水利水電工程閘門(mén)控制技術(shù)與運(yùn)行維護(hù)管理方法分析

陳澤勇

廣東省陽(yáng)江市機(jī)電排灌管理總站 廣東 陽(yáng)江 529500

引言

就目前狀況而言，水利水電工程閘門(mén)具有水位調(diào)節(jié)、流量管控等作用，可有效預(yù)防洪澇災(zāi)害，推動(dòng)地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。一旦水閘運(yùn)行階段形成安全隱患，都將對(duì)周邊居民日常生活、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成影響。故此應(yīng)了解水閘的基本結(jié)構(gòu)與類(lèi)型，結(jié)合水利水電工程實(shí)際情況，做好水閘日常運(yùn)行管理方法，并能掌握閘門(mén)控制技術(shù)方法的要求，及時(shí)解決水閘潛在運(yùn)行隱患。

1 閘門(mén)基本結(jié)構(gòu)與形式

閘門(mén)組成結(jié)構(gòu)包含啟閉設(shè)備、埋固部分、主體活動(dòng)3個(gè)部分。其中啟閉設(shè)備與門(mén)葉吊耳相連接，有利于靈活控制閘門(mén)，個(gè)別閘門(mén)利用水力進(jìn)行啟閉控制。埋件部分由門(mén)楣、底檻、主軌、鉸座等組成，主要安裝于孔口旁邊，通過(guò)錨筋與建筑混凝土固牢，向水利水電建筑物傳遞水壓力等荷載，體現(xiàn)閘門(mén)的止水性能。主體活動(dòng)部由支承行走部件、止水裝置、承重結(jié)構(gòu)、吊耳等組成。閘門(mén)正常運(yùn)行期間，閘室屬于主體，具有管控過(guò)閘流量、擋水作用，與上下游連接段、建筑物相連接。

選擇閘門(mén)基本形式過(guò)程中，需要綜合考慮多種因素，再依據(jù)閘門(mén)結(jié)構(gòu)特征，全面分析有關(guān)資料，進(jìn)行反復(fù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后選定。影響因素包含啟閉力、工程造價(jià)、閘門(mén)運(yùn)行性質(zhì)、地理位置、綜合運(yùn)行條件等等。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，最常見(jiàn)閘門(mén)形式包含弧形與平面閘門(mén)。當(dāng)水閘展開(kāi)關(guān)門(mén)擋水作業(yè)時(shí)，閘室需承擔(dān)上下游水差形成的水平推力，極有可能導(dǎo)致水閘向下游方向滑動(dòng)，形成重大安全隱患。為防止該現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計(jì)閘室期間應(yīng)重點(diǎn)檢驗(yàn)閘室的抗滑穩(wěn)定性，保障閘室運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 閘門(mén)的基本類(lèi)型

作為水利水電工程的關(guān)鍵組成部分，閘門(mén)起到封閉孔口、局部開(kāi)放孔口的作用，根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)上下游水位，排除沉沙、漂浮物等，促使閘門(mén)類(lèi)型多種多樣。按照工作性質(zhì)劃分閘門(mén)分成：事故閘門(mén)，出現(xiàn)運(yùn)行事故時(shí)能自主關(guān)閉；檢修閘門(mén)，檢修期間負(fù)責(zé)擋水；工作閘門(mén)，處于動(dòng)水作業(yè)環(huán)境。按照安裝位置分類(lèi)：潛孔式閘門(mén)，主要設(shè)置于潛沒(méi)式泄水孔口，閘門(mén)關(guān)閉孔口時(shí)，門(mén)葉頂部未超過(guò)擋水處水位高度，應(yīng)在四邊增設(shè)止水裝置；露頂式閘門(mén)，安裝于開(kāi)敞式泄水孔口位置，閘門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下門(mén)葉頂部高度超過(guò)擋水處水位。按照結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造特征分成：平面門(mén)葉鋼閘門(mén)，鋼閘門(mén)外表面呈平面擋水面板的形狀，又可分成升臥式、直升式、橫拉等；弧形閘門(mén)，外表呈現(xiàn)圓弧形，還可分成立軸式、繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)弧形閘門(mén)。按照原材料分成鑄鐵式、木質(zhì)、木面板鋼構(gòu)架、鋼筋混凝土閘門(mén)等[1]。

3 水利水電工程閘門(mén)控制技術(shù)方法

3.1 閘門(mén)遠(yuǎn)程控制技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)全程動(dòng)態(tài)化管控水利水電工程的閘門(mén)，應(yīng)融入現(xiàn)代化技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，搭建閘門(mén)遠(yuǎn)程控制技術(shù)系統(tǒng)，設(shè)立閘站監(jiān)控系統(tǒng)、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系統(tǒng)，分別扮演著控制與執(zhí)行的角色。系統(tǒng)運(yùn)行期間，總調(diào)中心利用閘站監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)命令，依次向PLC通信平臺(tái)、啟閉機(jī)系統(tǒng)等傳遞。閘門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，閘站監(jiān)控系統(tǒng)屬于關(guān)鍵，有助于調(diào)度中心遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制排冰閘、節(jié)制閘、控制閘等，還能通過(guò)中心控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示閘門(mén)運(yùn)行參數(shù)，一旦出現(xiàn)異常參數(shù)，系統(tǒng)能立刻報(bào)警處理。該系統(tǒng)分成遠(yuǎn)程閘站、現(xiàn)地閘站監(jiān)控系統(tǒng)，二者處于相互聯(lián)系且獨(dú)立的關(guān)系，主要體現(xiàn)于系統(tǒng)參數(shù)一致，但處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，能獨(dú)立監(jiān)控與控制閘站的運(yùn)行狀態(tài)。

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系統(tǒng)以液體壓力為載體進(jìn)行能量傳遞，從而達(dá)到控制閘門(mén)關(guān)閉與開(kāi)啟的目的。系統(tǒng)作業(yè)原理為：液壓泵轉(zhuǎn)變?cè)瓌?dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能，轉(zhuǎn)變成液體壓力能，通過(guò)液壓閥與油管道到達(dá)液壓缸，最終變成工作機(jī)的機(jī)械能，有序完成閘門(mén)啟閉動(dòng)作。同時(shí)，閘門(mén)油缸搭配開(kāi)度儀，起到全過(guò)程記錄與檢測(cè)閘門(mén)運(yùn)行狀態(tài)的作用，還包含液位控制器、溫度傳感器、電壓力繼電器等，遠(yuǎn)程控制油液溫度、壓力等。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行期間，標(biāo)準(zhǔn)電氣控制柜為主要中間設(shè)備，負(fù)責(zé)連接不同功能的變送器與傳感器，全面化轉(zhuǎn)換、采集與整理信號(hào)。其中電氣控制柜組成部分包含變壓器、PLC模塊、繼電器等結(jié)構(gòu)。

3.2 弧形閘門(mén)測(cè)量控制技術(shù)

與其他閘門(mén)相比，弧形閘門(mén)安裝階段對(duì)測(cè)量精度、工藝等方面要求更高，需制定完整的弧形閘門(mén)測(cè)量控制技術(shù)方案，掌握測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)、閘門(mén)底坎安裝、錨栓架套膜安裝等要點(diǎn)。其中測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)屬于重點(diǎn)內(nèi)容，需參考水利水電工程基本情況，充分確保閘門(mén)安裝質(zhì)量。具體操作過(guò)程中，選擇三角測(cè)量法，依據(jù)施工等級(jí)確定排漂孔底板孔洞的位置，再借助測(cè)繪平差軟件獲取精準(zhǔn)的平差結(jié)果，隨后展開(kāi)校核作業(yè)，最大程度上縮小布設(shè)誤差。布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，技術(shù)人員先在地面用紅筆標(biāo)記，有助于一邊校核一邊調(diào)整。另外，閘門(mén)測(cè)量控制技術(shù)中錨栓架套模安裝也屬于關(guān)鍵點(diǎn)，為調(diào)整大體積支鉸創(chuàng)建有利條件。錨栓架安裝位置檢測(cè)時(shí)，利用全站儀、鋼尺等測(cè)量工具，提高定位檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.3 閘門(mén)焊接變形控制技術(shù)

為充分發(fā)揮閘門(mén)的作用，維護(hù)水利水電工程運(yùn)行的穩(wěn)定性，需了解焊接規(guī)范、技術(shù)手段、先后順序等。通過(guò)焊接熱源加熱結(jié)構(gòu)時(shí)，若受熱不均勻，將出現(xiàn)嚴(yán)重焊接變形問(wèn)題，故此應(yīng)掌握閘門(mén)焊接變形控制技術(shù)，明確相關(guān)注意事項(xiàng)，制定可行性較高的焊接方案。

3.3.1 焊接規(guī)范。要求閘門(mén)焊接前期準(zhǔn)備階段，多方面評(píng)定焊接工藝，制定最適合的焊接工藝，減少焊接線(xiàn)的能量輸入，以此防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的問(wèn)題。

3.3.2 焊接技術(shù)手段。多數(shù)情況下閘門(mén)焊接變形，多是由于加熱不均勻，加熱情況直接關(guān)系到焊接變形面積。若焊接操作方法、加熱程度、熱源等不相同，焊接變形程度也不盡相同。現(xiàn)階段，常見(jiàn)焊接包括手工電弧、氣焊接、埋弧自動(dòng)焊接、氣體保護(hù)焊接等，其中氣體保護(hù)焊接與埋弧自動(dòng)焊接方式不易發(fā)生變形問(wèn)題。采用氣體保護(hù)焊接方式時(shí)，可選擇二氧化碳?xì)怏w，從根本上保證焊接加熱的均勻性，降低變形概率。

3.3.3 焊接先后順序。閘門(mén)焊接期間，先焊接距離形心軸較近的構(gòu)件，逐步提高剛度，若發(fā)現(xiàn)形心軸兩側(cè)存有不同大小的焊縫，應(yīng)先焊接焊縫數(shù)量較少的一側(cè)。針對(duì)較長(zhǎng)的焊縫，采用斷續(xù)焊接方法。常規(guī)焊接流程：①隔板對(duì)接縫。從形心軸開(kāi)始分別向兩側(cè)焊接，采取對(duì)稱(chēng)焊接的方式。②后翼緣板位置。從閘門(mén)邊梁入手，再逐次焊接后翼緣板、縱梁翼緣。③面板焊縫，選用斷續(xù)焊接方式。④面板與后翼緣位置的焊縫。

4 水利水電工程閘門(mén)運(yùn)行維護(hù)管理方法

4.1 閘門(mén)支承移動(dòng)部件的管理維護(hù)

閘門(mén)運(yùn)行維護(hù)期間，支承移動(dòng)部件的管理維護(hù)屬于重點(diǎn)，需了解該部件的結(jié)構(gòu)與作用，采取恰當(dāng)?shù)木S護(hù)管理方法。在水利水電工程閘門(mén)結(jié)構(gòu)中，支承移動(dòng)部件能轉(zhuǎn)移閘門(mén)的水平荷載，向閘墩傳遞，還能維護(hù)閘門(mén)上下移動(dòng)，沿著門(mén)槽軌跡運(yùn)行，也被稱(chēng)為行走的支承部件。該部件由反輪、主輪、側(cè)輪組成，需對(duì)三個(gè)部件進(jìn)行分別檢查，避免由于支承移動(dòng)部件因素而影響閘門(mén)運(yùn)行質(zhì)量。

一般保養(yǎng)管理維護(hù)方法下，多采用涂抹適量潤(rùn)滑油的方式，潤(rùn)滑主輪、吊耳等部位，還能除塵防銹，維護(hù)閘門(mén)運(yùn)行的穩(wěn)定性。支承移動(dòng)部件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，極有可能發(fā)生滾輪銹死的情況，多是由于滾輪潤(rùn)滑不足，在其他因素的干擾下生銹，使其運(yùn)行效率降低。解決此類(lèi)問(wèn)題時(shí)需及時(shí)清除鐵銹，加入足夠量的潤(rùn)滑油。但滾輪位于門(mén)槽之間不易操作，難以保障潤(rùn)滑效果，故此應(yīng)在油孔位置增設(shè)加油嘴，連接啟閉機(jī)室的油箱，持續(xù)向油管輸入潤(rùn)滑油，降低操作難度，此項(xiàng)裝置比較適用于黏度較低的潤(rùn)滑油。若潤(rùn)滑油較為黏稠，應(yīng)增設(shè)自動(dòng)加油器，通過(guò)絲扣連接加油器，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中向油倉(cāng)施入一定量的壓力，在壓力的作用下潤(rùn)滑油自主移動(dòng)[2]。

4.2 鋼制閘門(mén)的防銹維護(hù)管理

為取得良好的防銹效果，應(yīng)先針對(duì)鋼制閘門(mén)展開(kāi)全方位除銹作業(yè)，其中機(jī)械除銹方法較為常見(jiàn)，正確使用空氣壓縮機(jī)，向鋼閘門(mén)噴射適量的沙子，產(chǎn)生一定大小的摩擦力，達(dá)到除銹效果。進(jìn)入防銹處理環(huán)節(jié)，可選擇油漆防銹方式，作業(yè)流程為：①涂抹一層厚度適中的環(huán)氧云鐵防銹漆，完全干燥后先后涂抹兩層瀝青漆，也需保障油漆完全干透后再涂抹下一層瀝青漆。②提前加熱瀝青漆，不需散熱直接涂抹至鋼制閘門(mén)，以此從根本上預(yù)防鐵銹。不僅如此，噴涂防銹蝕材料也可防銹，經(jīng)濟(jì)性良好且操作方便，主要運(yùn)用氟涂料、高氯化聚乙烯材料，此類(lèi)材料耐腐蝕性能良好。

4.3 閘門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉維護(hù)管理

閘門(mén)啟閉維護(hù)管理時(shí)，分成制定與選擇啟閉方案、操作管理兩個(gè)內(nèi)容，需立足于水利水電工程實(shí)際運(yùn)行需求，選擇恰當(dāng)?shù)牟僮鞯姆桨?。啟閉方案的可行性與合理性，關(guān)系到閘門(mén)運(yùn)行的安全性與管理效果，若啟閉方案不恰當(dāng)，將影響下游河床，甚至威脅工程的安全性。水閘存在多個(gè)孔洞，則優(yōu)先選擇對(duì)稱(chēng)啟閉或者多節(jié)均勻啟閉的方法。若資金充足或者作業(yè)條件良好，也可選擇對(duì)稱(chēng)與分節(jié)相融合的方法，操作要點(diǎn)：閘門(mén)開(kāi)啟階段，先打開(kāi)中孔再逐一打開(kāi)兩側(cè)的孔洞，關(guān)閉順序則相反，整個(gè)操作階段杜絕出現(xiàn)不同步啟閉現(xiàn)象。分節(jié)啟閉操作要點(diǎn)：前提條件為保障啟閘幅度與落閘幅度一致，再分成的不同節(jié)進(jìn)行啟閉操作，同時(shí)參考閘門(mén)下游水深的變化規(guī)律，科學(xué)設(shè)置分節(jié)高度，促使下游所產(chǎn)生的淹沒(méi)水躍范圍不超過(guò)消力池，過(guò)閘水流不存在旋渦、集中水流等。為有效提高閘門(mén)啟閉管理水平，有關(guān)部門(mén)應(yīng)實(shí)行崗位責(zé)任制，細(xì)化每個(gè)崗位的主要職責(zé)與日常工作內(nèi)容，以便于出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能第一時(shí)間找到責(zé)任人，避免出現(xiàn)互相推卸責(zé)任的情況。

4.4 閘門(mén)日常維護(hù)要點(diǎn)

水利水電工程閘門(mén)運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，日常維護(hù)與管理是保障其安全運(yùn)行的關(guān)鍵，也是延長(zhǎng)閘門(mén)運(yùn)行壽命的關(guān)鍵。日常維護(hù)期需重視以下幾項(xiàng)工程，具體來(lái)說(shuō)：①加強(qiáng)每天清理與檢查力度。啟閉階段一部分漂浮物等雜物逐漸向閘門(mén)擋水一側(cè)，若清理不及時(shí)閘門(mén)位置將出現(xiàn)震動(dòng)、卡阻情況，誘發(fā)漏水問(wèn)題，這就需求管理者制定閘門(mén)清理維護(hù)值班制度，委派相關(guān)人員定期清理雜物。②調(diào)整與檢測(cè)。閘門(mén)啟閉階段，要求輔助監(jiān)測(cè)人員能端正工作態(tài)度，重點(diǎn)觀(guān)察閘門(mén)位置是否存在不平衡、傾斜、偏移等問(wèn)題[3]。③清理淤泥。淤泥已成為阻礙閘門(mén)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，若上游位置淤泥堆積嚴(yán)重，閘門(mén)產(chǎn)生較高的運(yùn)行壓力，故此需不定期利用機(jī)械設(shè)備清理淤泥，如高壓水槍。不僅如此，啟閉機(jī)日常維護(hù)檢測(cè)也不可忽視，可采取特別檢查、定期檢查、一般性檢查等方法。特備檢查適用于發(fā)生重大自然災(zāi)害，定期檢查為每年汛期到來(lái)前和汛期結(jié)束后的兩次全面化檢查，一般性檢查指每月定期檢查一次啟閉機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著水利水電工程規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，水閘愈加重要，應(yīng)采取多樣化的水閘控制技術(shù)，明確水閘運(yùn)行管理維護(hù)要點(diǎn)，構(gòu)建安全化的運(yùn)行環(huán)境。運(yùn)行維護(hù)管理期間，掌握閘門(mén)日常維護(hù)要點(diǎn)，重視閘門(mén)的防銹維護(hù)管理，并能靈活運(yùn)用閘門(mén)測(cè)量控制、遠(yuǎn)程控制、焊接變形控制技術(shù)方法等。