深孔弧形閘門設(shè)計與制造淺析

趙瑞花

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 概述

閘門是水利水電工程中的重要設(shè)備之一，是調(diào)節(jié)上下游水位和流量的重要水利設(shè)施。按閘門的構(gòu)造分類，應(yīng)用最多的是平面閘門和弧形閘門，其中弧形閘門按閘門所擋水位的高低，又分為表孔弧形閘門和深孔弧形閘門。

2 弧形閘門優(yōu)點(diǎn)和適用條件

2.1 弧形閘門優(yōu)點(diǎn)

弧形閘門具有如下優(yōu)點(diǎn)：一是閘門擋水面呈圓弧面，泄流時比較符合閘下自由出流的流線；二是閘墩側(cè)面無門槽干擾，高速水流通過閘門邊界時，不易產(chǎn)生分離和漩渦，泄流條件較好；三是閘門啟閉力較同尺寸的平面閘門小。

2.2 適用條件

深式泄水孔通常擔(dān)負(fù)泄洪、引水、放空、排沙等重要任務(wù)，一般在進(jìn)口設(shè)事故檢修閘門，出口設(shè)工作閘門。綜合弧形閘門的各項優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)深式泄水孔工作閘門孔口尺寸較大，且操作水頭大于50m時，應(yīng)盡量選用弧形閘門。

3 深孔弧形閘門設(shè)計

深孔弧形閘門主要包括門體、止水、支臂、支鉸等幾部分。

3.1門體設(shè)計

弧形閘門的面板為圓弧形，面板曲率半徑可取門高的1.2～2.2倍，閘門的轉(zhuǎn)動中心通常與面板圓心相重合?；⌒伍l門門體結(jié)構(gòu)主要有主橫梁式和主縱梁式，梁系的連接可分為同層布置和疊層布置。目前常用的有以下三種結(jié)構(gòu)型式：

主橫梁同層布置：閘門整體剛度大，適用于寬高較大的弧形閘門。

主縱梁疊層布置：優(yōu)點(diǎn)是便于運(yùn)輸分段，安裝拼接簡便；缺點(diǎn)是梁系連接高度高，整體剛度差。適用于寬高較小的弧形閘門。

主縱梁同層布置：優(yōu)點(diǎn)是降低了梁系連接高度，增加了閘門整體剛度；缺點(diǎn)是制造加工要求較高，分縫的拼接比較困難。適用于寬高較小的弧形閘門。

3.2 止水設(shè)計

深孔閘門的止水一般應(yīng)能保證閘門關(guān)閉時止水嚴(yán)密，啟閉過程摩阻力小，以及不造成因門頂射流而引起閘門的不利振動。

深孔弧門的頂止水型式較多，目前應(yīng)用最多的是兩道P型橡皮組成的頂止水結(jié)構(gòu)，即門上和門楣上各一道。這種型式的頂止水橡皮可依靠水壓力和預(yù)留壓縮量壓緊面板，達(dá)到良好的止水效果。

深孔弧門的側(cè)止水一般采用方頭P型橡皮，其側(cè)面為弧面，與固定在門楣上的止水線始終緊密接觸，達(dá)到止水目的。

深孔弧門的底止水采用條形止水橡皮，底止水前面板底部及底止水橡皮底部均加工成斜面，以保證閘門底緣水流平順及底止水均勻壓緊，嚴(yán)密止水。

3.3 支臂設(shè)計

主橫梁式弧門的支臂有直支臂和斜支臂兩種。同尺寸的弧門采用直支臂較斜支臂對閘墻的水平推力小，且主橫梁懸臂部分產(chǎn)生的負(fù)彎矩能抵減跨中的正彎矩，因而深孔弧門較適宜采用直支臂。斜支臂則多用于寬度較大的表孔弧門。

支臂結(jié)構(gòu)形式常見的為箱形結(jié)構(gòu)，箱形支臂內(nèi)為封閉區(qū)，不得漏水。

支臂為偏心受壓柱，除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)驗算其在彎矩作用平面內(nèi)外的穩(wěn)定性，保證在外力作用下，能保持靜力平衡。

3.4 支鉸設(shè)計

深孔弧門的支鉸位置一般布置在門高的1.1倍以上?；⌒伍l門的支鉸承受全部水壓力和啟閉過程中的部分啟閉力和門重，各種荷載通過支臂傳至鉸鏈，再經(jīng)鉸軸傳至鉸座，最后將全部荷載傳至閘墩。

支鉸的結(jié)構(gòu)型式主要有三種：圓柱鉸、圓錐鉸、球鉸。圓柱鉸結(jié)構(gòu)簡單、制造安裝方便、自重較輕、造價低，適用于跨度不大的閘門，目前采用較多。圓錐鉸結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、加工成本高，適用于閘門跨度大或支鉸側(cè)推力較大的斜支臂弧形閘門中。球鉸制造復(fù)雜，使用較少。

斜支臂的支鉸一般支承于鋼筋混凝土牛腿上，不需增設(shè)支承結(jié)構(gòu)。直支臂的支鉸需要特定的土建支承，通過預(yù)埋螺栓固定于支承橫梁上，增加了土建工程量。

4 深孔弧形閘門制造

深孔弧形閘門的制造是對設(shè)計成果的檢驗，其加工質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定閘門的使用壽命。

4.1 門體制造

弧門門體制造一般采用臥式拼裝法，焊接技術(shù)是制造的關(guān)鍵?；￠T面板焊接時必須開坡口，較薄的面板可以開單面“V”型坡口，較厚的面板可以開雙面不對稱“V”型坡口?；￠T焊接過程中，不僅存在縱向和橫向的收縮變形，而且還存在沿徑向的收縮變形，因此放樣下料、搭設(shè)弧形臺時曲率半徑均要放大，以便制造出的弧門曲率半徑符合規(guī)范要求。

焊接變形主要為縱向和橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形等。預(yù)防變形方法主要有反變形法、散熱法、剛性固定法、采用合理的裝配和焊接順序控制變形等。

4.2 止水制造

止水裝置是保證閘門可靠運(yùn)行的重要設(shè)施，制造時要求止水裝置與止水座配合嚴(yán)密，不留縫隙，以免產(chǎn)生漏水或射水而引起閘門振動。因此，止水橡皮下料時要留有一定的因變形而產(chǎn)生的伸縮量。同時，為了消除因門體變形造成止水面存在的不平度誤差，可在止水橡皮帶下加一層橡皮墊片，依靠墊片厚度來調(diào)整誤差，保證止水面的平整度，達(dá)到嚴(yán)密止水目的。

4.3 支臂制造

支臂是弧門的主要受力部件，支臂制造時應(yīng)對支臂的平直度、彎曲度和扭曲度等嚴(yán)格控制。

支臂焊接時先對稱焊接腹板與隔板立焊，然后焊隔板與翼緣板角焊縫，最后分段跳焊腹板與翼緣板角焊縫。

4.4 支鉸制造

支鉸在弧門的制造中至關(guān)重要，弧門門體及支臂結(jié)構(gòu)均繞支鉸水平軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閘門啟閉。同時，弧門所受各力均通過支鉸傳至閘墩，因此，支鉸鉸鏈、鉸軸、鉸座的制造要嚴(yán)格按照《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，支鉸軸與軸承的公差配合也要確保精確。

支鉸安裝采用雙絲法，兩支鉸孔同心度和傾斜度要保持一致，以達(dá)到弧門轉(zhuǎn)動靈活、啟閉省力的目的。

5 結(jié)語

弧形閘門在深式泄洪孔中起著舉足輕重的作用，其運(yùn)行可靠與否直接關(guān)系著下游人們的生命財產(chǎn)安全。因此，深孔弧形閘門要求結(jié)構(gòu)合理、止水嚴(yán)密、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活；制造要求焊縫質(zhì)量穩(wěn)定、焊接變形減少、加工精度準(zhǔn)確。設(shè)計、制造、安裝三者做到高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)、高精度，保證閘門安全高效運(yùn)行。