深孔弧門(mén)充壓止水系統(tǒng)降壓失效分析與處理

楊 峰，黃少奇

（中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004）

1 概述

灘坑水電站泄洪洞弧形閘門(mén)，孔口形式為潛孔，孔口凈寬7.0 m、高度7.0 m，設(shè)計(jì)水頭102 m，總水壓力89 000 kN，為超大型弧形閘門(mén)，閘門(mén)采用凸擴(kuò)式門(mén)槽，主水封為充壓式止水水封，常規(guī)緊壓式止水水封作為充壓式止水的輔助止水。該泄洪洞弧形閘門(mén)經(jīng)多年運(yùn)行，止水水封橡皮出現(xiàn)磨損、老化現(xiàn)象，水封多處漏水嚴(yán)重，需對(duì)整套止水水封進(jìn)行更換。我公司承擔(dān)了弧門(mén)的充壓止水水封更換及充壓止水系統(tǒng)檢修工作。

2 充壓系統(tǒng)工作原理

在水電站高水頭弧形閘門(mén)設(shè)計(jì)中，通常采用凸擴(kuò)式門(mén)槽充壓止水水封（如圖1），當(dāng)弧門(mén)面板受到高水頭水壓力作用下，通過(guò)弧門(mén)支臂產(chǎn)生壓縮變形，加之加工精度、安裝精度及溫度變化等影響，使弧門(mén)半徑小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致止水橡膠與弧門(mén)面板脫離，發(fā)生縫隙溢流。凸擴(kuò)式門(mén)槽充壓止水裝置可以適應(yīng)弧門(mén)變形，充壓止水水封可以利用加壓系統(tǒng)充壓使門(mén)槽內(nèi)水封變形而頂緊壓在弧門(mén)面板上，從而起到良好的止水效果。另外，采用充壓止水水封，在弧門(mén)開(kāi)啟前，可以取消所加背壓，縮回止水橡膠而脫離弧門(mén)面板，從而減小水封橡皮摩擦，同時(shí)減少閘門(mén)啟閉力，延長(zhǎng)水封橡膠的使用壽命。

圖1 凸擴(kuò)式門(mén)槽充壓止水水封示意圖

為滿(mǎn)足凸擴(kuò)式門(mén)槽充壓止水水封工作，需配套設(shè)置充壓系統(tǒng)，滿(mǎn)足在迎水壓力情況下充壓水封橡皮外凸出與弧門(mén)面板緊密接觸，在深孔弧門(mén)全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)，利用上游庫(kù)區(qū)水通過(guò)過(guò)濾器，經(jīng)增壓水泵增壓注入凸擴(kuò)式門(mén)槽充壓腔體內(nèi)，使門(mén)槽內(nèi)水封變形而頂緊壓在弧門(mén)面板上，增壓水泵采用一備一用共設(shè)置兩套，并設(shè)置儲(chǔ)能罐使門(mén)槽充壓腔體保持設(shè)定壓力，當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)增壓水泵進(jìn)行增壓并儲(chǔ)能。當(dāng)深孔弧門(mén)需要開(kāi)啟時(shí)，關(guān)閉門(mén)槽充壓腔體進(jìn)水口閥門(mén)，開(kāi)啟排水閥降壓排水，門(mén)槽充壓腔體水壓力低于0.1 MPa時(shí)開(kāi)啟深孔弧門(mén)。充壓止水系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2。

圖2 充壓止水系統(tǒng)原理圖

充壓工作流程：弧門(mén)關(guān)閉后，閘閥9關(guān)閉，閘閥7開(kāi)啟。啟動(dòng)增壓水泵，往門(mén)槽水封和蓄能罐充水，水壓推出山形水封頭部達(dá)到封水效果后，壓力升至1.2 MPa時(shí)增壓水泵停止，儲(chǔ)能罐用于維持壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于1 MPa，增壓水泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，往門(mén)槽水封和蓄能罐增壓。程序設(shè)定只有弧門(mén)在全關(guān)位置狀態(tài)充壓系統(tǒng)才能啟動(dòng)。

泄壓工作流程：閘門(mén)開(kāi)啟前，關(guān)閉閘閥7，打開(kāi)閘閥9排水。系統(tǒng)壓力低于0.1 MPa時(shí)，充壓止水水封恢復(fù)自然狀態(tài)，程序解鎖閘門(mén)開(kāi)啟控制開(kāi)關(guān)。

3 充壓止水系統(tǒng)檢修效果檢查

通過(guò)對(duì)弧形閘門(mén)的檢修作業(yè)，更換了閘門(mén)所有水封橡皮，將弧形閘門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。進(jìn)行了無(wú)壓狀態(tài)和有壓狀態(tài)充壓止水系統(tǒng)檢查。

無(wú)壓狀態(tài)充壓止水系統(tǒng)檢查：保持泄洪洞檢修閘門(mén)關(guān)閉狀態(tài)，使泄洪洞檢修閘門(mén)與弧形閘門(mén)之間閘室無(wú)水狀態(tài)，此時(shí)弧形閘門(mén)無(wú)水壓。在閘閥9關(guān)閉狀態(tài)下，打開(kāi)閘閥7，往充壓水封充壓腔體注水加壓，壓力表3顯示壓力由0 MPa升壓至1 MPa，表示系統(tǒng)加壓工作正常。在閘閥7關(guān)閉狀態(tài)，打開(kāi)閘閥9，對(duì)充壓水封充壓腔體排水降壓，壓力表3顯示壓力由1 MPa降壓至0 MPa，表示系統(tǒng)降壓工作正常。

有壓狀態(tài)充壓止水系統(tǒng)檢查：為減少泄洪洞檢修閘門(mén)提升次數(shù)，減少對(duì)其水封的磨損，充壓止水系統(tǒng)試驗(yàn)期間僅開(kāi)啟泄洪洞檢修閘門(mén)的充水閥，對(duì)檢修閘門(mén)與弧形閘門(mén)之間閘室進(jìn)行充水，使弧形閘門(mén)處于正常水壓狀態(tài)。閘室充水完成后，在閘閥9關(guān)閉狀態(tài)下，打開(kāi)閘閥7，往充壓水封充壓腔體注水加壓，壓力表3顯示壓力由0 MPa升壓至1 MPa，表示系統(tǒng)加壓工作正常。隨即檢查人員進(jìn)入弧形閘門(mén)下游目視檢查弧門(mén)止水情況，經(jīng)檢查弧形閘門(mén)止水良好，無(wú)漏水現(xiàn)象。檢查人員撤離后，在閘閥7關(guān)閉狀態(tài)，打開(kāi)閘閥9，對(duì)充壓水封充壓腔體排水降壓，壓力表3顯示壓力只由1 MPa降壓至0.4 MPa，并未降壓至0 MPa，系統(tǒng)降壓出現(xiàn)了異常。

檢查結(jié)果顯示系統(tǒng)在弧形閘門(mén)無(wú)壓狀態(tài)和有壓狀態(tài)下，充壓止水系統(tǒng)充壓、保壓工作正常，弧形閘門(mén)在有壓狀態(tài)下通過(guò)目視檢查，弧形閘門(mén)止水工作正常，無(wú)漏水情況，但在弧形閘門(mén)有壓狀態(tài)下卸壓試驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)壓力從1 MPa降至0.4 MPa，并維持在0.4 MPa，未達(dá)到設(shè)計(jì)低于0.1 MPa的要求。

如果系統(tǒng)壓力未能降至0.1 MPa，說(shuō)明充壓水封在背壓狀態(tài)下水封頭任與弧門(mén)面板接觸，如強(qiáng)制啟門(mén)，勢(shì)必造成啟閉力增大，磨損充壓水封，無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)行要求，存在充壓止水系統(tǒng)降壓失效問(wèn)題。

4 原因排查與分析

正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)充壓止水系統(tǒng)進(jìn)行卸壓操作，閘閥7關(guān)閉狀態(tài)，閘閥9開(kāi)啟狀態(tài)，自動(dòng)進(jìn)排氣閥自動(dòng)開(kāi)啟，門(mén)槽充壓腔體內(nèi)的水從閘閥9排出，壓力表3回位顯示壓力為0 MPa。

根據(jù)充壓止水系統(tǒng)原理圖分析，造成泄壓失效產(chǎn)生的區(qū)域應(yīng)該在閘閥7與閘閥9之間的系統(tǒng)內(nèi)。采用排除法對(duì)各個(gè)零部件是否損壞進(jìn)行排查分析。

（1）閘閥9排查分析：閘閥9為電磁閥，設(shè)在弧門(mén)門(mén)槽底部位置，作為充壓止水系統(tǒng)末端的卸壓排水閥門(mén)，如果閘閥9不能正常開(kāi)啟排水，那么系統(tǒng)壓力將會(huì)下降并維持在1 MPa左右，通過(guò)泄壓時(shí)對(duì)閘閥9觀察，有水排出，系統(tǒng)壓力降至0.4 MPa后水流停止，判斷排水閥工作正常。

（2）自動(dòng)進(jìn)排氣閥排查分析：自動(dòng)進(jìn)排氣閥設(shè)在弧門(mén)檢修平臺(tái)位置，當(dāng)充壓止水系統(tǒng)加壓時(shí)排出管路內(nèi)空氣，當(dāng)水進(jìn)入閥內(nèi)，浮筒隨水位一起上升，關(guān)閉排氣口，反之當(dāng)系統(tǒng)泄壓時(shí)，壓力減少，閥內(nèi)水位下降，浮筒隨水位一起下降，打開(kāi)排氣口。通過(guò)泄壓時(shí)對(duì)排氣閥觀察，系統(tǒng)泄壓時(shí)排氣閥有吸入氣體的聲音，系統(tǒng)壓力降至0.4 MPa后排氣孔關(guān)閉，判斷自動(dòng)進(jìn)排氣閥工作正常。

（3）閘閥7排查分析：閘閥7為電磁閥，設(shè)在設(shè)備層，是充壓止水系統(tǒng)加壓時(shí)入口閥門(mén)，同時(shí)也是卸壓時(shí)起到阻隔庫(kù)區(qū)、蓄能罐的水壓，為了避免拆除閘閥7繁瑣工作量，在關(guān)閉閘閥7并卸壓后，在壓力表3接口位置增設(shè)臨時(shí)卸壓閥門(mén)（如圖3）。安裝完畢后進(jìn)行充壓止水系統(tǒng)加壓、卸壓操作步驟，卸壓后在壓力維持0.4 MPa無(wú)法繼續(xù)下降，打開(kāi)臨時(shí)泄壓閥門(mén)時(shí)，泄壓閥排出約5 L水后，排水停止，系統(tǒng)壓力顯示0，如果閘閥7損壞無(wú)法閉合，庫(kù)區(qū)水及儲(chǔ)能罐中的水將通過(guò)管路從臨時(shí)泄壓閥源源不斷排出。從結(jié)果分析，臨時(shí)泄壓閥僅排出約5 L水，系統(tǒng)壓力降至0 MPa，閘閥7工作是正常的。

圖3 充壓止水系統(tǒng)泄壓檢修示意圖

（4）弧形閘門(mén)充壓止水水封排查分析：弧形閘門(mén)充壓止水水封通過(guò)門(mén)槽壓板與門(mén)槽座壓緊，對(duì)充壓腔體形成密閉空間，如果充壓止水水封有漏水情況，那么系統(tǒng)壓力將無(wú)法保持，加壓水泵會(huì)頻繁啟動(dòng)，從試驗(yàn)結(jié)果分析，充壓止水水封充壓腔體無(wú)漏水情況。通過(guò)各個(gè)部件排查，均工作正常，唯一造成系統(tǒng)壓力無(wú)法下降原因，最大可能性是管路被堵，由于充壓水封腔體試驗(yàn)時(shí)無(wú)法觀察，水封壓板拆除檢查工作量過(guò)大，從設(shè)計(jì)圖紙充壓止水系統(tǒng)水封結(jié)構(gòu)分析（如圖4），可能性最大為泄壓孔位置，當(dāng)充壓止水系統(tǒng)進(jìn)行泄壓工作時(shí)，初始時(shí)閘室水壓小于系統(tǒng)壓力，閘閥9排水后，系統(tǒng)壓力小于閘室水壓，充壓止水水封橡皮受閘室水壓貼緊門(mén)槽座上，并封堵了泄水孔，使充壓止水系統(tǒng)壓力無(wú)法下降，并且維持小于閘室的壓力0.4 MPa。也就說(shuō)明了弧形閘門(mén)在無(wú)壓狀態(tài)下，閘室無(wú)水壓，充壓止水系統(tǒng)卸壓工作正常，反而在弧形閘門(mén)在有壓狀態(tài)下，閘室內(nèi)有水壓，充壓止水系統(tǒng)卸壓工作實(shí)效。

圖4 充壓水封結(jié)構(gòu)分析

5 處理方案

針對(duì)充壓止水水封橡膠封堵排水口情況，處理首先解決泄壓時(shí)排水流暢問(wèn)題，我們采用直徑4 mm不銹鋼圓鋼焊接制作了一個(gè)簡(jiǎn)易十字形導(dǎo)水架（如圖5），為防止使用過(guò)程中十字形導(dǎo)水架產(chǎn)生位移，十字形導(dǎo)水架中心位置設(shè)防位移桿。將弧形閘門(mén)開(kāi)啟，拆除泄水孔位置水封壓板，抬起充壓止水水封，將導(dǎo)水架插入泄水孔，并重新安裝水封及水封壓板。

圖5 十字形導(dǎo)水架結(jié)構(gòu)示意圖

通過(guò)重新對(duì)充壓止水系統(tǒng)進(jìn)行充壓、泄壓試驗(yàn)，系統(tǒng)泄壓后壓力下降至0，泄壓恢復(fù)工作正常，達(dá)到了運(yùn)行要求。

6 結(jié)語(yǔ)

灘坑水電站泄洪洞弧形閘門(mén)充壓止水系統(tǒng)檢修，最終通過(guò)以上處理方案，簡(jiǎn)單有效，滿(mǎn)足了設(shè)備運(yùn)行目的，但檢修過(guò)程中對(duì)各個(gè)可疑部位的排查，進(jìn)行了多次分析會(huì)議，反復(fù)試驗(yàn)，消耗了較長(zhǎng)的時(shí)間。本文通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為以后類(lèi)似閘門(mén)檢修提供借鑒。