向家壩升船機(jī)C型水封更換及改造

陳偉

摘 要：對(duì)接密封裝置是向家壩升船機(jī)閘首航槽與船廂水域形成連通器的關(guān)鍵設(shè)備，而C型橡皮是對(duì)接密封裝置的重要組成部分，C型橡皮的使用壽命及運(yùn)行可靠性則是保證通航效率的關(guān)鍵，對(duì)于金沙江流域沿岸經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的意義。本文通過向家壩升船機(jī)上閘首對(duì)接密封裝置C型橡皮撕裂破損事件的現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出改造優(yōu)化解決方案。

關(guān)鍵詞：升船機(jī);對(duì)接密封;C型水封;改造;優(yōu)化;更換;向家壩水電站

中圖分類號(hào)：U642? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）09-0110-03

向家壩水電站升船機(jī)布置在樞紐左岸，采用全平衡齒輪爬升螺母柱保安式一級(jí)垂直升船機(jī)。升船機(jī)中心線與壩軸線垂直，其左、右兩側(cè)分別與沖沙孔壩段和廠房壩段相鄰。升船機(jī)由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道幾部分組成，全長約1530米。

升船機(jī)按IV級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，過壩代表船型為2×500噸級(jí)一頂二駁船隊(duì)和1000噸級(jí)單船。升船機(jī)最大提升高度為114.2米;最小提升高度為92.75米。上游最高通航水位為380米，即水庫正常蓄水位;上游最低通航水位為370米;下游最高和最低通航水位分別為277.25米和265.8米。

1對(duì)接密封裝置的布置與參數(shù)

對(duì)接密封裝置設(shè)置于閘首工作閘門頂節(jié)門葉的U型結(jié)構(gòu)中，用于上、下閘首航槽與船廂水域的連通。對(duì)接密封裝置主要由U形密封框及其支承導(dǎo)向裝置、水封裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、彈簧柱等組成。

閘首工作閘門節(jié)門葉上共布置10套驅(qū)動(dòng)裝置，每套驅(qū)動(dòng)裝置的液壓缸活塞桿經(jīng)過彈簧柱與密封框腹板連接，液壓缸除驅(qū)動(dòng)密封框運(yùn)行外，還用于向彈簧柱和密封框施加壓力，其布置見圖1。

2 C型橡皮的使用情況及撕裂事件原因分析

向家壩升船機(jī)自投入試通航運(yùn)行到C型橡皮撕裂事件發(fā)生時(shí)，上閘首對(duì)接密封裝置C型水封累計(jì)往復(fù)運(yùn)行1148廂次，如果加上調(diào)試期間的往復(fù)運(yùn)行次數(shù)，約2000次，撕裂的對(duì)接密封裝置C型橡皮采用的是LD-19橡膠，強(qiáng)度比防100高4Mpa，撕裂部位處于轉(zhuǎn)角處（圖2圓圈標(biāo)記處，實(shí)物圖片見圖3所示）。

閘首對(duì)接密封裝置轉(zhuǎn)角部位結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，該部位C型橡皮受到的彎拉應(yīng)力較為集中，水封橡皮頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磨損;同時(shí)，水封壓緊不銹鋼螺栓因往復(fù)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)彎曲、伸長，導(dǎo)致水封壓板與座板壓緊程度減弱（轉(zhuǎn)角區(qū)域尤為突出），使水封螺栓孔承受螺栓集中載荷，加劇水封的磨損;此外，船廂與閘首對(duì)接過船，船只進(jìn)廂進(jìn)行速度調(diào)整及船只加速出廂時(shí)，螺旋槳旋轉(zhuǎn)推動(dòng)的水流進(jìn)入升船機(jī)承船廂與閘首工作門間隙時(shí)C型橡皮受到的附加載荷也大大增加（如圖4及圖5）。多種原因疊加導(dǎo)致橡膠水封緊固螺栓孔處發(fā)生撕裂，C型橡皮螺栓撕裂處細(xì)節(jié)如圖6所示。

另外，對(duì)接密封裝置左岸側(cè)及右岸兩側(cè)轉(zhuǎn)角附近水封壓板處C型橡皮均有可見凹陷區(qū)域，說明此區(qū)域內(nèi)的C型橡皮同樣存在一定程度的受拉變形，細(xì)節(jié)如圖7所示。

綜上所述，水封破損原因主要有：原設(shè)計(jì)中C型橡皮為單一橡膠結(jié)構(gòu)，對(duì)于頻繁性往復(fù)運(yùn)動(dòng)及較大的集中拉應(yīng)力的抗拉性能較低;水封壓板剛度不夠，C型橡皮壓緊力不均勻;不銹鋼壓板螺栓偏軟，密封裝置來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺栓有松動(dòng)的可能。

3? C型橡皮的優(yōu)化改造

針對(duì)上述分析結(jié)果，對(duì)C型橡皮及其安裝附件進(jìn)行了如下優(yōu)化。

3.1 增加T型頭

在發(fā)生撕裂的一端做成T型頭，防止水封受力后向內(nèi)縮動(dòng)，原結(jié)構(gòu)無T型頭與優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)如圖8所示。

3.2 降低橡皮硬度，全面增加化纖織物骨架

C型橡皮材料選用6674，物理力學(xué)性能符合NB/T35086-2016的有關(guān)規(guī)定，且應(yīng)滿足HG/T3096水閘橡膠密封件的相關(guān)要求，適當(dāng)降低了C型橡膠的硬度，以改善水封工作適應(yīng)性，同時(shí)在整個(gè)C型橡皮固定區(qū)域增設(shè)化纖織物作為加筋，其物理力學(xué)性能符合NB/T35086-2016的有關(guān)規(guī)定，用以增加C型橡皮的抗拉強(qiáng)度，織物里襯在橡皮分段接頭處連續(xù)設(shè)置，以保證織物在橡膠內(nèi)的整體連續(xù)性，最大限度增加橡皮抗拉強(qiáng)度，即使出現(xiàn)表面斷裂射水現(xiàn)象，也可以采取緊急措施關(guān)閉船廂門及閘首通航門泄除間隙水，但不會(huì)發(fā)生撕裂情況，從而保證設(shè)備的安全，避免事故擴(kuò)大，原結(jié)構(gòu)無織物內(nèi)襯與優(yōu)化后帶織物內(nèi)襯如圖9所示。

3.3 采用鍍鋅鉻螺栓并增加鎖緊螺母

將不銹鋼螺栓更換為鍍鋅鉻螺栓，提高螺栓的強(qiáng)度，克服不銹鋼螺栓偏軟的隱患，并增設(shè)鎖緊螺母，防止螺栓因頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松動(dòng)。

3.4 增加水封壓板的厚度

將水封壓板的厚度由原來的12mm增加至20mm，提高水封壓板的剛度，使水封壓緊力均勻。

4 新C型橡皮及附件的安裝調(diào)整

4.1 水封壓板

原水封壓板已不再適用，新水封壓板需進(jìn)行基面配鉆，現(xiàn)場基本無可操作空間，需將原有水封壓板進(jìn)行編號(hào)后與新壓板進(jìn)行配鉆，原有水封壓板編號(hào)內(nèi)容包括位置及方向信息，同時(shí)還應(yīng)包含相鄰水封壓板的信息，以保證新水封壓板與原水封壓板可以準(zhǔn)確替換。

由于新水封壓板厚度增加，因此在制作轉(zhuǎn)角弧形壓板時(shí)，應(yīng)保證新水封壓板與橡皮接觸面圓弧半徑等于原水封壓板與橡皮接觸面的圓弧半徑，以保證新水封壓板緊固后C型橡皮受力均勻，如圖10所示。

4.2? C型橡皮定位及配鉆

基本工序：座板劃線→C型橡皮劃線→C型橡皮吊裝→C型橡皮定位調(diào)整→全長區(qū)域固定→配鉆

座板劃線：主要對(duì)座板水平段中點(diǎn)及轉(zhuǎn)角部位的圓弧中點(diǎn)及切點(diǎn)劃線;

C型橡皮劃線：主要對(duì)C型橡皮水平段中點(diǎn)及轉(zhuǎn)角部位圓弧中點(diǎn)及切點(diǎn)劃線;

C型橡皮定位調(diào)整：將C型橡皮中點(diǎn)與座板中點(diǎn)對(duì)齊，橡皮圓弧中點(diǎn)及切點(diǎn)與座板圓弧中點(diǎn)及切點(diǎn)對(duì)齊;

全長區(qū)域固定：將調(diào)整定位好的C型橡皮用F型夾將其固定，見圖11。

配鉆：C型橡皮與水封壓板進(jìn)行配鉆時(shí)，先將中線位置及轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行配鉆，固定好關(guān)鍵位置后，再向其他方向延伸配鉆。

4.3 螺栓安裝

螺栓安裝時(shí)，橡皮與座板、橡皮與水封壓板之間應(yīng)涂上專用密封膠，防止螺栓孔漏水，螺栓應(yīng)使用150N·m的力矩進(jìn)行預(yù)緊，然后旋上扣緊螺母并用手?jǐn)Q緊，再用扳手旋緊90°。

5 效益分析

新型C型橡皮優(yōu)化改造完成安裝后，充水動(dòng)作調(diào)試，未發(fā)現(xiàn)明顯漏水現(xiàn)象，復(fù)航近半年時(shí)間，新C型橡皮運(yùn)行良好，密封嚴(yán)密。

目前，向家壩升船機(jī)上、下閘首對(duì)接密封裝置C型橡皮已全部更換為全斷面添加織物骨架里襯的新型C型橡皮，其穩(wěn)定安全運(yùn)行為升船機(jī)的通航效率奠定了基礎(chǔ)，向家壩升船機(jī)至今還在不斷刷新單日通航量的新高。

6結(jié)語

在具有高頻率往復(fù)運(yùn)動(dòng)的橡皮水封場合，向家壩升船機(jī)原設(shè)計(jì)采用單橡膠結(jié)構(gòu)水封橡皮在實(shí)際應(yīng)用中遇到問題，橡皮出現(xiàn)螺栓孔處撕裂破損事件，水封未達(dá)到預(yù)期使用效果，這種單一結(jié)構(gòu)的水封橡皮在此應(yīng)用值得商榷。結(jié)合各地升船機(jī)現(xiàn)場實(shí)際使用情況，向家壩升船機(jī)對(duì)接密封裝置C型橡皮將單一橡膠結(jié)構(gòu)改造優(yōu)化為全斷面增加化纖織物骨架的結(jié)構(gòu)，在目前看來應(yīng)用效果十分明顯。

向家壩升船機(jī)已成為金沙江通航業(yè)務(wù)的代名詞，升船機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行勢(shì)必大幅提升金沙江航運(yùn)的動(dòng)力，為西部經(jīng)濟(jì)的騰飛，推動(dòng)長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展添上濃墨重彩的一筆。

參考文獻(xiàn)：

[1] NB/T35086-2016，水電工程閘門置水裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] HG/T3096-2011，水閘橡膠密封件[S].