三峽船閘人字閘門關終門縫調整工藝簡析及優化實踐

楊全林+程勇

摘 要：人字閘門的關終門縫調整是三峽船閘運行維護的常見工作，也是所有采用人字型閘門船閘的重要維護工作。本文對原有三峽船閘人字閘門關終門縫調整工藝進行了詳細分析，并介紹了優化方案，為船閘行業的人字門閘門關終門縫調整工藝提供參考。

關鍵詞：人字閘門 關終門縫調整 延時調整法

三峽船閘是世界上最大的雙線五級船閘，由五個閘室，六個閘首組成。每個閘首的工作閘門采用人字型閘門（簡稱人字門）結構，即每個閘首兩扇獨立的門體在液壓系統的驅動下繞頂、底樞構成的門軸進行旋轉，實現人字門的開、和關動作。

在三峽船閘人字門運行工藝中，人字門關終時，兩扇門體之間必須保留一定的縫隙，待閘首人字門門體前后形成水位差后，在水壓的作用下自然合攏。而在實際應用中，由于人字門系統設備固有特性及外在環境影響，人字門關終門縫會時常產生變化，導致門體合攏工況較差，引起閘首上、下游閘首輸水閥門緊急關閥，降低船閘通航效率。因此，人字門關終門縫調整就成了船閘運行維護的一項重要工作。

三峽船閘常用人字門關終門縫調整工藝

要想對人字門關終門進行縫調整，就必須對影響其門縫大小的因素進行分析，找出關鍵因素，給出相應的解決辦法。

1、關終門縫產生的由來

三峽船閘人字門關門原理為兩扇門體在液壓啟閉機的推動下，按給定的v-t變速特性曲線運行。工作動力由兩臺比例變量泵提供，通過控制比例變量泵的給定電壓值，即可實現對人字門關門速度的控制。其運行曲線見下圖：

圖1

由圖1可知，人字門關門電壓有7段變速，即低速—中速——中高—高速—中高—中速—低速。

當人字門關運行至終位后，液壓驅動系統檢測到關終傳感器信號，隨即卸荷停機。此時人字門并未完全合攏，人字門兩扇門體之間還有一定縫隙（此時開度大于0%）。這個縫隙就叫人字門關終門縫。只有待船閘充、泄水時，在人字門門體前后形成水位差壓力的作用下人字門完全合攏，關終門縫才會消失。

2、影響三峽船閘人字門關終門縫大小的主要因素

人字門末端運行速度。由物體的運動特性可知，當人字門的末段運行給定電壓越大，運行速度越快，其停機時的慣性距離越長。

人字門淹沒水深。當人字門末段運行速度恒定時，人字門運行時的淹沒水深越大，其停機慣性距離越短。

人字門關終傳感器發訊時機。由圖1可知，當人字門關終傳感器發訊后，液壓系統才會停機。即只要對人字門關終傳感器發訊時機進行調整，就可以有效控制人字門關終門縫的大小。

門體變形對人字門關終門縫的影響。三峽船閘人字門門體為鋼制平板主橫梁式結構，由金屬的受熱特性可知，人字門門體結構溫度變化影響會發生熱脹冷縮而產生變形。當人字門產生橫向變形時，其關終門縫會隨之變化。

3、通用的人字門關終門縫的調整工藝

在船閘人字門關終門縫調整中，通用的調整方法為改變人字門關終信號發訊時機（即通過調整人字門關終開關位置）來確定人字門關終門縫大小。這種方法又叫“開關調整法”，它是一種最直接，最簡單的調整方法，在船閘行業的運行維護中廣泛運用。但這種方法的缺陷也十分明顯。

一是由于人字門關終傳感器安裝于門樞位置，人字門開、關運行是繞人字門門樞運動，在門樞部位進行微調整都會使人字門關終門縫產生較大變化，致使人字門關終門縫準確調整難度較大，運行維護人員需要反復調整、測試才能最終完成人字門關終門縫的調整。三峽船閘人字門開、關門到位單次過程需耗時8分鐘左右，采用“開關調整法”調整人字門門縫一般需要3到4次的反復測試才能使人字門關終門縫處于正常范圍，嚴重影響船閘運行效率。二是這種調整方法需要在人字門門頭、門樞、控制室等部位均布置人員，對維護的人力資源占用較高。

有鑒于此，三峽船閘在多年的運行維護經驗基礎上，逐漸探索出了一種新型人字門關終門縫調整方法——“延時調整法”。

“延時調整法”的應用實踐

“延時調整法”是通過人字門控制系統（PLC）延時采納關終傳感器發訊信息，從而準確控制人字門關終門縫的大小。這種方法也是改變人字門關終傳感器發訊時機的一種，但它與“開關調整法”的不同之處主要在于它是通過修改程序人字門關終程序巧妙地將傳感器訊息采納時機轉換為可人為設置的變量參數，由維護人員綜合各種關聯因素，來最終確定合適的變量參數。

由此可知，“延時調整法”的主要控制因素為PLC延時程序優化和延時停機參數設置。

1、PLC程序優化

三峽船閘的人字門控制系統（PLC）程序中，關終信號是人字門停機的必要條件，只要人字門關終傳感器發訊，則人字門必然停機。“延時調整法”就是在PLC程序中，加入延時采納關終信號的程序段，使人字門停機時機可自由調整而不是由關終信號直接觸發。程序示意圖如下。

2、延時停機參數設置

由上文分析得出影響三峽船閘人字門關終門縫大小的主要考慮因素為環境溫度、人字門淹沒水深、人字門關門末段速度等，其中人字門關門末段速度為可調恒定參數，環境溫度、人字門淹沒水深為常變參數。延時停機參數主要受這兩個常變因素影響。

2.1、不同季節下溫度差異對三峽船閘人字門的變形影響理論計算

三峽船閘人字門結構主要為船用鋼DH32＼DH36以及Q345B、Q345D材料，其變形量計算可以考慮統一采用鐵性材料膨脹系數。

鐵的膨脹系數系數為α=11.76*10-6 /℃ 門體鋼結構應略小于小于他，但可取近似值。冬夏季氣溫差最大約為40℃，日溫差最大約15℃，以此系數估算

日氣溫差門體寬度變化量估算：△B1=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*15≈3.5mm；

冬夏季氣溫差門體高度變化量估算：△B2=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*40≈9.4mm；

2.2、不同淹沒水深下人字門慣性停機距離分析

由人字門所受停機阻力分析可知，人字門淹沒水深越大，其慣性停機距離越短。在其他環境條件不變的情況下人字門慣性停機距離可近似估算為△S= K /△H。K為固定的經驗系數，△H為人字門淹沒水深。

三峽船閘完建通航后，根據上下游水位組合不同，船閘常年運行在上游175.0～145.0米、下游65.0～67.0米水位之間，各閘首的主要淹沒水深根據船閘運行級數不同也固定在相應的區間。各閘首人字門淹沒水深見下表。

一閘首只有在五級運行是才投入運行，三峽庫水位降至152.4以下后就切除運行；六閘首下游水位由于葛洲壩的水位調節常年水位變幅不大。二至五閘首人字門淹沒水位變化主要是以汛期、枯水期為時間邊界不斷來回波動。汛期主要集中在春夏季，枯水期主要集中在秋冬季。

2.3、三峽船閘各閘首不同時間下延時停機時間參數表制定

由上述分析可知，三峽船閘人字門運行環境（環境溫度、人字門淹沒水深）在夏春季和冬秋季差異較大，其延時停機的時間參數也應有較大變化。結合多年船閘運行實踐，我們制定了相應的人字門關終門縫調整延時參考表做為不同季節船閘人字門關終門縫調依據（見下表）。經運行實踐證明，此參數在三峽船閘人字門關終門縫調整中較可靠、便捷，極大地提高了船閘人字門關終門縫調整工作的效率。

表2 不同季節延時停機參數表

結語

以上介紹了常用的人字門門縫調整工藝，列出了此工藝存在的不足，同時在分析中，詳細分析了影響人字門關終門縫大小的各項因素，提出了相應的人字門關終門縫調整工藝優化措施及實踐經驗，可以為船閘行業人字門關終門縫調整提供一種新的工藝參考。（作者單位：長江三峽通航管理局）

摘 要：人字閘門的關終門縫調整是三峽船閘運行維護的常見工作，也是所有采用人字型閘門船閘的重要維護工作。本文對原有三峽船閘人字閘門關終門縫調整工藝進行了詳細分析，并介紹了優化方案，為船閘行業的人字門閘門關終門縫調整工藝提供參考。

關鍵詞：人字閘門 關終門縫調整 延時調整法

三峽船閘是世界上最大的雙線五級船閘，由五個閘室，六個閘首組成。每個閘首的工作閘門采用人字型閘門（簡稱人字門）結構，即每個閘首兩扇獨立的門體在液壓系統的驅動下繞頂、底樞構成的門軸進行旋轉，實現人字門的開、和關動作。

在三峽船閘人字門運行工藝中，人字門關終時，兩扇門體之間必須保留一定的縫隙，待閘首人字門門體前后形成水位差后，在水壓的作用下自然合攏。而在實際應用中，由于人字門系統設備固有特性及外在環境影響，人字門關終門縫會時常產生變化，導致門體合攏工況較差，引起閘首上、下游閘首輸水閥門緊急關閥，降低船閘通航效率。因此，人字門關終門縫調整就成了船閘運行維護的一項重要工作。

三峽船閘常用人字門關終門縫調整工藝

要想對人字門關終門進行縫調整，就必須對影響其門縫大小的因素進行分析，找出關鍵因素，給出相應的解決辦法。

1、關終門縫產生的由來

三峽船閘人字門關門原理為兩扇門體在液壓啟閉機的推動下，按給定的v-t變速特性曲線運行。工作動力由兩臺比例變量泵提供，通過控制比例變量泵的給定電壓值，即可實現對人字門關門速度的控制。其運行曲線見下圖：

圖1

由圖1可知，人字門關門電壓有7段變速，即低速—中速——中高—高速—中高—中速—低速。

當人字門關運行至終位后，液壓驅動系統檢測到關終傳感器信號，隨即卸荷停機。此時人字門并未完全合攏，人字門兩扇門體之間還有一定縫隙（此時開度大于0%）。這個縫隙就叫人字門關終門縫。只有待船閘充、泄水時，在人字門門體前后形成水位差壓力的作用下人字門完全合攏，關終門縫才會消失。

2、影響三峽船閘人字門關終門縫大小的主要因素

人字門末端運行速度。由物體的運動特性可知，當人字門的末段運行給定電壓越大，運行速度越快，其停機時的慣性距離越長。

人字門淹沒水深。當人字門末段運行速度恒定時，人字門運行時的淹沒水深越大，其停機慣性距離越短。

人字門關終傳感器發訊時機。由圖1可知，當人字門關終傳感器發訊后，液壓系統才會停機。即只要對人字門關終傳感器發訊時機進行調整，就可以有效控制人字門關終門縫的大小。

門體變形對人字門關終門縫的影響。三峽船閘人字門門體為鋼制平板主橫梁式結構，由金屬的受熱特性可知，人字門門體結構溫度變化影響會發生熱脹冷縮而產生變形。當人字門產生橫向變形時，其關終門縫會隨之變化。

3、通用的人字門關終門縫的調整工藝

在船閘人字門關終門縫調整中，通用的調整方法為改變人字門關終信號發訊時機（即通過調整人字門關終開關位置）來確定人字門關終門縫大小。這種方法又叫“開關調整法”，它是一種最直接，最簡單的調整方法，在船閘行業的運行維護中廣泛運用。但這種方法的缺陷也十分明顯。

一是由于人字門關終傳感器安裝于門樞位置，人字門開、關運行是繞人字門門樞運動，在門樞部位進行微調整都會使人字門關終門縫產生較大變化，致使人字門關終門縫準確調整難度較大，運行維護人員需要反復調整、測試才能最終完成人字門關終門縫的調整。三峽船閘人字門開、關門到位單次過程需耗時8分鐘左右，采用“開關調整法”調整人字門門縫一般需要3到4次的反復測試才能使人字門關終門縫處于正常范圍，嚴重影響船閘運行效率。二是這種調整方法需要在人字門門頭、門樞、控制室等部位均布置人員，對維護的人力資源占用較高。

有鑒于此，三峽船閘在多年的運行維護經驗基礎上，逐漸探索出了一種新型人字門關終門縫調整方法——“延時調整法”。

“延時調整法”的應用實踐

“延時調整法”是通過人字門控制系統（PLC）延時采納關終傳感器發訊信息，從而準確控制人字門關終門縫的大小。這種方法也是改變人字門關終傳感器發訊時機的一種，但它與“開關調整法”的不同之處主要在于它是通過修改程序人字門關終程序巧妙地將傳感器訊息采納時機轉換為可人為設置的變量參數，由維護人員綜合各種關聯因素，來最終確定合適的變量參數。

由此可知，“延時調整法”的主要控制因素為PLC延時程序優化和延時停機參數設置。

1、PLC程序優化

三峽船閘的人字門控制系統（PLC）程序中，關終信號是人字門停機的必要條件，只要人字門關終傳感器發訊，則人字門必然停機。“延時調整法”就是在PLC程序中，加入延時采納關終信號的程序段，使人字門停機時機可自由調整而不是由關終信號直接觸發。程序示意圖如下。

2、延時停機參數設置

由上文分析得出影響三峽船閘人字門關終門縫大小的主要考慮因素為環境溫度、人字門淹沒水深、人字門關門末段速度等，其中人字門關門末段速度為可調恒定參數，環境溫度、人字門淹沒水深為常變參數。延時停機參數主要受這兩個常變因素影響。

2.1、不同季節下溫度差異對三峽船閘人字門的變形影響理論計算

三峽船閘人字門結構主要為船用鋼DH32＼DH36以及Q345B、Q345D材料，其變形量計算可以考慮統一采用鐵性材料膨脹系數。

鐵的膨脹系數系數為α=11.76*10-6 /℃ 門體鋼結構應略小于小于他，但可取近似值。冬夏季氣溫差最大約為40℃，日溫差最大約15℃，以此系數估算

日氣溫差門體寬度變化量估算：△B1=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*15≈3.5mm；

冬夏季氣溫差門體高度變化量估算：△B2=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*40≈9.4mm；

2.2、不同淹沒水深下人字門慣性停機距離分析

由人字門所受停機阻力分析可知，人字門淹沒水深越大，其慣性停機距離越短。在其他環境條件不變的情況下人字門慣性停機距離可近似估算為△S= K /△H。K為固定的經驗系數，△H為人字門淹沒水深。

三峽船閘完建通航后，根據上下游水位組合不同，船閘常年運行在上游175.0～145.0米、下游65.0～67.0米水位之間，各閘首的主要淹沒水深根據船閘運行級數不同也固定在相應的區間。各閘首人字門淹沒水深見下表。

一閘首只有在五級運行是才投入運行，三峽庫水位降至152.4以下后就切除運行；六閘首下游水位由于葛洲壩的水位調節常年水位變幅不大。二至五閘首人字門淹沒水位變化主要是以汛期、枯水期為時間邊界不斷來回波動。汛期主要集中在春夏季，枯水期主要集中在秋冬季。

2.3、三峽船閘各閘首不同時間下延時停機時間參數表制定

由上述分析可知，三峽船閘人字門運行環境（環境溫度、人字門淹沒水深）在夏春季和冬秋季差異較大，其延時停機的時間參數也應有較大變化。結合多年船閘運行實踐，我們制定了相應的人字門關終門縫調整延時參考表做為不同季節船閘人字門關終門縫調依據（見下表）。經運行實踐證明，此參數在三峽船閘人字門關終門縫調整中較可靠、便捷，極大地提高了船閘人字門關終門縫調整工作的效率。

表2 不同季節延時停機參數表

結語

以上介紹了常用的人字門門縫調整工藝，列出了此工藝存在的不足，同時在分析中，詳細分析了影響人字門關終門縫大小的各項因素，提出了相應的人字門關終門縫調整工藝優化措施及實踐經驗，可以為船閘行業人字門關終門縫調整提供一種新的工藝參考。（作者單位：長江三峽通航管理局）

摘 要：人字閘門的關終門縫調整是三峽船閘運行維護的常見工作，也是所有采用人字型閘門船閘的重要維護工作。本文對原有三峽船閘人字閘門關終門縫調整工藝進行了詳細分析，并介紹了優化方案，為船閘行業的人字門閘門關終門縫調整工藝提供參考。

關鍵詞：人字閘門 關終門縫調整 延時調整法

三峽船閘是世界上最大的雙線五級船閘，由五個閘室，六個閘首組成。每個閘首的工作閘門采用人字型閘門（簡稱人字門）結構，即每個閘首兩扇獨立的門體在液壓系統的驅動下繞頂、底樞構成的門軸進行旋轉，實現人字門的開、和關動作。

在三峽船閘人字門運行工藝中，人字門關終時，兩扇門體之間必須保留一定的縫隙，待閘首人字門門體前后形成水位差后，在水壓的作用下自然合攏。而在實際應用中，由于人字門系統設備固有特性及外在環境影響，人字門關終門縫會時常產生變化，導致門體合攏工況較差，引起閘首上、下游閘首輸水閥門緊急關閥，降低船閘通航效率。因此，人字門關終門縫調整就成了船閘運行維護的一項重要工作。

三峽船閘常用人字門關終門縫調整工藝

要想對人字門關終門進行縫調整，就必須對影響其門縫大小的因素進行分析，找出關鍵因素，給出相應的解決辦法。

1、關終門縫產生的由來

三峽船閘人字門關門原理為兩扇門體在液壓啟閉機的推動下，按給定的v-t變速特性曲線運行。工作動力由兩臺比例變量泵提供，通過控制比例變量泵的給定電壓值，即可實現對人字門關門速度的控制。其運行曲線見下圖：

圖1

由圖1可知，人字門關門電壓有7段變速，即低速—中速——中高—高速—中高—中速—低速。

當人字門關運行至終位后，液壓驅動系統檢測到關終傳感器信號，隨即卸荷停機。此時人字門并未完全合攏，人字門兩扇門體之間還有一定縫隙（此時開度大于0%）。這個縫隙就叫人字門關終門縫。只有待船閘充、泄水時，在人字門門體前后形成水位差壓力的作用下人字門完全合攏，關終門縫才會消失。

2、影響三峽船閘人字門關終門縫大小的主要因素

人字門末端運行速度。由物體的運動特性可知，當人字門的末段運行給定電壓越大，運行速度越快，其停機時的慣性距離越長。

人字門淹沒水深。當人字門末段運行速度恒定時，人字門運行時的淹沒水深越大，其停機慣性距離越短。

人字門關終傳感器發訊時機。由圖1可知，當人字門關終傳感器發訊后，液壓系統才會停機。即只要對人字門關終傳感器發訊時機進行調整，就可以有效控制人字門關終門縫的大小。

門體變形對人字門關終門縫的影響。三峽船閘人字門門體為鋼制平板主橫梁式結構，由金屬的受熱特性可知，人字門門體結構溫度變化影響會發生熱脹冷縮而產生變形。當人字門產生橫向變形時，其關終門縫會隨之變化。

3、通用的人字門關終門縫的調整工藝

在船閘人字門關終門縫調整中，通用的調整方法為改變人字門關終信號發訊時機（即通過調整人字門關終開關位置）來確定人字門關終門縫大小。這種方法又叫“開關調整法”，它是一種最直接，最簡單的調整方法，在船閘行業的運行維護中廣泛運用。但這種方法的缺陷也十分明顯。

一是由于人字門關終傳感器安裝于門樞位置，人字門開、關運行是繞人字門門樞運動，在門樞部位進行微調整都會使人字門關終門縫產生較大變化，致使人字門關終門縫準確調整難度較大，運行維護人員需要反復調整、測試才能最終完成人字門關終門縫的調整。三峽船閘人字門開、關門到位單次過程需耗時8分鐘左右，采用“開關調整法”調整人字門門縫一般需要3到4次的反復測試才能使人字門關終門縫處于正常范圍，嚴重影響船閘運行效率。二是這種調整方法需要在人字門門頭、門樞、控制室等部位均布置人員，對維護的人力資源占用較高。

有鑒于此，三峽船閘在多年的運行維護經驗基礎上，逐漸探索出了一種新型人字門關終門縫調整方法——“延時調整法”。

“延時調整法”的應用實踐

“延時調整法”是通過人字門控制系統（PLC）延時采納關終傳感器發訊信息，從而準確控制人字門關終門縫的大小。這種方法也是改變人字門關終傳感器發訊時機的一種，但它與“開關調整法”的不同之處主要在于它是通過修改程序人字門關終程序巧妙地將傳感器訊息采納時機轉換為可人為設置的變量參數，由維護人員綜合各種關聯因素，來最終確定合適的變量參數。

由此可知，“延時調整法”的主要控制因素為PLC延時程序優化和延時停機參數設置。

1、PLC程序優化

三峽船閘的人字門控制系統（PLC）程序中，關終信號是人字門停機的必要條件，只要人字門關終傳感器發訊，則人字門必然停機。“延時調整法”就是在PLC程序中，加入延時采納關終信號的程序段，使人字門停機時機可自由調整而不是由關終信號直接觸發。程序示意圖如下。

2、延時停機參數設置

由上文分析得出影響三峽船閘人字門關終門縫大小的主要考慮因素為環境溫度、人字門淹沒水深、人字門關門末段速度等，其中人字門關門末段速度為可調恒定參數，環境溫度、人字門淹沒水深為常變參數。延時停機參數主要受這兩個常變因素影響。

2.1、不同季節下溫度差異對三峽船閘人字門的變形影響理論計算

三峽船閘人字門結構主要為船用鋼DH32＼DH36以及Q345B、Q345D材料，其變形量計算可以考慮統一采用鐵性材料膨脹系數。

鐵的膨脹系數系數為α=11.76*10-6 /℃ 門體鋼結構應略小于小于他，但可取近似值。冬夏季氣溫差最大約為40℃，日溫差最大約15℃，以此系數估算

日氣溫差門體寬度變化量估算：△B1=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*15≈3.5mm；

冬夏季氣溫差門體高度變化量估算：△B2=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*40≈9.4mm；

2.2、不同淹沒水深下人字門慣性停機距離分析

由人字門所受停機阻力分析可知，人字門淹沒水深越大，其慣性停機距離越短。在其他環境條件不變的情況下人字門慣性停機距離可近似估算為△S= K /△H。K為固定的經驗系數，△H為人字門淹沒水深。

三峽船閘完建通航后，根據上下游水位組合不同，船閘常年運行在上游175.0～145.0米、下游65.0～67.0米水位之間，各閘首的主要淹沒水深根據船閘運行級數不同也固定在相應的區間。各閘首人字門淹沒水深見下表。

一閘首只有在五級運行是才投入運行，三峽庫水位降至152.4以下后就切除運行；六閘首下游水位由于葛洲壩的水位調節常年水位變幅不大。二至五閘首人字門淹沒水位變化主要是以汛期、枯水期為時間邊界不斷來回波動。汛期主要集中在春夏季，枯水期主要集中在秋冬季。

2.3、三峽船閘各閘首不同時間下延時停機時間參數表制定

由上述分析可知，三峽船閘人字門運行環境（環境溫度、人字門淹沒水深）在夏春季和冬秋季差異較大，其延時停機的時間參數也應有較大變化。結合多年船閘運行實踐，我們制定了相應的人字門關終門縫調整延時參考表做為不同季節船閘人字門關終門縫調依據（見下表）。經運行實踐證明，此參數在三峽船閘人字門關終門縫調整中較可靠、便捷，極大地提高了船閘人字門關終門縫調整工作的效率。

表2 不同季節延時停機參數表

結語

以上介紹了常用的人字門門縫調整工藝，列出了此工藝存在的不足，同時在分析中，詳細分析了影響人字門關終門縫大小的各項因素，提出了相應的人字門關終門縫調整工藝優化措施及實踐經驗，可以為船閘行業人字門關終門縫調整提供一種新的工藝參考。（作者單位：長江三峽通航管理局）