杨克昌

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

临城水库位于子牙河系滏阳河支流泜河南北支汇流处，坝址坐落在临城县，总库容1.7125亿m3，以防洪为主，结合灌溉、发电、水产养殖等综合利用的大（Ⅱ）型水库。工程于1958年8月动工兴建，1960年8月主体工程基本完工并开始拦洪蓄水。1990～1991年部分项目进行了除险加固，使水库达到现状规模，主要建筑物有拦河坝、3座溢洪道、电站、泄洪洞及尾渠等。2006～2008年对水库主要建筑物进行了除险加固。

2 输水洞金属结构设计

输水洞金属结构设备改建包括更换进、出口闸门、埋件及其启闭设备，更换进口拦污栅。改建后进口设1扇拦污栅和1扇事故闸门，出口设1扇工作闸门。

2.1 进口事故闸门及启闭机

事故闸门共1孔，改建后事故闸门为潜孔式平面钢闸门，滚轮支承，孔口尺寸为1.8m×1.8m（宽×高），设计水头23.161m，单吊点，封水为P型橡皮后封水型式。闸门在制造安装前，对原门槽埋件及相关土建的详细尺寸、位置等进行测量，根据实测的孔口尺寸，确定原门槽中心线和孔口中心线，做好标记后供安装使用。尤其是门槽中心线距上、下游胸墙的距离，根据实测情况，设计门楣的结构型式和上游胸墙预留距离，以满足闸门闸门动水闭门是补水和形成水柱的要求。启闭机为固定卷扬式启闭机，工作级别Q2-轻，容量400kN，扬程21m，自重6t。滑轮倍率为4，卷筒直径600mm，为双联、钢丝绳多层缠绕，钢丝绳采用线接触金属芯镀锌钢丝绳，制动器采用YWZ型液压制动器，减速器采用QJS系列中硬齿面减速器，启闭机配有开度仪和电子式荷载限制器。高度传感器分辨率1cm，荷重传感器分辨率0.1kN。闸门开度传感器与卷筒轴联接，荷重传感器置于平衡滑轮轴内。吊具上升至0.25m时应预报警，声光断续，当上升至0.3m时，自动切断电源，启闭机停止运行，在启闭机重新启动，吊具上升至20.5m时应预报警，声光断续，当上升至21m时，自动切断电源，启闭机停止运行。吊具下降至0.1m时应预报警，声光断续，当下降至0m时，自动切断电源，启闭机停止运行。当荷载达到90%额定荷载（360kN）时，装置应有断续的声光报警，但不切断起升回路工作能正常进行，当荷载达到110%额定荷载（440kN）时，装置应有声光报警，并切断起升回路电源。闸门操作方式为动水闭门，小开度充水平压后启门。为避免输水洞长期处于有压状态，事故门平时处于关闭挡水状态。

2.2 出口工作闸门及启闭机

工作闸门共1孔，改建后工作闸门为潜孔式平面钢闸门，滚轮支承，孔口尺寸1.8m×1.8m（宽×高），设计水头23.37m，单吊点，封水为P型橡皮前封水型式，闸门重2.30t，埋件重2.07t，闸门及埋件主材Q235B。

启闭机采用手电两用螺杆式启闭机，工作级别Q2-轻，容量500kN/250kN，扬程3m。螺杆启闭机的电机轴与涡轮轴为直接连接方式，螺杆材料45钢，机座材料HT200，蜗轮材料ZCuSn10P1，蜗杆材料45钢调质。

启闭机配有机械式极限位置限制器和编码器 （能够输出4～20mA模拟量信号），能以数字形式显示闸门的开度，用以控制和显示闸门上、下极限位置及预先设定的工作位置，具有到位自动停机功能。

启闭机设置机械过负荷限制器，负荷限制器传感器安装在机座内，在启动柜上以数字显示吊具上的荷载，避免启闭机超载和螺杆压弯事故的发生。闸门操作方式为动水启闭。

3 泄洪洞金属结构设计

泄洪洞金属结构设备改建包括更换出口闸门、埋件及其启闭设备。工作闸门共2孔，孔口尺寸2.5m×3.0m（宽×高），设计水头16.527m，单吊点，封水为P型橡皮前封水型式。经多年运行，发现原金属结构设备存在：①闸门水封失效，漏水严重；②埋件设计不合理，导致闸门局开时门顶出现射水现象；③闸门主轮采用铜套，锈蚀较严重，导致主轮转动不灵活。

根据上述缺陷，本工程在主轮结构中采用了自润滑轴承新型材料。

3.1 主轮结构

在以往主轮的设计中，轴承多采用铸铝铁青铜，其对钢的摩擦系数为0.3。经工程实践证明，该轴承在潮湿环境中容易与轴抱死，使滚动摩擦变为滑动摩擦，从而使启闭机超载，导致无法正常启闭闸门。本工程中采用了工程塑料合金自润滑轴承这一新型材料。该轴承是一种单体复合材料，不仅其硬度小，耐磨性更为优越，有一定的弹性变形能力，利于闸门的安装及安全运用。虽然该轴承变形能力强，但其抗压强度大，达到50MPa，较好地满足了强度要求。同时该轴承具有自润滑性能，在工作中不需添加润滑剂，给管理维护带来了方便。除此之外，轴承与轴的摩擦系数小，无润滑时0.16，水润滑时0.05，油润滑时0.02，降低了闸门的启门力。值得注意的是，由于轴承硬度小，当轴承与轮子进行装配时，内孔将会收缩，而易导致轴承与轴抱死，因此，轴承与轮子和轴的配合非常关键，不能用铜套的配合代替。

轴承与轮子采用的配合H8，轴承与轴采用的配合f8。轴承安装后，闸门的滚轮转动灵活。

3.2 顶水封结构

由于该闸门处于泄洪洞的出口，且为前封水型式，故闸门在开启过程中，水封在与埋件的摩擦和水流的冲击下翻卷，易使橡皮损坏。针对此种情况，将水封压板做成倒L型，使其与橡皮的间隙为2mm。开启闸门时，橡皮与压板接触，从而有效地保护了橡皮。顶水封结构如图1所示。

图1 顶水封结构

3.3 门楣结构设计

按照水力学计算，当在设计水位下刚刚开启闸门时，输水洞出口富裕水头约为6m，而随着开度的增大，富裕水头急剧下降。原门楣没有不锈钢板，且高出孔口300mm后向上游45°角弯折，闸门在开启过程中，当顶水封运行到高出孔口300mm时，闸门顶部将射起水柱，从而影响闸门的正常运行。为了解决此问题，将埋件加高到1m，在基体钢板上焊1条不锈钢板，伸到基体钢板转折处，为了保证不锈钢板的直线度，要求其表面进行机加工，加工后的表面粗糙度为12.5μm。为了防止不锈钢板在焊接时出现起鼓、不平等不符合规范的现象，要求在滑道中心采用准10mm塞焊加固，间距200mm。门楣具体结构如图2所示。

图2 门楣结构

4 电站分水闸金属结构设计

电站分水闸金属结构设备改建包括更换闸门、埋件及其启闭设备。工作闸门共5孔，其中2孔控制灌渠流量，3孔控制河道流量。改建后工作闸门采用组装式铸铁闸门，孔口尺寸2.1 m×2.5m（宽×高），设计水头2 m，门框高度3.8m。铸铁闸门楔紧斜铁用螺栓紧固于闸框上，楔紧斜铁与闸板上斜楔中部接触面积不小于斜楔面积的25%，楔紧面的表面粗糙度不大于12.5μm。启闭机采用手电两用螺杆式启闭机，工作级别为Q2-轻，容量为50kN/15kN，扬程3m，自重0.5t。启闭机在机架桥桥面露天布置，设有螺杆罩和机罩。螺杆启闭机的电机轴与涡轮轴为直接连接方式，启闭机配有开度仪和机械式荷载限制器。

5 结语

（1）金属结构设备布置、选型合理，设计符合现行规范、技术标准有关规定。通过水库除险加固工程，将影响水库安全运用的金属结构设备进行了改建。目前，水库金属结构设备满足了水库蓄水和安全运用的要求。

（2）泄洪洞和输水洞工作闸门在设计中采用了前封水，埋件采用了适合本工程运用工况的门楣结构型式，解决了闸门在开启时门顶射水的现象。

（3）主轮采用了自润滑轴承，降低了启闭机容量，提高了闸门运用的可靠性。

（4）在启闭机设计中，事故闸门采用固定卷扬式启闭机，工作闸门采用螺杆式启闭机。启闭机均配有开度仪和荷载限制器。

［1］沈德民，李毓芬，庄文中，等.水电站机电设计手册金属结构（一）［M］.北京：水利电力出版社，1985.

［2］沈德民，李毓芬，庄文中，等.水电站机电设计手册金属结构（二）［M］.北京：水利电力出版社，1985.

［3］DL／T5167—2002，水利水电工程启闭机设计规范［S］.

［4］DL／T5039—95，水利水电工程钢闸门设计规范［S］.

［5］GB 50017—2003，钢结构设计规范［S］.

［6］王国周， 瞿履谦.钢结构原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，1993.

［7］胡孝良.水工起重机械［M］.北京：水利电力出版社，1989.

［8］夏念凌，金泰来.水工钢闸门设计［M］.北京：水利出版社，1980.