水利工程鑄鐵閘門應用研究

江 寧 王 煦

（1.水利部綜合事業局水利機械管理處,北京 100053;

2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司,江蘇揚州 225009）

水利工程鑄鐵閘門應用研究

江 寧1王 煦2

（1.水利部綜合事業局水利機械管理處,北京 100053;

2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司,江蘇揚州 225009）

本文通過對水利工程中鑄鐵閘門使用情況的介紹,分析鑄鐵閘門的結構特點,總結設計與制造鑄鐵閘門的控制要點,為設計、制造及監造過程提供一定的經驗,以使其能水利工程廣泛使用鑄鐵閘門。

鑄鐵閘門;設計;制造;標準

鑄鐵閘門最初使用于給排水工程,逐步推廣至市政工程、農田水利工程。因其具有良好的耐腐蝕,止水密封好,安裝簡單,使用壽命長,日常維護簡單等特點也漸漸使用于中小型水利工程。特別是在底水頭涵閘工程中使用鑄鐵閘門較為方便,已經得到廣泛的使用。

多年來僅城鄉建設部門制定了 《供水排水用鑄鐵閘門》（CJ/T3006-1992）規范,該規范主要針對給排水工程而制定,適用的范圍比較窄,特別是對中小型水利工程,該規范還存在較多的問題需要解決。由于多方面的原因,鑄鐵閘門和啟閉機的質量問題在水利工程使用工程已發生一些問題,鑄鐵閘門和啟閉機的質量管理亟待加強。項目法人及設計、咨詢、監理、設備制造、施工安裝等單位,要提高對鑄鐵閘門和啟閉機質量管理重要性的認識,采取有效措施加強對鑄鐵閘門和啟閉機的質量管理。本文主要介紹閘門結構特點,設計制造過程,總結制定鑄鐵設計與制造驗收規范的必要性。

1 鑄鐵閘門結構布置與特點

1.1 鑄鐵閘門結構型式

鑄鐵閘門主要由門框、門板、密封圈及可調式鍥型壓塊等部件組成。門框采用經澆鑄加工,門框兩側自帶導槽,加工之后作門體升降的軌道。在門框密封平面加工一道槽,鑲入金屬密封座,作為止水密封兼支承面,密封座材料采用ZCuSn5Pb5Zn5（青銅）。同樣在門體平面加工成槽并安裝金屬密封座,作為門板的止水密封面。門板兩側經加工后與門框側槽配合,形成上下滑軌。為達到閘門的止水效果,閘門兩側設置楔塊,楔緊副采用螺栓分別與門體和門框上的楔座固定。門體上端自帶有吊耳,與螺桿啟閉機相連。

鑄鐵閘門面板型式根據設計水頭和孔口尺寸,大致分為兩種型式,一種為是平板高筋型,即門板為前面板加筋,門板整體鑄造成方形平板,面板布置在整個門板的前面,在面板的后面布置 “#”字形的加強筋,面板的厚度以及加強筋的數量與結構尺寸視閘門規格大小而定;另一種是后拱內筋型,即面板布置在門板的后面,面板澆鑄成拱形,在拱形面板內布置 “#”字形的加強筋;兩種型式面板的厚度以及加強筋的數量與結構尺寸視閘門規格大小根據所承受的水壓力進行計算確定。

1.2 鑄鐵閘門材料

根據 《供水排水用鑄鐵閘門》 （CJ/T3006-1992）規范要求,鑄鐵閘門主要零部件的材料不得低于:門板:HT200（灰鑄鐵）,門框:HT200（灰鑄鐵）,導軌:HT200（灰鑄鐵）,密封座:銅合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）（厚度不小于10mm）,楔塊:銅合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）,導軌、吊耳:HT200（灰鑄鐵）。本工程閘門大都為承受雙向水頭,結合工程的主要特點和使用要求,盡量減少閘門斷面尺寸,節省工程投資,保證閘門的使用壽命,對鑄鐵閘門的材料作了詳細的要求和規定,具體為門體:QT450球墨鑄鐵,門框:QT450球墨鑄鐵,導軌:QT450球墨鑄鐵,密封座:銅合金 （厚度不小于10mm）,楔塊:銅合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）,導軌、吊耳:QT450球墨鑄鐵。

1.3 鑄鐵閘門使用特點

相對于鋼閘門來說,鑄鐵閘門的門框相當于鋼結構閘門的埋件,門板相當于鋼閘門的門葉;鑄鐵閘門大都采用剛性止水,一般采用鑲銅 （或不銹鋼等方式）止水兼支承面,而鋼結構閘門一般采用橡皮止水,采用滑塊或滾輪支承;與鋼結構閘門相比具有結構合理堅固、具有耐腐蝕,止水密封好、安裝簡單、使用壽命長等優點,有單、雙向止水,止水采用精加工后自身或鑲銅、止水。鑄鐵閘門用久磨損后,其密封面可通過鍥型壓塊的調整來保證正常工作。鑄鐵閘門與焊接鋼閘門相比,因其為整體鑄造而成,受鑄造等條件的限制,其結構相對型式比較簡單,所能承受的水壓力相對較小,相對比較笨重。因其造價較低,對于孔口尺寸相對較小的、閉門力不足以及防腐要求較高的閘門采用鑄鐵閘門也是比較可行的。鑄鐵閘門原大都用于市政給排水工程,現在也廣泛地運用于水利工程。

《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》（DL/T5018-94）規定,閘門在承受設計水頭的壓力時,通過任意1m長止水橡皮范圍內漏水量不應超過0.1L/s。 《供水排水用鑄鐵閘門》 （CJ/T3006-1992）第5.3條對滲漏試驗的要求:密封面應清除任何污物,不得在兩密封面間涂抹油脂。將閘門全閉,使門框孔口向上,然后在門框孔內逐漸注入清水,以水不溢出為限,其密封面的漏水量應不大于1.25L/min·m（密封長度）,即任意1m長密封面范圍內漏水量不應超過0.02L/s。可見,鑄鐵閘門的止水效果要遠遠優于鋼閘門,更符合本工程的使用與運行要求。

2 鑄鐵閘門設計要點

水利工程中使用鑄鐵閘門還沒有頒布設計和制造相關標準,鑄鐵閘門的設計參照建設部頒布 《供水排水用鑄鐵閘門》 （CJ/T 3006-92）中的有關條文執行。但該標準較為簡單,要想在水利工程中使用還有幾個問題需要明確。

鑄鐵閘門安裝的高程和孔口應與土建結構相吻合,閘門的門槽尺寸應足夠大,應留有檢修空間。鑄鐵閘門門板、門框、導軌等部件應有足夠的強度和剛度,其拉伸、壓縮和剪切強度的安全系數應大于5,以保證設備正常工作。門板饒度應不大于構件的1/1500,導軌應有足夠的長度,以保證門板全開時,導軌的頂端仍高于門板的水平中心線。

鑄鐵閘門應在門板和門框上分別安裝金屬密封座,密封座工作表面不得有劃痕、裂縫和氣孔等缺陷,在啟閉過程中,不得變形和松動。應設楔緊裝置或強制密封裝置,保證門板關閉時與門框密封面緊密接觸,其間隙不得大于0.08mm,楔緊裝置或強制密封裝置應可調。門板局部開啟時應采取保護裝置防止閘門產生振動。

3 鑄鐵閘門制造質量控制

根據鑄鐵閘門主要是整體鑄造,整體加工的特點,參照鋼閘門制造、驗收規范,鑄鐵閘門在制造過程中應從以下幾個方面進行控制,分步進行檢查驗收。

（1）在鑄鐵閘門澆鑄前,嚴格控制原材料,對原材料進行抽檢,根據設計要求確定不同材質的要求確定配比方案,澆鑄時跟班旁站,和澆筑混凝土一樣進行檢查控制。

（2）鑄鐵閘門的門板和門框澆鑄時要求澆鑄連體試棒,并對試棒進行檢測。主要包括理化試驗、力學性能試驗,按規范進行檢測,以此為依據判斷材質是否滿足規范和設計要求。

（3）主要結構尺寸的檢查,在澆鑄拆模后,應進行清砂打磨,對鑄件進行測量,測量的數據與設計圖紙進行對比,對小于設計圖紙的鑄件進行報廢處理。

（4）在鑄件金加工前應對鑄件進行消除內應力處理,有條件的進行回火處理,也可進行時效處理,但大多鑄鐵閘門都不可能存放很長時間,可采取高頻激振的方法進行處理,雖然不能改變鑄件的晶相組織,但對鑄件內應力的消除、防止鑄件加工后的變形有很大的好處。

（5）金加工時,注意檢查鑄件的鑄造缺陷。制定鑄造缺陷的修補原則和報廢標準。對非加工受力構件表面進行探傷檢查,檢查其內部缺陷。

（6）在鑄鐵閘門的門板與門框形成的空間內注滿水,檢查閘門的止水效果,按規范的要求檢查漏水量。

（7）鑄鐵閘門裝配后,按規范規定的試驗方案與檢測要求進行檢查和驗收,對門板與門框密封座的結合面得間隙檢修檢測。

（8）裝配完成后,連接安裝上導軌,進行全行程啟閉試驗,檢查、是否存在卡阻現象。檢查門板在全啟全閉位置的楔緊狀況和門板在導向槽內間隙。

4 結 語

鑄鐵閘門具有結構合理堅固、具有耐腐蝕,止水密封好、安裝簡單、使用壽命長等優點,作為閘門的一種特別型式,作為鋼閘門使用的有效的補充,已廣泛得到使用,但目前水利行業還未頒布設計與制造驗收規范,只能參照相近的規范執行,但對鑄鐵閘門的設計必須引起足夠的重視,防止事故的發生。盡快研究制定制造驗收規范,更好的方便于制造單位的檢查,更好地發揮作用。

目前,在水利部門還沒有制定相關設計與制造驗收規范的情況下,制造單位應加強管理、嚴格按先有規范和設計單位的要求組織生產,工程工程設計單位要進一步深化鑄鐵閘門和啟閉機設計與選型,細化設計內容,保證設計深度。設計文件中要有設計與選型的主要計算過程,明確主要結構尺寸或型號、主要技術指標和參數。對于由制造企業自行負責設計的內容,工程設計單位應對其提供的設計計算書、技術文件和圖紙進行復核確認。對于制造所使用的原材料,應提出具體的適用標準和技術指標。對于設計選用的新技術、新材料、新工藝,設計單位要進行充分的論證,并提出相應的技術要求和質量保障措施。

[1]水利水電工程鋼閘門設計規范.中國水利水電出版社,1995

[2]水工金屬結構防腐蝕規范.中國水利水電出版社,1995

[3]水工鋼閘門防腐蝕.水利電力出版社,1979

[4]小型水閘工程設計[M].江蘇省水利廳.北京:水利電力出版社,1998

[5]楊文淵.土木工程設計手冊[M].北京:人民交通出版社,1985

TV663

A

1008-1305（2011）01-00552-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2011.01.017

江寧 （1954年-）,男,高級工程師。

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