水利工程鑄鐵閘門應(yīng)用研究

江 寧 王 煦

（1.水利部綜合事業(yè)局水利機(jī)械管理處,北京 100053;

2.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇揚(yáng)州 225009）

水利工程鑄鐵閘門應(yīng)用研究

江 寧1王 煦2

（1.水利部綜合事業(yè)局水利機(jī)械管理處,北京 100053;

2.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇揚(yáng)州 225009）

本文通過對(duì)水利工程中鑄鐵閘門使用情況的介紹,分析鑄鐵閘門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),總結(jié)設(shè)計(jì)與制造鑄鐵閘門的控制要點(diǎn),為設(shè)計(jì)、制造及監(jiān)造過程提供一定的經(jīng)驗(yàn),以使其能水利工程廣泛使用鑄鐵閘門。

鑄鐵閘門;設(shè)計(jì);制造;標(biāo)準(zhǔn)

鑄鐵閘門最初使用于給排水工程,逐步推廣至市政工程、農(nóng)田水利工程。因其具有良好的耐腐蝕,止水密封好,安裝簡單,使用壽命長,日常維護(hù)簡單等特點(diǎn)也漸漸使用于中小型水利工程。特別是在底水頭涵閘工程中使用鑄鐵閘門較為方便,已經(jīng)得到廣泛的使用。

多年來僅城鄉(xiāng)建設(shè)部門制定了 《供水排水用鑄鐵閘門》（CJ/T3006-1992）規(guī)范,該規(guī)范主要針對(duì)給排水工程而制定,適用的范圍比較窄,特別是對(duì)中小型水利工程,該規(guī)范還存在較多的問題需要解決。由于多方面的原因,鑄鐵閘門和啟閉機(jī)的質(zhì)量問題在水利工程使用工程已發(fā)生一些問題,鑄鐵閘門和啟閉機(jī)的質(zhì)量管理亟待加強(qiáng)。項(xiàng)目法人及設(shè)計(jì)、咨詢、監(jiān)理、設(shè)備制造、施工安裝等單位,要提高對(duì)鑄鐵閘門和啟閉機(jī)質(zhì)量管理重要性的認(rèn)識(shí),采取有效措施加強(qiáng)對(duì)鑄鐵閘門和啟閉機(jī)的質(zhì)量管理。本文主要介紹閘門結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)制造過程,總結(jié)制定鑄鐵設(shè)計(jì)與制造驗(yàn)收規(guī)范的必要性。

1 鑄鐵閘門結(jié)構(gòu)布置與特點(diǎn)

1.1 鑄鐵閘門結(jié)構(gòu)型式

鑄鐵閘門主要由門框、門板、密封圈及可調(diào)式鍥型壓塊等部件組成。門框采用經(jīng)澆鑄加工,門框兩側(cè)自帶導(dǎo)槽,加工之后作門體升降的軌道。在門框密封平面加工一道槽,鑲?cè)虢饘倜芊庾?作為止水密封兼支承面,密封座材料采用ZCuSn5Pb5Zn5（青銅）。同樣在門體平面加工成槽并安裝金屬密封座,作為門板的止水密封面。門板兩側(cè)經(jīng)加工后與門框側(cè)槽配合,形成上下滑軌。為達(dá)到閘門的止水效果,閘門兩側(cè)設(shè)置楔塊,楔緊副采用螺栓分別與門體和門框上的楔座固定。門體上端自帶有吊耳,與螺桿啟閉機(jī)相連。

鑄鐵閘門面板型式根據(jù)設(shè)計(jì)水頭和孔口尺寸,大致分為兩種型式,一種為是平板高筋型,即門板為前面板加筋,門板整體鑄造成方形平板,面板布置在整個(gè)門板的前面,在面板的后面布置 “#”字形的加強(qiáng)筋,面板的厚度以及加強(qiáng)筋的數(shù)量與結(jié)構(gòu)尺寸視閘門規(guī)格大小而定;另一種是后拱內(nèi)筋型,即面板布置在門板的后面,面板澆鑄成拱形,在拱形面板內(nèi)布置 “#”字形的加強(qiáng)筋;兩種型式面板的厚度以及加強(qiáng)筋的數(shù)量與結(jié)構(gòu)尺寸視閘門規(guī)格大小根據(jù)所承受的水壓力進(jìn)行計(jì)算確定。

1.2 鑄鐵閘門材料

根據(jù) 《供水排水用鑄鐵閘門》 （CJ/T3006-1992）規(guī)范要求,鑄鐵閘門主要零部件的材料不得低于:門板:HT200（灰鑄鐵）,門框:HT200（灰鑄鐵）,導(dǎo)軌:HT200（灰鑄鐵）,密封座:銅合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）（厚度不小于10mm）,楔塊:銅合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）,導(dǎo)軌、吊耳:HT200（灰鑄鐵）。本工程閘門大都為承受雙向水頭,結(jié)合工程的主要特點(diǎn)和使用要求,盡量減少閘門斷面尺寸,節(jié)省工程投資,保證閘門的使用壽命,對(duì)鑄鐵閘門的材料作了詳細(xì)的要求和規(guī)定,具體為門體:QT450球墨鑄鐵,門框:QT450球墨鑄鐵,導(dǎo)軌:QT450球墨鑄鐵,密封座:銅合金 （厚度不小于10mm）,楔塊:銅合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）,導(dǎo)軌、吊耳:QT450球墨鑄鐵。

1.3 鑄鐵閘門使用特點(diǎn)

相對(duì)于鋼閘門來說,鑄鐵閘門的門框相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)閘門的埋件,門板相當(dāng)于鋼閘門的門葉;鑄鐵閘門大都采用剛性止水,一般采用鑲銅 （或不銹鋼等方式）止水兼支承面,而鋼結(jié)構(gòu)閘門一般采用橡皮止水,采用滑塊或滾輪支承;與鋼結(jié)構(gòu)閘門相比具有結(jié)構(gòu)合理堅(jiān)固、具有耐腐蝕,止水密封好、安裝簡單、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),有單、雙向止水,止水采用精加工后自身或鑲銅、止水。鑄鐵閘門用久磨損后,其密封面可通過鍥型壓塊的調(diào)整來保證正常工作。鑄鐵閘門與焊接鋼閘門相比,因其為整體鑄造而成,受鑄造等條件的限制,其結(jié)構(gòu)相對(duì)型式比較簡單,所能承受的水壓力相對(duì)較小,相對(duì)比較笨重。因其造價(jià)較低,對(duì)于孔口尺寸相對(duì)較小的、閉門力不足以及防腐要求較高的閘門采用鑄鐵閘門也是比較可行的。鑄鐵閘門原大都用于市政給排水工程,現(xiàn)在也廣泛地運(yùn)用于水利工程。

《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（DL/T5018-94）規(guī)定,閘門在承受設(shè)計(jì)水頭的壓力時(shí),通過任意1m長止水橡皮范圍內(nèi)漏水量不應(yīng)超過0.1L/s。 《供水排水用鑄鐵閘門》 （CJ/T3006-1992）第5.3條對(duì)滲漏試驗(yàn)的要求:密封面應(yīng)清除任何污物,不得在兩密封面間涂抹油脂。將閘門全閉,使門框孔口向上,然后在門框孔內(nèi)逐漸注入清水,以水不溢出為限,其密封面的漏水量應(yīng)不大于1.25L/min·m（密封長度）,即任意1m長密封面范圍內(nèi)漏水量不應(yīng)超過0.02L/s。可見,鑄鐵閘門的止水效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋼閘門,更符合本工程的使用與運(yùn)行要求。

2 鑄鐵閘門設(shè)計(jì)要點(diǎn)

水利工程中使用鑄鐵閘門還沒有頒布設(shè)計(jì)和制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),鑄鐵閘門的設(shè)計(jì)參照建設(shè)部頒布 《供水排水用鑄鐵閘門》 （CJ/T 3006-92）中的有關(guān)條文執(zhí)行。但該標(biāo)準(zhǔn)較為簡單,要想在水利工程中使用還有幾個(gè)問題需要明確。

鑄鐵閘門安裝的高程和孔口應(yīng)與土建結(jié)構(gòu)相吻合,閘門的門槽尺寸應(yīng)足夠大,應(yīng)留有檢修空間。鑄鐵閘門門板、門框、導(dǎo)軌等部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,其拉伸、壓縮和剪切強(qiáng)度的安全系數(shù)應(yīng)大于5,以保證設(shè)備正常工作。門板饒度應(yīng)不大于構(gòu)件的1/1500,導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的長度,以保證門板全開時(shí),導(dǎo)軌的頂端仍高于門板的水平中心線。

鑄鐵閘門應(yīng)在門板和門框上分別安裝金屬密封座,密封座工作表面不得有劃痕、裂縫和氣孔等缺陷,在啟閉過程中,不得變形和松動(dòng)。應(yīng)設(shè)楔緊裝置或強(qiáng)制密封裝置,保證門板關(guān)閉時(shí)與門框密封面緊密接觸,其間隙不得大于0.08mm,楔緊裝置或強(qiáng)制密封裝置應(yīng)可調(diào)。門板局部開啟時(shí)應(yīng)采取保護(hù)裝置防止閘門產(chǎn)生振動(dòng)。

3 鑄鐵閘門制造質(zhì)量控制

根據(jù)鑄鐵閘門主要是整體鑄造,整體加工的特點(diǎn),參照鋼閘門制造、驗(yàn)收規(guī)范,鑄鐵閘門在制造過程中應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制,分步進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

（1）在鑄鐵閘門澆鑄前,嚴(yán)格控制原材料,對(duì)原材料進(jìn)行抽檢,根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定不同材質(zhì)的要求確定配比方案,澆鑄時(shí)跟班旁站,和澆筑混凝土一樣進(jìn)行檢查控制。

（2）鑄鐵閘門的門板和門框澆鑄時(shí)要求澆鑄連體試棒,并對(duì)試棒進(jìn)行檢測。主要包括理化試驗(yàn)、力學(xué)性能試驗(yàn),按規(guī)范進(jìn)行檢測,以此為依據(jù)判斷材質(zhì)是否滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

（3）主要結(jié)構(gòu)尺寸的檢查,在澆鑄拆模后,應(yīng)進(jìn)行清砂打磨,對(duì)鑄件進(jìn)行測量,測量的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比,對(duì)小于設(shè)計(jì)圖紙的鑄件進(jìn)行報(bào)廢處理。

（4）在鑄件金加工前應(yīng)對(duì)鑄件進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力處理,有條件的進(jìn)行回火處理,也可進(jìn)行時(shí)效處理,但大多鑄鐵閘門都不可能存放很長時(shí)間,可采取高頻激振的方法進(jìn)行處理,雖然不能改變鑄件的晶相組織,但對(duì)鑄件內(nèi)應(yīng)力的消除、防止鑄件加工后的變形有很大的好處。

（5）金加工時(shí),注意檢查鑄件的鑄造缺陷。制定鑄造缺陷的修補(bǔ)原則和報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)非加工受力構(gòu)件表面進(jìn)行探傷檢查,檢查其內(nèi)部缺陷。

（6）在鑄鐵閘門的門板與門框形成的空間內(nèi)注滿水,檢查閘門的止水效果,按規(guī)范的要求檢查漏水量。

（7）鑄鐵閘門裝配后,按規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)方案與檢測要求進(jìn)行檢查和驗(yàn)收,對(duì)門板與門框密封座的結(jié)合面得間隙檢修檢測。

（8）裝配完成后,連接安裝上導(dǎo)軌,進(jìn)行全行程啟閉試驗(yàn),檢查、是否存在卡阻現(xiàn)象。檢查門板在全啟全閉位置的楔緊狀況和門板在導(dǎo)向槽內(nèi)間隙。

4 結(jié) 語

鑄鐵閘門具有結(jié)構(gòu)合理堅(jiān)固、具有耐腐蝕,止水密封好、安裝簡單、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),作為閘門的一種特別型式,作為鋼閘門使用的有效的補(bǔ)充,已廣泛得到使用,但目前水利行業(yè)還未頒布設(shè)計(jì)與制造驗(yàn)收規(guī)范,只能參照相近的規(guī)范執(zhí)行,但對(duì)鑄鐵閘門的設(shè)計(jì)必須引起足夠的重視,防止事故的發(fā)生。盡快研究制定制造驗(yàn)收規(guī)范,更好的方便于制造單位的檢查,更好地發(fā)揮作用。

目前,在水利部門還沒有制定相關(guān)設(shè)計(jì)與制造驗(yàn)收規(guī)范的情況下,制造單位應(yīng)加強(qiáng)管理、嚴(yán)格按先有規(guī)范和設(shè)計(jì)單位的要求組織生產(chǎn),工程工程設(shè)計(jì)單位要進(jìn)一步深化鑄鐵閘門和啟閉機(jī)設(shè)計(jì)與選型,細(xì)化設(shè)計(jì)內(nèi)容,保證設(shè)計(jì)深度。設(shè)計(jì)文件中要有設(shè)計(jì)與選型的主要計(jì)算過程,明確主要結(jié)構(gòu)尺寸或型號(hào)、主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)。對(duì)于由制造企業(yè)自行負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的內(nèi)容,工程設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)其提供的設(shè)計(jì)計(jì)算書、技術(shù)文件和圖紙進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)。對(duì)于制造所使用的原材料,應(yīng)提出具體的適用標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于設(shè)計(jì)選用的新技術(shù)、新材料、新工藝,設(shè)計(jì)單位要進(jìn)行充分的論證,并提出相應(yīng)的技術(shù)要求和質(zhì)量保障措施。

[1]水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范.中國水利水電出版社,1995

[2]水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范.中國水利水電出版社,1995

[3]水工鋼閘門防腐蝕.水利電力出版社,1979

[4]小型水閘工程設(shè)計(jì)[M].江蘇省水利廳.北京:水利電力出版社,1998

[5]楊文淵.土木工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,1985

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1008-1305（2011）01-00552-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2011.01.017

江寧 （1954年-）,男,高級(jí)工程師。

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