.1 產品檢驗策劃

根據規范、圖紙及工藝文件要求，編制產品《質量檢驗策劃》文件，明確質量控制[5，6]點及相關要求，產品正式生產前，組織各部門人員進行技術、質量、安全交底。

4.2 工序質量控制

根據產品制造工藝流程和質量檢驗工序流程，對產品制造過程的每一道工序實行全過程的質量監控，嚴格工藝紀律，將產品制造過程中的各道工序完成節點做為關鍵控制點并在檢驗過程中做好相應的控制檢驗記錄，嚴格執行三檢制度，嚴控產品過程質量，確保產品的最終質量。

4.3 面板放樣及門葉組拼控制

面板放樣按預放收縮余量的工藝放樣圖執行，整體劃組對線，檢查面板放樣尺寸，采取幾何尺寸和2 000 mm長內弧樣板配合的方式檢查，控制面板內弧曲率半徑與工藝尺寸偏差≤2 mm，做出門葉中心、主橫梁中心、邊梁中心、門葉底緣檢查標記。門葉組拼控制主橫梁跨距、對角線相對差及組拼間隙，各組拼部位須結合緊密，局部間隙≤2 mm，不允許強行組對。

4.4 支臂平拼控制

支臂平拼以三維建模尺寸控制拼裝質量，放平拼整體組裝地樣線，控制組拼時支臂扭角、支臂前端開檔及支臂長度尺寸，節間連接端板四角采用定位銷定位。焊后劃支臂連接端板加工線時，控制端板加工后尺寸不得小于設計厚度，支臂復拼全面檢查拼裝質量，加工后各連接位置局部間隙不得大于0.3 mm，且不得有貫穿間隙。

4.5 焊接質量控制

4.5.1 焊接方法選擇

主梁、支臂腹板及翼板的對接焊縫采用埋弧焊焊接；主梁、支臂箱型梁的組合焊縫采用埋弧焊焊接；面板清根后采用埋弧焊焊接；其余焊縫采用CO2氣體保護焊焊接。埋弧焊對接、角接焊接工藝參數如表2所示。

表2 埋弧焊對接、角接焊接工藝參數

4.5.2 門體整體組拼控制

門體整體組拼時，下支臂與門葉底節主橫梁中心線呈水平狀態（整體組拼狀態見圖4），控制支臂鉸鏈同軸度、鉸鏈中心距、鉸鏈軸孔中心至面板內弧半徑、側輪踏面共面度、門葉節間組對間隙等尺寸。合格后劃支臂前端修割線、吊耳軸孔加工線，裝焊節間定位塊，做出安裝定位檢查線和標識。

圖4 沖砂泄洪閘弧形工作門整體組拼狀態示意圖

5 結論

通過上述主要制作工藝和質量控制，有效控制了旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門門體的制作質量，經廠內大組和現場安裝檢驗，各項質量指標均符合規范和圖紙要求。