充壓止水弧門變形控制及面板整體加工技術(shù)

田文恒

(中國水利水電第十工程局有限公司機電安裝分局，四川都江堰611830)

1 充壓止水弧門的特點及工作原理

充壓止水弧門通常為潛水深孔弧門具有水頭高，閘門制造難度大，技術(shù)含量高等特點。充壓止水弧門主要由門葉結(jié)構(gòu)、支臂結(jié)構(gòu)、支鉸裝置、側(cè)水封座、頂水封座、底止水座、充壓水封、充壓水封液壓控制系統(tǒng)等部分組成。充壓水封固定在水封座上，充壓水封在液壓系統(tǒng)的水壓作用下，水封伸出并緊壓到弧門面板實現(xiàn)止水。

充壓水封止水的工作原理:充壓水封是在液壓系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)伸出或回位的。當(dāng)弧門全關(guān)閉后，充壓水封在液壓系統(tǒng)水壓作用下伸出，壓緊弧門面板實現(xiàn)止水;弧門開啟前，液壓系統(tǒng)動作，卸去作用在充壓水封上的水壓，充壓水封縮回，與弧門面板分離，之后開啟弧門。按此循環(huán)，弧門關(guān)閉后伸出充壓水封實現(xiàn)止水，弧門開啟前先卸壓縮回充壓水封，再開啟弧門。

2 老撾南立1-2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門特性及制造工藝分析

老撾南立1-2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門系充壓止水弧門，止水方式為:面板充壓水封止水+常規(guī)側(cè)水封輔助雙道止水。該弧門特性見表1。

老撾南立1-2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門具有板材多為中厚(面板厚32 mm，縱向隔板厚32 mm，后翼緣板厚40 mm)，橫向小梁間距小等特點。設(shè)計要求:門葉結(jié)構(gòu)整體退火;弧門面板整體機械加工，粗糙度為Ra6.3，面板外緣曲率半徑公差為0－1mm;側(cè)水封座板機械加工，粗糙度為Ra6.3。

表1 弧門特性表

根據(jù)該弧門的結(jié)構(gòu)特點，在面板卷制弧度時邊沿與中部弧度不一致;門葉焊接量大，焊接收縮、焊接變形及焊接應(yīng)力控制難度大;整體退火時焊接應(yīng)力的釋放容易引起變形，門葉整體大拼裝后將直接影響面板整體加工。因此，門葉結(jié)構(gòu)的幾何尺寸控制、焊接變形及焊接應(yīng)力的控制以及門葉整體退火后的變形控制既是該門制造的難點，也是影響面板整體加工成敗的關(guān)鍵。為了確保弧門整體大拼裝時在制造過程中產(chǎn)生的組裝誤差、焊接變形、退火變形、大拼裝誤差等各項不確定因素累計后仍能滿足面板整體加工要求，必須對制造過程中的下料、面板卷制、部件組焊、面板鋪設(shè)、仿樣、門體組裝、整體焊接、退火控制等主要工序進行嚴(yán)格控制及跟蹤，提高對各工序的質(zhì)量控制。通過減少各工序的誤差及變形，從而保證面板整體加工要求。通過分析，最終在老撾南立1-2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門制造中，采取了對各主要工序制定專項控制措施，明確控制要點及控制方法，使變形控制取得了良好效果，順利完成了面板整體加工，且加工質(zhì)量超過預(yù)期效果。

3 老撾南立1-2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門門葉制造控制要點及方法

3.1 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 弧門門葉制造工藝流程圖

3.2 關(guān)鍵點質(zhì)量控制

3.2.1 面板卷制控制要點

(1)采用壓力機壓頭壓制起弧段弧度，避免直頭。

(2)采用卷板機卷制面板弧度。

(3)用樣板控制卷制弧度。

(4)卷制時嚴(yán)格控制橫向直線度，如超差，可采用壓力機矯直。

3.2.2 鋪設(shè)面板控制要點

(1)面板應(yīng)與胎膜貼緊。

(2)當(dāng)面板與胎膜出現(xiàn)較大間隙時，應(yīng)對面板弧度重新進行校弧。

(3)不應(yīng)對面板施加較大的外力約束。

(4)嚴(yán)格控制面板拼接縫錯臺。

3.2.3 面板上整體劃線仿樣控制要點

(1)采用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀仿樣。

(2)采用水準(zhǔn)儀及分線放出門葉橫向基準(zhǔn)線。

(3)采用經(jīng)緯儀測放出門葉縱向基準(zhǔn)線。

(4)以門葉橫向、縱向基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，測放出縱隔梁、邊梁、主梁等部件拼裝控制線。

(5)為減少仿樣的累計誤差，采取從門葉中心往兩端依次測放控制線。

3.2.4 門葉整體拼裝控制要點

(1)以拼裝控制線為基準(zhǔn)，首先拼裝其中一根主梁，然后往另一根主梁方向依次拼裝縱隔梁、橫向小梁、主梁。

(2)兩根主梁及主梁之間的縱隔梁、邊梁、橫向小梁拼裝結(jié)束后，檢查兩主梁之間的平行度、跨距、扭曲符合圖紙及規(guī)范后，方可繼續(xù)拼裝兩主梁以外的部件。

(3)門葉整體拼裝時，嚴(yán)格控制縱隔梁、橫向小梁、面板等部件之間的間隙，不應(yīng)隨意修割。

(4)拼裝時，不應(yīng)強行施加外力以減小部件的間隙，應(yīng)復(fù)查部件尺寸或弧度并矯正待其符合要求后再進行拼裝。

3.2.5 門葉整體焊接控制要點

(1)門葉整體施焊前，對門葉縱隔梁采取臨時支撐，對面板、縱隔梁腹板、縱隔梁翼緣等分節(jié)位置采用工藝連接板連接。

(2)門葉焊接前，首先對門葉整體進行工藝性加固焊接。

(3)焊工采取分散對稱分布，焊接電流、電壓等焊接參數(shù)協(xié)調(diào)一致并協(xié)調(diào)焊接速度，控制焊接線能量，協(xié)調(diào)各焊工焊接時的焊接線能量基本保持一致，特別是對稱位置的焊工焊接線能量不應(yīng)相差過大。

(4)焊接順序及步驟。首先焊接主梁腹板與隔梁腹板之間的焊縫，然后焊接小梁、隔梁與面板的平角焊縫。焊工以從門葉結(jié)構(gòu)中心向四周擴散形焊接方向，采用分段間隔退步焊及多層多道的焊接方法進行焊接。

(5)門葉整體焊接結(jié)束后，門葉分節(jié)前完成定位塊組焊。

3.2.6 門葉焊后整體退火控制要點

(1)門葉結(jié)構(gòu)在胎膜上整體焊接結(jié)束后，門葉撤離胎膜前，應(yīng)整體劃出基準(zhǔn)線。

(2)門葉結(jié)構(gòu)退火時，采用專用胎膜將門葉放正并確保支墊穩(wěn)定、可靠，以減少退火過程中應(yīng)力釋放引起的變形。

(3)單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)在退火爐內(nèi)整體退火，并嚴(yán)格按照退火工藝要求加溫、保溫及冷卻。

(4)退火結(jié)束后，應(yīng)進行退火變形量檢查，為弧門整體大拼裝提供調(diào)整依據(jù)。

3.2.7 弧門整體拼裝控制要點

(1)在弧門專用拼裝基坑內(nèi)完成弧門整體拼裝。

(2)在弧門拼裝基坑內(nèi)制作專用鋼支承架，支承架高度不小于弧門加工時所需的弧門底沿離地面的最小距離。

(3)根據(jù)弧門規(guī)格，測量放出弧門拼裝中心控制線、支鉸孔中心控制線。

(4)以控制線為基準(zhǔn)完成門葉、支臂及活動鉸組裝。拼裝調(diào)整結(jié)束后，弧門半徑、支鉸孔同心度、支臂對角線誤差、支鉸中心與門葉中心的偏差等應(yīng)滿足規(guī)范要求。

(5)拼裝時，確保弧門面板有足夠的加工余量，同時保證面板加工后，面板厚度不低于圖紙要求的最小厚度。

(6)整體拼裝滿足要求后，整體劃出面板弧度加工控制線、門葉底沿加工控制線、側(cè)止水座面加工控制線。

4 弧門面板整體加工

4.1 加工專用設(shè)備

老撾南立1-2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門面板進行整體加工，業(yè)主、設(shè)計及監(jiān)理均要求門葉在大拼裝狀態(tài)下完成面板整體加工，不允許分單節(jié)門葉面板加工后再進行大拼裝。為滿足整體加工要求，我部自行設(shè)計制造了一專用加工設(shè)備。該設(shè)備主要包括鉸鏈裝置、旋轉(zhuǎn)臂、橫梁、導(dǎo)軌裝置、切削裝置、鎖定裝置及提升裝置，見圖2。

4.2 加工設(shè)備安裝要點

(1)鉸鏈裝置旋轉(zhuǎn)中心與弧門支鉸中心同心。

(2)導(dǎo)軌裝置的導(dǎo)軌中心線與鉸鏈裝置中心線平行。

(3)調(diào)整切削裝置角度，使切削主軸延長線過鉸鏈旋轉(zhuǎn)中心。

(4)調(diào)整鎖定裝置的位置合適后，焊接在旋轉(zhuǎn)臂上，并保證鎖定裝置能與門葉可靠鎖定。

圖2 加工專用設(shè)備圖

4.3 加工設(shè)備調(diào)試及加工要點

(1)加工設(shè)備安裝完成后，在面板全范圍內(nèi)完成變幅、橫向進刀、縱向進刀等動作調(diào)試。

(2)加工設(shè)備調(diào)試滿足要求后，利用刀頭完成面板全范圍內(nèi)切削余量復(fù)查，確保整個面積均有足夠的切削余量后方進行正式切削加工。

(3)加工用刀頭不宜選擇過大，加工時分粗加工、半精加工及光刀。

(4)兩道加工之間產(chǎn)生的棱角用小刀頭加工去除。

(5)以加工控制線為基準(zhǔn)，控制加工弧面半徑。

(6)加大弧面半徑檢查次數(shù)，對產(chǎn)生的誤差及時作出調(diào)整。

5 結(jié)語

在老撾南立1-2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門制造中，通過對各主要工序制定專項控制措施，明確控制要點及控制方法，進行嚴(yán)格控制及跟蹤，提高了對各工序的質(zhì)量控制。通過減少各工序的誤差及變形，門葉整體尺寸及變形控制取得了良好效果，順利完成了面板整體加工，面板弧形半徑嚴(yán)格控制在R14m0－1mm的精度范圍內(nèi)，面板整體加工質(zhì)量優(yōu)良，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理一次驗收合格，并得到業(yè)主、監(jiān)理的一致好評。