長(zhǎng)溝泵站閘門運(yùn)行故障分析與處理措施

董傳強(qiáng)，周 冉，董 通

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109；2.山東潤(rùn)魯工程咨詢集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

南水北調(diào)東線長(zhǎng)溝泵站引水閘、出水閘是連接泵站和引水渠的控制建筑物，位于梁濟(jì)運(yùn)河大堤上，不僅起到引水入泵站和排水出泵站的作用，還起到阻擋梁濟(jì)運(yùn)河洪澇水進(jìn)入站區(qū)的作用。汛期濟(jì)寧市梁濟(jì)運(yùn)河防洪時(shí)引水閘、出水閘工作閘門關(guān)閉，梁濟(jì)運(yùn)河節(jié)制閘完全敞開；非汛期泵站調(diào)水運(yùn)行時(shí)，引水閘、出水閘工作閘門開啟，梁濟(jì)運(yùn)河節(jié)制閘全部關(guān)閉，達(dá)到梯級(jí)向高水位調(diào)水的目的。引水閘和出水閘工作閘門均為潛孔式金屬平面鋼閘門，閘門在動(dòng)水工況下運(yùn)行，底部水流流速大，橡膠止水因水壓力作用與止水座板間摩擦力增大，另外閘門如果自身維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，可能引起閘門主輪旋轉(zhuǎn)不靈活、主輪和軌道銹蝕、門槽內(nèi)堆積垃圾等，導(dǎo)致閘門運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)閘門關(guān)閉不到位、下落過(guò)程中因阻力過(guò)大產(chǎn)生卡阻、啟閉設(shè)備過(guò)載、橡膠止水損壞等現(xiàn)象，需要對(duì)工作閘門正常運(yùn)行中的工況進(jìn)行日常維修保養(yǎng)處理。

1 故障原因分析

1）閘門增加自重克服動(dòng)水阻力。平面鋼閘門在高水位動(dòng)水工況下下落時(shí)，閘門底部水流流速會(huì)隨過(guò)流截面面積的減小而增大，根據(jù)伯努利原理分析，隨著過(guò)水?dāng)嗝嬷鸩綔p小至完全截流，除了水壓力外，過(guò)水?dāng)嗝嫦虏苛魉倜黠@加快，造成閘門底部迎背水面流速產(chǎn)生壓力差，對(duì)閘門形成托舉力增大，閘門下落速度因托舉力增大而減小，加上主輪滑動(dòng)摩擦力和橡膠止水與止水座板間摩擦力，閘門下落阻力達(dá)到一定程度與閘門自重瞬間產(chǎn)生平衡，可能造成閘門卡阻現(xiàn)象發(fā)生。

2）調(diào)正閘門橡膠止水壓縮量。長(zhǎng)溝泵站引水閘、出水閘工作閘門密封采用P 型橡膠止水，在垂直水流方向，橡膠止水自然封水平面和4 個(gè)主輪滾動(dòng)平面有2～3 mm 相對(duì)距離。距離過(guò)小，橡膠止水壓縮量不足情況下，閘門主輪輪緣與門槽內(nèi)導(dǎo)軌滾動(dòng)接觸，導(dǎo)致閘門橡膠止水封水不嚴(yán)而漏水；相反距離過(guò)大，主輪輪緣與門槽內(nèi)導(dǎo)軌無(wú)法滾動(dòng)接觸，橡膠止水壓縮量過(guò)大，橡膠止水與止水座板間摩擦力增大，摩擦阻力達(dá)到一定程度與閘門自重瞬間產(chǎn)生平衡，導(dǎo)致閘門關(guān)閉下落時(shí)產(chǎn)生卡阻，閘門開啟上升時(shí)啟閉機(jī)電機(jī)過(guò)載或橡膠止水撕裂。

3）閘門主輪維修，使之旋轉(zhuǎn)靈活。潛孔式工作閘門設(shè)計(jì)4 套懸臂式主輪部件，主輪直徑為1 000 mm，主輪和主輪軸之間采用MGB-1 工程塑料制成的自潤(rùn)滑軸套，主輪軸鑲嵌軸套部位采用鍍鉻處理，防止軸套和軸因銹蝕而抱死，軸套與軸設(shè)計(jì)為φ230H8/h7 間隙配合，軸套與主輪為φ250H7/h6 間隙配合?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試運(yùn)行中根據(jù)檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)主輪在大量人工力和外力推動(dòng)測(cè)試下均不能正常進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，基本都處于主輪抱死不動(dòng)狀態(tài)。設(shè)計(jì)實(shí)際工況是工作閘門主輪在門槽內(nèi)原本應(yīng)該為一種滾動(dòng)式的摩擦運(yùn)行狀態(tài)，而實(shí)際運(yùn)行工況為主輪與門槽導(dǎo)軌之間形成了一種滑動(dòng)式的摩擦運(yùn)行狀態(tài)，與原設(shè)計(jì)運(yùn)行實(shí)際工況完全不符。由于滾動(dòng)摩擦變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦，增加了閘門關(guān)閉下落和起升時(shí)的阻力。當(dāng)閘門下落時(shí)，因上下游水位差較大導(dǎo)致閘門在水流沖力作用下，作用在工作閘門上的順流推力加大，這時(shí)止水與止水座板間摩擦力就會(huì)增大。主輪輪緣與導(dǎo)軌面接觸，本應(yīng)該主輪在門槽導(dǎo)軌上滾動(dòng)摩擦工況變?yōu)橹本€滑動(dòng)摩擦，增加了閘門起升和下落的阻力，導(dǎo)致閘門下落受阻產(chǎn)生卡阻和起升時(shí)啟閉機(jī)電機(jī)過(guò)載。

4）門槽內(nèi)止水座板、導(dǎo)軌面存在附著物和門槽內(nèi)有異物、垃圾。南水北調(diào)東線工程輸水渠道大部分是借用原有的京杭運(yùn)河河道，河道為開敞式河道，水中漂浮大量浮生物，少量農(nóng)作物秸稈、樹枝和生活垃圾等，在引水閘、出水閘工作閘門長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行時(shí)，在止水座板、橡膠止水、導(dǎo)軌和主輪輪緣上均附著有浮生物；門槽內(nèi)在主輪行走軌跡部位有垃圾堆積，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不及時(shí)清理，影響閘門橡膠止水密封封水和啟閉、關(guān)閉。如果在主輪行走門槽內(nèi)有大的異物和垃圾，可能在閘門下落時(shí)產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象。

2 處理措施

2.1 閘門背水側(cè)空格內(nèi)增加配重

經(jīng)與閘門原設(shè)計(jì)單位溝通，在考慮啟閉機(jī)額定荷載和閘門自重的情況下，另外考慮動(dòng)水工作狀態(tài)下閘門啟動(dòng)關(guān)閉阻力和止水與止水座板間摩擦力等，復(fù)核工作閘門整體啟閉力和建筑物的整體承重支撐能力后，對(duì)引水閘、出水閘每扇工作閘門分別增加鑄鐵配重塊4.0 t，配重塊分別固定在工作閘門背水面中間縱橫梁空格內(nèi)，增加完后經(jīng)運(yùn)行試驗(yàn)，閘門在動(dòng)水工作狀態(tài)下起升和關(guān)閉，卡阻現(xiàn)象明顯減少，但是還仍然存在。閘門增加配重鑄鐵塊的重量不能太大，要同時(shí)考慮河水中泥沙、垃圾堆積等其他意外情況，否則閘門啟閉機(jī)超載，可能引起鋼絲繩拉斷、電機(jī)燒壞、啟閉機(jī)大小齒輪損壞等。

2.2 調(diào)正閘門橡膠止水壓縮量

在非調(diào)水期關(guān)閉引水閘或者出水閘檢修門，降低下游水位，工作閘門開啟起升至一定位置，使工作閘門四套主輪均露出閘墩，清除橡膠止水和主輪部件上的水生物、垃圾和異物等，用長(zhǎng)的水平卡尺放在左右兩側(cè)橡膠止水面上，測(cè)量主輪輪緣與水平卡尺距離，不得大于3 mm，且不得小于2 mm。如果大于3 mm，緊固橡膠止水壓板螺栓螺母；如果小于2 mm，適當(dāng)擰松橡膠止水壓板螺栓螺母，調(diào)節(jié)如果不能大于2 mm 時(shí)，在橡膠止水與門體接觸處適當(dāng)添加薄銅板或不銹鋼板，最終使橡膠止水頂部自然封水和4 個(gè)主輪滾動(dòng)平面有2～3 mm 壓縮量。

2.3 主輪滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦

經(jīng)對(duì)主輪部件檢查發(fā)現(xiàn)，主輪在人工外力作用下均不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，主輪軸和主輪間潤(rùn)滑油因長(zhǎng)期不維護(hù)凝結(jié)。聯(lián)系專業(yè)維修隊(duì)伍拆除主輪，清除軸套內(nèi)附著的油脂，車床加工軸套內(nèi)徑或更換內(nèi)徑稍大的軸套，加大軸套與軸的配合間隙。維修后現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，主輪部件旋轉(zhuǎn)靈活，閘門關(guān)閉下落時(shí)無(wú)卡阻現(xiàn)象發(fā)生，閘門通過(guò)荷重儀檢測(cè)，顯示數(shù)據(jù)反應(yīng)連續(xù)無(wú)跳變，閘門可順利正常關(guān)閉到位。

2.4 定期清理附著物

在泵站日常運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，定期開啟閘門清除橡膠止水和主輪部件上的水生物、垃圾和異物，定期清理門槽內(nèi)止水座板和主輪導(dǎo)軌上的垃圾和異物，保證工作閘門正常運(yùn)行。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上述描述，圓滿解決了引水閘、出水閘工作閘門因閘門自重、主輪抱死和止水壓縮量過(guò)大等原因造成的下落卡阻、閘門關(guān)閉不到位、橡膠止水損壞等問(wèn)題。南水北調(diào)東線共7 座泵站、3座水庫(kù)和穿黃河閘及渠道工程，沿途有多個(gè)相同類型閘站，閘門運(yùn)行方式基本相同，特別是穿黃工程中工作閘門設(shè)計(jì)水頭大，此類問(wèn)題更為明顯，類似問(wèn)題均可借鑒此處理方案進(jìn)行處理。