深井廊道輸水弧門安裝及調(diào)試

梁 健,郭 奎,郭 磊

(1.杭州市港航管理局，杭州 310020；2.武漢武昌船舶重型裝備有限公司，武漢 430061)

深井廊道輸水弧門安裝及調(diào)試

梁 健1,郭 奎2,郭 磊2

(1.杭州市港航管理局，杭州 310020；2.武漢武昌船舶重型裝備有限公司，武漢 430061)

富春江船閘擴建改造工程輸水弧門，系深井廊道工作門，尺寸和重量大，整體運輸有難度，安裝現(xiàn)場地域偏狹??；工作控制水頭高，采用液壓啟閉，啟閉機與門體連接運動件為四連桿機構(gòu)，精度較高。在統(tǒng)籌制造、物流、安裝及調(diào)試、水力學對該門安全控制的要求，有其相當?shù)奶厥庑浴１疚恼宫F(xiàn)了弧門的安裝調(diào)試，協(xié)調(diào)解決節(jié)點問題的過程。

深井廊道;輸水反弧門;制造安裝;調(diào)試和水力學觀測

1 工程簡介

1.1 工程建設(shè)地址和特點

富春江新船閘位于浙江省桐廬縣富春江鎮(zhèn)境內(nèi)的錢塘江中游七里瀧峽谷出口處，距下游的杭州市約110 km，距離上游新安江水庫大壩約68 km。本工程是我國首個在運行水電樞紐下游保留原有小尺度老船閘，緊接其新建一座高等級、大尺度船閘，提高船閘等級和通過能力的工程，對解決我國礙航閘壩問題具有較強的示范作用。

1.2 工程規(guī)模和輸水系統(tǒng)

富春江船閘擴建改造工程新建500t級標準船閘一座，兼顧1000t級船舶的過閘要求，船閘尺度為300m×23m×4.5m(閘室長×寬×門檻水深)，設(shè)計年貨運通過能力滿足2500萬t，投資概算10.6億元。

輸水深井廊道底標高-8.21m(黃海標高以下同)，啟閉機的液壓油缸固定鉸軸標高27.1m，高程相差35.31m(地下十二層樓高度)。水平輸水孔口尺寸4m×4m(廊道頂標高-4.21m)，在垂直深井中，油缸和門體通過二根拉桿連接的同時，梯形搖桿連在二根拉桿的中間，使得門和搖桿(對邊)、井壁和單支拉桿(對邊)，共同組成一個封閉運行的平行四邊形。

門體弧長5.575m，寬4.004m加上油缸、附件、埋件(門楣、底坎、側(cè)軌等)重126t，由二臺55kW電機提供動力的液壓泵站驅(qū)動。該門因?qū)嶋H工況下，高水頭力作用在弧門的靠圓心這邊，故而稱做反弧門。

2 反弧門和門軌制造概述[1]

2.1 預(yù)埋件制造和安裝

反弧門門槽，由底檻、側(cè)軌、門楣、門楣封板、導軌、支鉸座板六個部分組成。支鉸軸中心標高-1.45m，支鉸座板為一期預(yù)埋件，規(guī)格60mm×420mm×1500mm鋼板，安裝時與水平面的角度為124.85°，在土建澆筑到-3.5m標高時必須首先預(yù)埋。拉桿導軌一期埋件在土建澆筑18m到23.6m進行預(yù)埋。在反弧門的門楣有2根直徑60mm鋼質(zhì)垂直方向通氣孔，鋼管在閘墻澆筑過程中一期預(yù)埋。通氣管極易堵塞。

底檻、側(cè)軌均采用復(fù)合鋼板，基材為Q235B，復(fù)板材料12Cr18Ni9,不銹鋼厚度不小于4mm。復(fù)板與基材焊接使用E309L的不銹鋼焊絲，焊接順序：從中間往兩端對稱間斷焊接，先塞焊，再四周圍焊，確保貼合緊密。為保證不銹鋼面平整度，不銹鋼復(fù)板厚度需預(yù)留加工余量，待焊接完并經(jīng)過校正后，上機床加工不銹鋼止水工作面。

圖1 反弧門底檻制造示意圖

圖2 反弧門側(cè)軌制造示意圖

2.2 門體制造

2.2.1 概 況

弧形工作門門體為潛孔式直支臂反向弧形閥門，門葉結(jié)構(gòu)件主材選用Q345B鋼板、型鋼，支臂主材選用Q345B鋼板，頂、側(cè)水封座板采用高強度船用鋼板10CrNi3MoV，側(cè)水封采用橡塑P型止水橡皮，側(cè)底水封橡皮采用異形(下垂上弧)結(jié)構(gòu)，門頂水封采用橡塑圓頭平板水封，底止水為鋼止水。門葉模型如圖2、3所示。

圖3 弧門門體示意圖

2.2.2 門體制造原則和精度

(1)經(jīng)現(xiàn)場實地踏勘和安裝尺寸反復(fù)推演，確定門體整體制造，驗收后整體發(fā)運；

(2)部件制造使用專業(yè)的水平鋼胎模架(簡稱胎架)，門體在弧形胎架上整體制造，以面板為模板支撐面，在專用胎架上組裝焊接；

(3)為減少門葉加工難度，底止水的加工余量留在底封板上，裝配底止水前使用激光測量，并根據(jù)底止水下料尺寸劃線，切割底止水余量，再裝焊底水封。

(4)通過不懈努力，門體在實際總裝狀態(tài)下，達到如下精度要求，為順利安裝打下堅實基礎(chǔ)：

表1 反弧門門葉完工檢測精度數(shù)據(jù)匯總表

2.2.3 門體制作中遇到的問題[1]

在滿足各個尺寸要求的前提之下，門體內(nèi)部焊接質(zhì)量問題必須過硬，要編制嚴密的焊接工藝，并嚴格執(zhí)行。否則有可能通焊不透，過不了超聲波質(zhì)檢，要重新編制返工工藝，還需經(jīng)過專家反復(fù)論證再實施，費時費力。

3 反弧門安裝

3.1 預(yù)埋件安裝

與上述制造同樣，反弧門支鉸座的定位是預(yù)埋件安裝的關(guān)鍵，兩支鉸座的同軸度要求1mm以內(nèi)，且直接關(guān)乎到底檻、門楣、側(cè)軌的定位。支鉸座軸線的定位調(diào)整不方便，需設(shè)計一種簡易調(diào)心裝置，兩端用膨脹螺絲固定在墻面上，中間拉鋼絲作為支鉸座軸線，調(diào)心裝置可上下、左右微調(diào)。通過該調(diào)心裝置，實現(xiàn)支鉸座的軸線精確定位，保障反弧門預(yù)埋件的安裝精度。

3.2 反弧門物流和吊裝

富春江船閘上閘首江側(cè)，屬于孤島地形，吊裝弧門的120噸履帶吊從岸側(cè)無法過去，需要在二個閘墻之間臨時安裝四片鋼箱梁，鋼箱梁運到后先做實載試驗，履帶吊需要開上凌空的鋼箱梁壓載，成功后架設(shè)箱梁，先把門從岸側(cè)吊入閘底，履帶吊過橋后在江側(cè)再把門吊到安裝平臺上來。

反弧門采用重型超低底盤專用運輸車發(fā)運到工地后，首先安裝頂止水橡皮和側(cè)止水橡皮。同時安裝重達一噸多的已裝上自潤滑軸承的支鉸軸，采用先對中然后撞鐘法將支鉸軸裝入反弧門。準備就緒后，進行反弧門吊裝。

在井口，油缸的砼牛腿座已預(yù)制完畢，受牛腿限制實際洞口尺度6×5m，反弧門垂直入洞最小尺寸4.8m×5.76m。由于反弧門垂直入洞尺度不夠和場地條件限制，只能單吊車吊裝，安裝過程采用手拉葫蘆與履帶吊配合作業(yè)，讓反弧門下落時軌跡為小弧線劃繞過牛腿，余量非常的小，然后不斷調(diào)整角度不斷下落，使門非常輕微的擦著垂壁，慢慢落下到指定位置。

圖4 反弧門布置圖

3.3 反弧門附件安裝[2]

反弧門吊落井底后，需安裝拉桿和導向架，油缸的活塞耳軸和門的吊耳中心還差25.3m落差。首先要安裝拉桿連桿軸的滑動座，調(diào)整清理預(yù)埋螺桿，將鑄鋼件滑動座沿井壁垂直固裝好，再將二根拉桿穿軸銷連接好。在穿的時候也要同時把導向架桿同軸穿進，而導向架的另一端有二個需要聯(lián)在對面壁上固定鉸座亦需掛上，整個拉桿和導向架桿裝好后的暫掛在滑動座上，下端先不與門體吊耳穿接，讓其自然下垂擱置，待油缸固裝上后，先聯(lián)活塞桿圓環(huán)軸和拉桿，然后放下油缸行程，再來連接門的吊耳，最后調(diào)整安裝導向架桿的固定鉸座。

接下來在深井內(nèi)，手工澆筑門楣、側(cè)軌、導軌的二期砼，用砼充填反弧門內(nèi)的密閉艙來壓載，井底-1.45m處門的支鉸座與支鉸座板間用澆筑環(huán)氧樹脂牢牢固定。

3.4 安裝過程遇到的問題

拉桿安裝完成之后發(fā)現(xiàn)拉桿的實際總長短了，使得下拉桿的吊頭竟然連不上反弧門吊耳。反復(fù)查找原因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)油缸工作行程和最大行程是達到了，制作方把空行程全部留在了無桿腔，而設(shè)計的想法應(yīng)該把空行程放在有桿腔，一來二去相差12cm。經(jīng)協(xié)調(diào)下節(jié)拉桿加長19cm，主要考慮油缸有桿腔蓋與活塞之間，至少預(yù)留5cm余量來應(yīng)對直壓桿撓度問題；同時，搖桿支架座分別調(diào)整上移6-8cm，盡量保持平行四邊形四連桿運行。

3.5 反弧門調(diào)試[3]

反弧門安裝完畢后，在井底無水狀態(tài)需檢查反弧門背面透光性，必要時調(diào)整止水橡皮，測試門的運行平順性，安裝左右側(cè)活動門槽封板(更換橡皮時用)，清理表面掛漿，清補油漆，安裝門井內(nèi)檢修鋼爬梯，安裝井口蓋板。最后進行動水調(diào)試，測試通氣孔的進出空氣量，在通氣孔堵塞的情況之下，采用明管通氣孔替代。

3.6 調(diào)試中遇到的問題

在無水有水調(diào)試過程中，由于原來的內(nèi)置式開度儀制作粗糙，鋼絲繩左右擺動過大與端蓋干涉，使得鋼絲繩斷裂，無法讀取開度讀數(shù)，致使調(diào)試中斷。全部更換華之洋的帶自動排繩裝置約束精卷盤式內(nèi)置式開度儀，故障排除。另外，在更換開度儀時切記要斷電，否則要燒毀進口通訊模塊(讀取信號給PLC)；通訊模塊為二進制直接讀取，大大優(yōu)于格雷碼儀表過渡式讀取，缺點是訂貨采購周期相當?shù)穆L。

3.7 動水調(diào)試運行工況

在庫區(qū)水位23.18m，下游水位5.3m，工作水頭17.88m，一路全開反弧門為新船閘輸水，實測產(chǎn)生峰值大于190m3/s的流量(見附圖)，目測進水白色涌浪聲勢大，在老船閘從進水口到弧門聚汲水區(qū)域水位跌落最大值為7.5m之多。為保證船舶過閘安全，通過實船試驗、系纜力的測試分析和水力學模型分析，最終確定反弧門的推薦運行方案為：

雙邊開啟至41%，停機275s后繼續(xù)開啟至60%，停機100s后開啟至80%，至人字門前后水位差為0.5m時動水關(guān)閉雙邊弧門至40%，在開啟人字門后繼續(xù)關(guān)門到底位。

圖5 優(yōu)化方案下閘室充水時流量變化過程

采用以上優(yōu)化方案進行實船試驗：(1)上游待閘船舶瞬時最大系纜力船頭為5.63kN，船尾2.6kN；(2)閘室內(nèi)瞬時最大系纜力船頭為9.93kN，船尾9.34kN；均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié) 語

輸水弧門在高水頭船閘被采用，制造、安裝和調(diào)試必須具備精益求精的工匠精神，使用中需要在高水頭差情況下動水開啟和關(guān)閉；油缸開度控制必須要可靠，調(diào)試時牽涉到的水力學檢測設(shè)備復(fù)雜，門的主要零部件長期浸泡在水下，受井下作業(yè)場地限制，附件相互制約，平臺面積狹小，維護和搶修將會迎來相當大的挑戰(zhàn)。

[1]白培康，李志勇，丁京濱，等.材料連接技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社，2007.

[2]鄧雪松，姜永健.銅場水庫金屬結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計[J].科技信息，2011,(25):279-280.

[3]翟維.新疆臺蘭河一級水電站工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].科技信息，2013,(15):421.

Installation and Adjustment of Water Arc Gate in Deep Well Corridor

LIANG Jian1,GUO Kui2,GUO Lei2

(1. Hangzhou Port and Navigation Administration Bureau，Hangzhou 310020,China；2.Wuchang Shipbuilding Industry Co.LTD ,Wuhan 430061, China)

The Fuchun River lock extension project of water arc gate, deep line corridor work gate, size and weight, the overall transport difficult, on-site installation area narrow circumscribed control; high head, hydraulic hoist, hoist and the gate body is connected with the motor for the four link mechanism, high precision. In the overall planning, manufacturing, logistics, installation and commissioning, hydraulic control of the requirements of the gate, there is a special. This article shows the arc gate installation and debugging coordinate the process to solve the problem of node.

deep well corridor;wate reversed arc gate;manufacturing;installation;debugging and hydraulics observation

2017-03-01

梁 健(1966-)，男，浙江杭州人，高級工程師，E-mail：2933020549@qq.com。

U641

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2017.02.011

1671-234X(2017)02-0054-05