大型船閘反弧門頂止水固定方案改進(jìn)研究

陶然 陳明 華曾維 黃文全 馬武杰

摘要：為解決大型高水頭船閘反弧門頂止水裝置失效頻繁的問題，通過分析目前反弧門頂止水的安裝固定方式存在的主要問題及產(chǎn)生的原因，研究提出了滿足實際需要的頂止水安裝固定改進(jìn)方案，并在某船閘反弧門頂止水更換檢修中應(yīng)用，提高了反弧門頂止水安裝的便捷性和可靠性，減少了反弧門頂止水座板失效螺紋孔修復(fù)工作，提高了反弧門頂止水更換檢修效率，延長了頂止水的使用壽命。

關(guān)鍵詞：大型船閘;反弧門;頂止水裝置;固定方案

中圖分類號：U698文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0128-03

目前我國的船閘工程正向高水頭、大型化方向快速發(fā)展，輸水閥門是船閘輸水系統(tǒng)的咽喉，其安全、平穩(wěn)、高效運行對船閘安全高效通航至關(guān)重要，目前國內(nèi)外普遍采用適用于高水頭船閘的反向弧形門（以下簡稱“反弧門”），反弧門在高水頭時動水啟閉，處于“非恒定、非均勻、非連續(xù)”水流中，承受著復(fù)雜的水動力荷載作用，運行頻繁，工作條件十分惡劣，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，相對船閘其他設(shè)備，故障率較高[1]-[4]。

1存在的問題

以某單級大型高水頭船閘為例，最大工作水頭27m，閘室尺寸為280m×34m×5m（長×寬×門檻水深）。輸水閥門為反弧門，頂止水橡皮為半圓頭型式，厚度40mm，寬度140mm，壓板厚度16mm，壓板為平直型。

目前反弧門頂止水安裝固定方法如圖所示，反弧門通過門體吊耳、聯(lián)門軸與吊桿相連，在啟閉機(jī)作用下實現(xiàn)啟閉運行，頂止水位于反弧門止水座板上，頂止水安裝有豎向限位板約束，止水壓板和盲孔固定螺栓將其固定在止水座板上。

在大量運行實踐中發(fā)現(xiàn)，反弧門常見故障主要有止水破損、止水壓板變形、門體止水座板螺紋孔失效、螺栓松動、聯(lián)門軸串動、聯(lián)門軸軸承磨損、反弧門面板氣蝕等。根據(jù)某大型船閘歷年反弧門檢修統(tǒng)計數(shù)據(jù)看出，頂止水故障率在95%以上，經(jīng)過現(xiàn)場檢查頂止水損壞基本上為封水端破損、頂止水座板螺紋牙固定螺栓松動脫落，若不及時處理，在高水頭作用下，將導(dǎo)致反弧門在啟閉過程中發(fā)生門體振動，影響正常運行，異常振動對反弧門及啟閉系統(tǒng)安全存在隱患。

在高速水流作用下，目前反弧門頂止水的安裝固定方式存在的主要問題如下：

（1）頂止水易松動。頂止水松動后易造成損壞，損壞后檢修更換較為麻煩，需要落放兩側(cè)檢修門，排干閥門井，不僅耗費較多的人力物力，還會影響船閘正常通航。

（2）頂止水座板螺紋孔易損壞。頂止水座板螺紋孔損壞后，需要進(jìn)行擴(kuò)孔攻絲修復(fù)處理，單邊輸水檢修工期長。

因此，延長頂止水的使用壽命，降低更換頻率十分必要，也是保障船閘長期安全、高效運行需要解決的技術(shù)難題。本文以此為工程背景，通過改造船閘反弧門頂止水安裝固定方法，提高頂止水固定可靠性，延長使用壽命，提高更換檢修效率具有積極意義。

2原因分析

2.1頂止水松動、破損的原因分析

（1）反弧門頂止水橡皮與止水座面的間隙不合適。間隙過大會造成頂止水窄縫射流空化不僅引起閥門的劇烈振動，同時會引起止水自激振動與大變形[5];間隙過小會造成頂止水壓縮量過大，由于閥門啟閉頻繁，頂止水承受反復(fù)壓縮剪切力而損壞，表現(xiàn)出水力撕裂、剪斷、翻卷等諸多破壞形式。

（2）在頂止水更換檢修安裝施工中，無法保證頂止水螺栓受力的均勻性和安裝緊固的可靠性。

（3）頂止水反復(fù)檢修致座板螺孔損壞后，造成頂止水無法可靠固定。

2.2頂止水座板螺紋孔損壞的原因分析

（1）頂止水損壞漏水引起反弧門靜止擋水狀態(tài)時強烈自激振動現(xiàn)象，在反復(fù)沖擊、振動下，導(dǎo)致固定螺栓松動，進(jìn)而牽拉座板螺紋孔，造成螺紋磨損。

（2）反弧門小開度高速射流空化，造成反弧門劇烈振動、活塞桿躥動、廊道聲振、止水螺栓松動、門楣、閥門面板及廊道壁面空蝕破壞等一系列問題，頂止水固定螺栓會因受載不均勻等原因產(chǎn)生松動，螺栓與止水座板之間出現(xiàn)螺紋間隙，繼續(xù)受到?jīng)_擊、振動就會造成螺紋的磨損，隨著螺栓的逐步松出而加劇。

（3）頂止水固定螺栓強度等級為8.8級，相對于門體止水座板螺紋孔強度較大，當(dāng)磨損情況出現(xiàn)時，會先對螺紋孔產(chǎn)生損壞。

3改進(jìn)方案

根據(jù)對頂止水裝置失效現(xiàn)狀分析，針對產(chǎn)生的原因加以改進(jìn)。

3.1頂止水松動、破損改進(jìn)方案

（1）調(diào)整反弧門頂止水橡皮與止水座面的間隙宜為0mm～1mm。

（2）在安裝工藝上保證可靠緊固，均勻受載。

3.2頂止水座板螺紋孔損壞改進(jìn)方案

（1）在反弧門迎水面導(dǎo)流板沿頂止水座板長度方向在頂橫梁腹板與頂止水裝置之間，增設(shè)6處Φ120的工藝孔，以便于施工人員手臂伸入安裝緊固頂止水前排螺栓的螺母。

（2）改造目前反弧門頂止水座板的前排固定螺孔為通孔，改造后排固定螺孔為通孔螺紋，前排安裝通孔螺栓，通過反弧門迎水面導(dǎo)流板工藝孔安裝緊固前排穿孔螺栓螺母，后排通過螺栓擰緊固定。

（3）降低螺栓強度等級為4.8級，當(dāng)磨損出現(xiàn)時，損壞螺栓的螺紋而非螺紋孔;

（4）對前排螺栓采用雙螺母緊固防松處理，防止磨損情況出現(xiàn)。

3.3改進(jìn)方案研究

圖2為反弧門頂止水安裝固定改進(jìn)方案布置圖，改造頂止水座板前排固定螺孔為通孔，改造頂止水座板后排固定螺孔為通孔螺紋，在反弧門迎水面導(dǎo)流板上增設(shè)6處Φ120mm的工藝孔。反弧門全關(guān)時，調(diào)整頂止水壓縮量并安裝在座板上，前排安裝通孔螺栓，通過閥門迎水面導(dǎo)流板工藝孔進(jìn)入安裝緊固前排通孔螺栓螺母，后排通過螺栓擰緊固定。

4現(xiàn)場應(yīng)用

為進(jìn)一步驗證頂止水安裝固定改進(jìn)方案的使用效果，在2020年12月，利用某大型船閘反弧門頂止水更換檢修施工間隙，現(xiàn)場改造頂止水安裝固定方式：

（1）首先排干閥門井，拆除反弧門原有頂止水及其壓板緊固螺栓;

（2）利用改造頂止水座板前排盲孔螺紋鉆通孔，利用絲錐改造頂止水座板后排盲孔螺紋攻絲為通孔螺紋;

（3）在反弧門迎水面導(dǎo)流板上增設(shè)6處Φ120mm的工藝孔，用于施工人員手臂伸入安裝緊固頂止水前排螺栓螺母;

（4）在反弧門頂止水座板上調(diào)整頂止水與門楣之間壓縮量到設(shè)定值，對頂止水進(jìn)行蒙孔、鉆孔，在止水座板上安裝反弧門頂止水及其壓板;

（5）將通孔螺栓依次安裝在改造后的反弧門頂止水座板前排通孔處，施工人員手臂通過反弧門迎水面導(dǎo)流板工藝孔伸入，依次緊固通孔螺栓雙螺母;

（6）將固定螺栓依次安裝在改造后的反弧門頂止水座板后排通孔螺紋處。

測試情況：現(xiàn)場改造前排頂止水座板螺孔為通孔，改造后排螺孔為通孔，在反弧門迎水面導(dǎo)流板上增設(shè)6 處工藝孔。

小結(jié)：經(jīng)過改造的頂止水裝置，頂止水安裝更加便捷、高效，提高了頂止水更換檢修效率，頂止水與門楣間隙控制合理，采用通孔螺栓雙螺母防松方式安裝，提高了頂止水固定可靠性。

5結(jié)論

通過對大型船閘反弧門頂止水固定改進(jìn)方案進(jìn)行研究及實際應(yīng)用，可以得到如下結(jié)論：

（1）根據(jù)目前頂止水安裝固定方式所存在的問題，針對性地分析了問題產(chǎn)生的原因。

（2）研究提出了滿足實際需要的安裝固定改進(jìn)方案，提高了反弧門頂止水安裝的便捷性和可靠性，減少了反弧門頂止水座板失效螺紋孔修復(fù)工作，提高了反弧門頂止水更換檢修效率，延長了頂止水的使用壽命。

（3）實際應(yīng)用了所研究提出的頂止水安裝固定改進(jìn)方案，提高了頂止水更換檢修效率，滿足了大型船閘反弧門檢修實際需求。

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