大型船閘反弧門頂止水固定方案改進研究

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方案，并在某船閘反弧門頂止水更換檢修中應用，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文獻標識碼：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、大型化方向快速發展，輸水閥門是船閘輸水系統的咽喉，其安全、平穩、高效運行對船閘安全高效通航至關重要，目前國內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”水流中，承受著復雜的水動力荷載作用，運行頻繁，工作條件十分惡劣，結構受力復雜，相對船閘其他設備，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、聯門軸與吊桿相連，在啟閉機作用下實現啟閉運行，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現，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、聯門軸串動、聯門軸軸承磨損、反弧門面板氣蝕等。根據某大型船閘歷年反弧門檢修統計數據看出，頂止水故障率在95%以上，經過現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，將導致反弧門在啟閉過程中發生門體振動，影響正常運行，異常振動對反弧門及啟閉系統安全存在隱患。

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，需要進行擴孔攻絲修復處理，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，頂止水承受反復壓縮剪切力而損壞，表現出水力撕裂、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時強烈自激振動現象，在反復沖擊、振動下，導致固定螺栓松動，進而牽拉座板螺紋孔，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生松動，螺栓與止水座板之間出現螺紋間隙，繼續受到沖擊、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，當磨損情況出現時，會先對螺紋孔產生損壞。

3改進方案

根據對頂止水裝置失效現狀分析，針對產生的原因加以改進。

3.1頂止水松動、破損改進方案

（1）調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方案

（1）在反弧門迎水面導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，當磨損出現時，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。

3.3改進方案研究

圖2為反弧門頂止水安裝固定改進方案布置圖，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，在反弧門迎水面導流板上增設6處Φ120mm的工藝孔。反弧門全關時，調整頂止水壓縮量并安裝在座板上，前排安裝通孔螺栓，通過閥門迎水面導流板工藝孔進入安裝緊固前排通孔螺栓螺母，后排通過螺栓擰緊固定。

4現場應用

為進一步驗證頂止水安裝固定改進方案的使用效果，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）在反弧門迎水面導流板上增設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整頂止水與門楣之間壓縮量到設定值，對頂止水進行蒙孔、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，在反弧門迎水面導流板上增設6 處工藝孔。

小結：經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結論

通過對大型船閘反弧門頂止水固定改進方案進行研究及實際應用，可以得到如下結論：

（1）根據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生的原因。

（2）研究提出了滿足實際需要的安裝固定改進方案，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）實際應用了所研究提出的頂止水安裝固定改進方案，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。

參考文獻：

[1]鄭雁.葛洲壩3號船閘反弧門止水裝置改進方案的研究[J].水運工程，2001（5）：41-44.

[2]居祥，王定山.淺議三峽永久船閘輸水廊道反弧門止水安裝[J].治淮，2017，467（7）：42-43.

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