深孔弧形闸门设计与制造浅析

2015-08-15赵瑞花

山西水利 2015年1期

关键词：弧门支臂门体

赵瑞花

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 概述

闸门是水利水电工程中的重要设备之一，是调节上下游水位和流量的重要水利设施。按闸门的构造分类，应用最多的是平面闸门和弧形闸门，其中弧形闸门按闸门所挡水位的高低，又分为表孔弧形闸门和深孔弧形闸门。

2 弧形闸门优点和适用条件

2.1 弧形闸门优点

弧形闸门具有如下优点：一是闸门挡水面呈圆弧面，泄流时比较符合闸下自由出流的流线；二是闸墩侧面无门槽干扰，高速水流通过闸门边界时，不易产生分离和漩涡，泄流条件较好；三是闸门启闭力较同尺寸的平面闸门小。

2.2 适用条件

深式泄水孔通常担负泄洪、引水、放空、排沙等重要任务，一般在进口设事故检修闸门，出口设工作闸门。综合弧形闸门的各项优点，当深式泄水孔工作闸门孔口尺寸较大，且操作水头大于50m时，应尽量选用弧形闸门。

3 深孔弧形闸门设计

深孔弧形闸门主要包括门体、止水、支臂、支铰等几部分。

3.1门体设计

弧形闸门的面板为圆弧形，面板曲率半径可取门高的1.2～2.2倍，闸门的转动中心通常与面板圆心相重合。弧形闸门门体结构主要有主横梁式和主纵梁式，梁系的连接可分为同层布置和叠层布置。目前常用的有以下三种结构型式：

主横梁同层布置：闸门整体刚度大，适用于宽高较大的弧形闸门。

主纵梁叠层布置：优点是便于运输分段，安装拼接简便；缺点是梁系连接高度高，整体刚度差。适用于宽高较小的弧形闸门。

主纵梁同层布置：优点是降低了梁系连接高度，增加了闸门整体刚度；缺点是制造加工要求较高，分缝的拼接比较困难。适用于宽高较小的弧形闸门。

3.2 止水设计

深孔闸门的止水一般应能保证闸门关闭时止水严密，启闭过程摩阻力小，以及不造成因门顶射流而引起闸门的不利振动。

深孔弧门的顶止水型式较多，目前应用最多的是两道P型橡皮组成的顶止水结构，即门上和门楣上各一道。这种型式的顶止水橡皮可依靠水压力和预留压缩量压紧面板，达到良好的止水效果。

深孔弧门的侧止水一般采用方头P型橡皮，其侧面为弧面，与固定在门楣上的止水线始终紧密接触，达到止水目的。

深孔弧门的底止水采用条形止水橡皮，底止水前面板底部及底止水橡皮底部均加工成斜面，以保证闸门底缘水流平顺及底止水均匀压紧，严密止水。

3.3 支臂设计

主横梁式弧门的支臂有直支臂和斜支臂两种。同尺寸的弧门采用直支臂较斜支臂对闸墙的水平推力小，且主横梁悬臂部分产生的负弯矩能抵减跨中的正弯矩，因而深孔弧门较适宜采用直支臂。斜支臂则多用于宽度较大的表孔弧门。

支臂结构形式常见的为箱形结构，箱形支臂内为封闭区，不得漏水。

支臂为偏心受压柱，除应满足强度要求外，还应验算其在弯矩作用平面内外的稳定性，保证在外力作用下，能保持静力平衡。

3.4 支铰设计

深孔弧门的支铰位置一般布置在门高的1.1倍以上。弧形闸门的支铰承受全部水压力和启闭过程中的部分启闭力和门重，各种荷载通过支臂传至铰链，再经铰轴传至铰座，最后将全部荷载传至闸墩。

支铰的结构型式主要有三种：圆柱铰、圆锥铰、球铰。圆柱铰结构简单、制造安装方便、自重较轻、造价低，适用于跨度不大的闸门，目前采用较多。圆锥铰结构复杂、重量大、加工成本高，适用于闸门跨度大或支铰侧推力较大的斜支臂弧形闸门中。球铰制造复杂，使用较少。

斜支臂的支铰一般支承于钢筋混凝土牛腿上，不需增设支承结构。直支臂的支铰需要特定的土建支承，通过预埋螺栓固定于支承横梁上，增加了土建工程量。

4 深孔弧形闸门制造

深孔弧形闸门的制造是对设计成果的检验，其加工质量的优劣直接决定闸门的使用寿命。

4.1 门体制造

弧门门体制造一般采用卧式拼装法，焊接技术是制造的关键。弧门面板焊接时必须开坡口，较薄的面板可以开单面“V”型坡口，较厚的面板可以开双面不对称“V”型坡口。弧门焊接过程中，不仅存在纵向和横向的收缩变形，而且还存在沿径向的收缩变形，因此放样下料、搭设弧形台时曲率半径均要放大，以便制造出的弧门曲率半径符合规范要求。

焊接变形主要为纵向和横向收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等。预防变形方法主要有反变形法、散热法、刚性固定法、采用合理的装配和焊接顺序控制变形等。

4.2 止水制造

止水装置是保证闸门可靠运行的重要设施，制造时要求止水装置与止水座配合严密，不留缝隙，以免产生漏水或射水而引起闸门振动。因此，止水橡皮下料时要留有一定的因变形而产生的伸缩量。同时，为了消除因门体变形造成止水面存在的不平度误差，可在止水橡皮带下加一层橡皮垫片，依靠垫片厚度来调整误差，保证止水面的平整度，达到严密止水目的。