暗桿式雙向止水閘門設(shè)計(jì)

孫月娟

（黃驊市五一機(jī)械有限公司，河北 黃驊 061100）

1 暗桿式啟閉功能

1.1 明桿式啟閉裝置

普通的明桿式啟閉裝置由螺桿式啟閉機(jī)與閘門組成，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿與蝸輪嚙合，蝸輪通過平鍵與承重螺母聯(lián)接，承重螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使與之配套的螺桿作直線運(yùn)動，螺桿與閘門的閘板通過吊頭相連，閘板隨之上升或下降，如圖1。

圖1 明桿式啟閉裝置

從圖1中可見，閘門提升后螺桿高出機(jī)體豎立在外，高聳的螺桿影響了建筑物外觀和工程的景觀，在風(fēng)沙較大和雷暴較強(qiáng)的環(huán)境還要采取相應(yīng)的安全措施。

1.2 暗桿式啟閉裝置

為了克服高聳螺桿帶來的景觀和安全方面的弊端，設(shè)計(jì)了暗桿式啟閉裝置，如圖2。

圖2 暗桿式啟閉裝置

暗桿式啟閉裝置將承重螺母安裝在閘門閘板頂部吊頭位置，螺桿通過聯(lián)接套與蝸輪整合為一體，電機(jī)旋轉(zhuǎn)螺桿隨之轉(zhuǎn)動，承重螺母與螺桿配合作直線運(yùn)動，帶動閘板上升或下降。承重螺母的材質(zhì)一般為銅合金。從圖2中可見，承重螺母因安裝在閘門閘板頂部，要求工程水位不能高于閘頂，否則承重螺母會因長期浸水產(chǎn)生銹蝕，導(dǎo)致傳動失效，造成閘門無法正常啟閉。

經(jīng)過真機(jī)原型試驗(yàn)，設(shè)計(jì)采用了新型高強(qiáng)度塑料合金作承重螺母，徹底解決了其銹蝕問題。尤其是污水處理工程中，其防銹蝕性能得到了充分的體現(xiàn)。該設(shè)計(jì)取得了國家專利，專利號：ZL201220296383。新型高強(qiáng)度塑料合金作承重螺母的采用，擴(kuò)大了暗桿式啟閉裝置對水環(huán)境的應(yīng)用范圍。

目前，采用新型塑料合金作承重螺母的暗桿式啟閉裝置的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，已經(jīng)成功地應(yīng)用在長春凈月經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)柳樹水庫、江蘇楊碼泵站、天津津南區(qū)石柱子閘涵等工程中。

2 閘門雙向止水功能

實(shí)現(xiàn)閘門雙向止水功能的型式主要有以下幾種：

2.1 兩套單面止水鑄鐵閘門

采用兩套常規(guī)的單面止水鑄鐵閘門，達(dá)到雙向擋水的目的。缺點(diǎn)是增大工程規(guī)模，使工程投資加大。

2.2 一套雙面止水鋼閘門

采用一套鋼閘門雙面止水，即采用雙“P”型水封或“O”型水封，依靠上下游的水壓達(dá)到雙向止水的目的。其缺點(diǎn)是止水裝置復(fù)雜，橡膠止水易老化損壞，止水容易失效。

2.3 雙面止水閘門

采用雙面止水閘門，即設(shè)置上下游兩套閘框，閘板與兩閘框采用楔形壓緊，其缺點(diǎn)是閘板與兩閘框容易銹蝕卡死。受其制造工藝限制，采用雙面止水閘門僅適用于小型閘門。

2.4 變形或充壓型止水閘門

采用變形或充壓型止水，即利用鋼閘門位移壓緊水封或利用充壓使水封產(chǎn)生位移壓緊閘門，達(dá)到雙向擋水的目的。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝困難，需要輔助設(shè)備，工程投資較大。

本文對閘框的設(shè)計(jì)采用圖3型式，實(shí)現(xiàn)了閘門雙向止水的功能。

圖3 雙向止水閘框

在鑄鐵主閘框的封水面開一道凹形槽，槽內(nèi)設(shè)置彈性體及硬止水條，彈性體具有設(shè)計(jì)規(guī)定的彈性余量，硬止水條高于主閘框封水面2mm。閘板受正向水頭壓力時，壓縮彈性體與硬止水條，主閘框封水面與硬止水條均與閘板封水面頂緊；閘板受反向水頭壓力時，閘板貼緊反向閘框，利用彈性體的彈性使硬止水條與閘板封水面頂緊達(dá)到封水的目的。

該設(shè)計(jì)取得了國家專利，專利號：ZL02235965.6。

目前，采用圖3形式的雙向止水閘門，已經(jīng)成功的應(yīng)用在：

遼寧盤錦太平閘工程，該工程12孔，孔口尺寸：3.6m×5m~6m（寬×高―正反向水頭）；

湖南株洲市天元區(qū)排漬站工程，該工程5孔，孔口尺寸：4.5m×4.5m~6m（寬×高―正反向水頭）；

天津東麗區(qū)袁家河改線工程，該工程10孔，其中4孔的孔口尺寸：4m×4.5m~6m（寬×高―正反向水頭），6孔的孔口尺寸：4m×3.5m~6m（寬×高―正反向水頭）。

上述工程運(yùn)行至今，啟閉可靠，止水嚴(yán)密，操作簡便，受到用戶好評。

3 閘門閘板材料的選用

3.1 鑄鐵

閘門的閘板可采用鑄鐵、碳鋼或不銹鋼等材料。鑄鐵閘板結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但其強(qiáng)度較低，適用于小孔口、較低水頭的水利工程。

3.2 碳鋼

碳鋼閘板強(qiáng)度較高，適用于大孔口，較高水頭的水利工程。

3.3 不銹鋼

不銹鋼閘板抗腐蝕性強(qiáng)，適用于腐蝕性較高的污水環(huán)境。

綜合上述3種閘門的特點(diǎn)，本工程設(shè)計(jì)了鋼鐵復(fù)合閘門，即：閘框材料為灰鑄鐵，閘板材料為Q235或Q345。

該設(shè)計(jì)取得了國家專利，專利號：ZL200520135423.0。

目前，采用鋼鐵復(fù)合閘門的設(shè)計(jì)產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)水利行業(yè)和市政部門得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語

暗桿式雙向止水閘門是在上述3項(xiàng)成熟專利（高強(qiáng)度塑料合金作承重螺母專利，專利號：ZL201220296383、閘框體嵌入壓縮彈性體與硬止水條專利，專利號：ZL02235965.6、鋼鐵復(fù)合閘門專利，專利號：ZL200520135423.0）的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的新產(chǎn)品，該產(chǎn)品已獲國家專利，專利號：ZL2014 2 0670363.1。其閘板采用碳鋼或不銹鋼，閘板頂端安裝高強(qiáng)度塑料合金承重螺母，閘框?yàn)殡p向止水鑄鐵閘框結(jié)構(gòu)形式，如圖4。

圖4 暗桿式雙向止水裝置

實(shí)踐證明，該新型閘門較好的實(shí)現(xiàn)暗桿啟閉功能，雙向止水效果良好，其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的要求，安裝方便，使用維護(hù)成本低。為水利、市政工程提供了新的選型設(shè)備。

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