超大型斜三支臂弧形閘門制造關(guān)鍵技術(shù)
——以旬陽水電站沖砂泄洪閘閘門為例

陳啟春，李邦宏，俞茂平，劉愛軍，張興亮，徐國泉

（東方水利智能科技股份有限公司，四川 德陽 618000）

1 概述

旬陽水電站裝機容量320 MW，沖砂泄洪閘設(shè)有12孔閘門，共布置有2扇14×25-25 m上游側(cè)平面檢修閘門、2扇14×11-11 m下游側(cè)平面檢修閘門和12扇14×25-25 m弧形工作閘門?；⌒伍l門采用主橫梁斜三支臂結(jié)構(gòu)，主橫梁、支臂為箱形結(jié)構(gòu)，面板內(nèi)弧曲率半徑30 m，側(cè)止水采用L型橡膠水封，底止水采用刀型橡膠水封，門葉結(jié)構(gòu)分11節(jié)制作，單扇閘門重約475 t，閘門主要特性及參數(shù)如表1所示。

表1 閘門主要特性及參數(shù)

2 結(jié)構(gòu)特點

編制制作工藝前，對門葉扭角、偏角等尺寸的復核是必不可少的，常見的V型斜支臂（兩支臂）在NB/T 35055-2015《水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》 和SL 74-2019《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》中都有詳細的計算公式，而對于斜三支臂弧門支臂的扭角，規(guī)范對這一描述卻不清楚，制作中經(jīng)常會出現(xiàn)錯誤的理解，造成制造上的較大損失。通過幾何計算和三維建模設(shè)計旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門，有效地避免了上述問題，為正確生產(chǎn)制造奠定了基礎(chǔ)[1]。

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門示意圖如圖1所示，上段3節(jié)門葉結(jié)構(gòu)面板厚度為12 mm，中間7節(jié)門葉結(jié)構(gòu)面板厚度為14 mm，底節(jié)門葉結(jié)構(gòu)面板厚度為16 mm，控制半徑為面板內(nèi)弧，曲率半徑為R30 000 mm，門葉面板結(jié)構(gòu)形式與常規(guī)的設(shè)計略有不同，因此搭設(shè)門葉組裝弧胎時，控制弧胎半徑除考慮門葉焊接收縮，還要考慮門葉面板厚度變化。此外，門葉結(jié)構(gòu)底節(jié)邊梁腹板厚度30 mm，其余門葉結(jié)構(gòu)邊梁腹板厚度14 mm，門葉整體裝配后要求側(cè)輪踏面超出面板邊緣3 mm，這對門葉制作及質(zhì)量控制都提出了較高的要求。

圖1 旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門示意圖

根據(jù)門體結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)計要求，門葉結(jié)構(gòu)及支臂工藝設(shè)計余量為：①門葉面板工藝曲率半徑等于設(shè)計曲率半徑加工藝收縮量，門葉組裝弧胎、縱梁及邊梁腹板下料尺寸根據(jù)工藝曲率半徑進行制作；②門葉結(jié)構(gòu)主橫梁后翼緣板預留5 mm加工量；③支臂前后端板及節(jié)間連接板預留5 mm加工量；④支臂長度方向預留20 mm二次修割量；⑤面板四周邊預留30 mm二次修割量。

3 主要零部件關(guān)鍵技術(shù)

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門制作主要工藝流程如圖2所示。

圖2 弧形工作閘門制作工藝流程圖

3.1 零部件制作

3.1.1 主橫梁、支臂制作

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門主橫梁、支臂均為箱型梁結(jié)構(gòu)，箱型梁的制造按NB/T35045-2014《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》7.1.7條要求進行[2]。箱型梁部件組拼焊接，采用H型鋼翼緣矯直機校正，UT探傷合格后進行機械加工。支臂褲衩放樣及制作是弧形閘門斜支臂制作的關(guān)鍵，通過計算和三維建模（見圖3），精確得出支臂扭角及裙板成型尺寸，確保支臂褲衩制作的準確性，為后續(xù)支臂整體組拼提供了保障[3，4]。

圖3 褲衩三維模型示意圖

3.1.2 縱梁、邊梁制作

縱梁、邊梁腹板按放大后的工藝曲率半徑繪圖，數(shù)控編程下料，采用1.5長外弧樣板檢測?？v梁腹板與翼板、邊梁腹板與翼板部件組拼焊接校正，控制腹板焊后曲率半徑，樣板檢測。

3.1.3 面板制作

繪制面板下料拼接圖，面板拼接位置相鄰焊縫錯開200 mm以上，工廠內(nèi)焊縫坡口在面板內(nèi)側(cè)，工地現(xiàn)場焊縫坡口在面板外側(cè)，門葉結(jié)構(gòu)整體焊接后，背面清根焊透。各面板拼接料零件卷制弧度，制作2 000 mm長度內(nèi)弧樣板檢查面板弧度。

3.2 門葉整體組焊

面板弧胎上整體鋪設(shè)并調(diào)整弧度，根據(jù)工藝放樣圖整體劃線組拼，從主橫梁開始依次組裝各梁系，檢查合格后按焊接工藝要求在門葉定位焊后進行整體焊接。在門葉弧形胎具上進行整體焊接，在完成焊接并進行解體后對面板迎水面氣刨清根焊接，修校合格后以門葉各中心標記為基準復驗焊接收縮尺寸，并以中心線為基準劃線修割面板周邊余量，鉆水封螺孔。

3.3 支臂整體組焊

支臂各箱型梁及褲衩部件組焊修校檢查合格后，在鋼平臺上劃支臂組裝線，依次組裝鉸鏈、褲衩、支臂，配焊支臂與褲衩的連接端板，劃線加工端板，支臂二次復拼，配裝支臂豎桿、斜桿，做出工地組焊定位標識，支臂連接加固。

3.4 門葉整體大組

支臂臥拼及各節(jié)門葉檢查合格后，在組裝平臺上放門葉整體大組地樣，支臂整體吊裝就位及調(diào)整，鉸鏈吊裝就位及支臂鉸鏈精調(diào)、加固。從底節(jié)開始依次吊裝門葉結(jié)構(gòu)并調(diào)整就位，門葉結(jié)構(gòu)整體微調(diào)及加固。

4 質(zhì)量控制

旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作門為斜三支臂超大型弧形閘門，依據(jù)規(guī)范和施工圖紙，對門葉幾何尺寸和焊接質(zhì)量控制都有較高要求，按照公司質(zhì)量體系運行要求，從工藝文件制定、材料采購到產(chǎn)品交付使用等各環(huán)節(jié)都進行了嚴格控制，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

4.1 產(chǎn)品檢驗策劃

根據(jù)規(guī)范、圖紙及工藝文件要求，編制產(chǎn)品《質(zhì)量檢驗策劃》文件，明確質(zhì)量控制[5，6]點及相關(guān)要求，產(chǎn)品正式生產(chǎn)前，組織各部門人員進行技術(shù)、質(zhì)量、安全交底。

4.2 工序質(zhì)量控制

根據(jù)產(chǎn)品制造工藝流程和質(zhì)量檢驗工序流程，對產(chǎn)品制造過程的每一道工序?qū)嵭腥^程的質(zhì)量監(jiān)控，嚴格工藝紀律，將產(chǎn)品制造過程中的各道工序完成節(jié)點做為關(guān)鍵控制點并在檢驗過程中做好相應(yīng)的控制檢驗記錄，嚴格執(zhí)行三檢制度，嚴控產(chǎn)品過程質(zhì)量，確保產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

4.3 面板放樣及門葉組拼控制

面板放樣按預放收縮余量的工藝放樣圖執(zhí)行，整體劃組對線，檢查面板放樣尺寸，采取幾何尺寸和2 000 mm長內(nèi)弧樣板配合的方式檢查，控制面板內(nèi)弧曲率半徑與工藝尺寸偏差≤2 mm，做出門葉中心、主橫梁中心、邊梁中心、門葉底緣檢查標記。門葉組拼控制主橫梁跨距、對角線相對差及組拼間隙，各組拼部位須結(jié)合緊密，局部間隙≤2 mm，不允許強行組對。

4.4 支臂平拼控制

支臂平拼以三維建模尺寸控制拼裝質(zhì)量，放平拼整體組裝地樣線，控制組拼時支臂扭角、支臂前端開檔及支臂長度尺寸，節(jié)間連接端板四角采用定位銷定位。焊后劃支臂連接端板加工線時，控制端板加工后尺寸不得小于設(shè)計厚度，支臂復拼全面檢查拼裝質(zhì)量，加工后各連接位置局部間隙不得大于0.3 mm，且不得有貫穿間隙。

4.5 焊接質(zhì)量控制

4.5.1 焊接方法選擇

主梁、支臂腹板及翼板的對接焊縫采用埋弧焊焊接；主梁、支臂箱型梁的組合焊縫采用埋弧焊焊接；面板清根后采用埋弧焊焊接；其余焊縫采用CO2氣體保護焊焊接。埋弧焊對接、角接焊接工藝參數(shù)如表2所示。

表2 埋弧焊對接、角接焊接工藝參數(shù)

4.5.2 門體整體組拼控制

門體整體組拼時，下支臂與門葉底節(jié)主橫梁中心線呈水平狀態(tài)（整體組拼狀態(tài)見圖4），控制支臂鉸鏈同軸度、鉸鏈中心距、鉸鏈軸孔中心至面板內(nèi)弧半徑、側(cè)輪踏面共面度、門葉節(jié)間組對間隙等尺寸。合格后劃支臂前端修割線、吊耳軸孔加工線，裝焊節(jié)間定位塊，做出安裝定位檢查線和標識。

圖4 沖砂泄洪閘弧形工作門整體組拼狀態(tài)示意圖

5 結(jié)論

通過上述主要制作工藝和質(zhì)量控制，有效控制了旬陽水電站沖砂泄洪閘弧形工作閘門門體的制作質(zhì)量，經(jīng)廠內(nèi)大組和現(xiàn)場安裝檢驗，各項質(zhì)量指標均符合規(guī)范和圖紙要求。