垂直提升開啟閘門的技術(shù)發(fā)展趨勢研究

馬騰蛟

摘 要：直立式閘門結(jié)構(gòu)簡單、施工及維護(hù)方便，該型閘門已在水利工程中得到廣泛運(yùn)用。隨著近年來對水利工程景觀化和智能化的要求不斷提高，傳統(tǒng)的直立式閘門得到了較快發(fā)展。通過對垂直提升開啟閘門的材料、啟閉機(jī)和結(jié)構(gòu)形式3個(gè)方面技術(shù)發(fā)展的梳理，研究了垂直替身開啟閘門的技術(shù)發(fā)展趨勢，介紹了新技術(shù)在垂直提升開啟閘門中的運(yùn)用情況。

關(guān)鍵詞：垂直提閘門；啟閉機(jī)；閘門結(jié)構(gòu)；水利工程

中圖分類號：TV663 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.028

垂直提升的閘門結(jié)構(gòu)簡單，閘室結(jié)構(gòu)施工和維護(hù)方便，在水利工程中得到了廣泛的運(yùn)用，分析閘門結(jié)構(gòu)受力情況可知，其啟動和關(guān)閉與豎直方向的受力有關(guān)，而閘門的重力與閘門的材料息息相關(guān)，克服重力所需的提升力則與啟閉設(shè)備密切相關(guān)，因此，近年來垂直提升閘門的技術(shù)發(fā)展除了閘門構(gòu)造以外，還與閘門材料和啟閉機(jī)的發(fā)展息息相關(guān)。

1 閘門材料的發(fā)展

垂直提升式的閘門具備悠久的歷史，最早可追溯到公元前598—公元前591年，楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區(qū)時(shí)，即設(shè)5個(gè)閘門引水，即為最簡單的上、下提升閘板閘門。隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，閘門材料由木板、石板逐漸發(fā)展為混凝土閘門。20世紀(jì)70年代，波浪形鋼絲網(wǎng)水泥面板閘門得到了廣泛推廣，其能提高慣性矩，承受較大的彎矩，但該種閘門為了減輕質(zhì)量，砂漿保護(hù)層太薄，易使鋼絲網(wǎng)銹蝕、耐久性差，現(xiàn)已較少使用?，F(xiàn)代的水工閘門多為金屬結(jié)構(gòu)，20世紀(jì)80年代初，國內(nèi)開始推廣鑄鐵閘門。鑄鐵閘門具有耐腐蝕性，可在pH為6～8的流體酸堿中使用，止水效果好，安裝簡單，使用壽命長。但鑄鐵閘門在長期關(guān)閉狀態(tài)或不經(jīng)常開啟時(shí)易發(fā)生銹蝕、銹死現(xiàn)象，造成閘門打不開，啟閉設(shè)備不能正常運(yùn)行直至損壞等問題，鑒于此，河南禹王水工機(jī)械有限公司研發(fā)了一種鑄鐵鑲不銹鋼閘門，通過在鑄鐵閘框外表面上鑲嵌不銹鋼止水帶的方法減少了鑄鐵閘門的銹蝕。

此外，陳爭軍在總結(jié)鑄鐵閘門在水利工程中的應(yīng)用時(shí)也指出，鑄鐵閘板可加裝止銅、尼龍材料水密封條形成鑲銅、尼龍閘門。然而，鑄鐵閘門較為笨重，鑄鐵材料抗彎強(qiáng)度較低，所以，在面對現(xiàn)代大跨度大開度水閘時(shí)不適用，而鋼閘門正好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，鋼閘門強(qiáng)度高、抗彎能力強(qiáng)，但防腐蝕效果差。因此，新型材料的運(yùn)用迫在眉睫。2003年，天津市水利局研發(fā)完成了新型無金屬水工閘門，該閘門采用FRP材料，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量小、制造工藝簡單等特點(diǎn)。如圖1所示，閘門門板材料的研究路程呈現(xiàn)出從非金屬到金屬再到復(fù)合材料的總體趨勢，這與多數(shù)工程領(lǐng)域的材料發(fā)展?fàn)顩r相符合。

2 閘門啟閉機(jī)的發(fā)展

水工閘門，尤其是垂直提升閘門，啟閉機(jī)在閘門開啟閉合的過程中起著舉足輕重的作用。隨著高壩的興建，大型水利樞紐的建造，閘門無論是在跨度、高度和水頭方面都有明顯的增大，這就對啟閉設(shè)備的啟閉能力和安全性提出了更高的要求。

螺桿式啟閉機(jī)是較早出現(xiàn)的啟閉機(jī)類型，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是啟閉力不能太大、速度較低、行程受限制。因此，在啟閉機(jī)發(fā)展過程中，為了提高啟閉能力，增大啟閉行程，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，然而，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)也有其缺點(diǎn)，其最主要的缺點(diǎn)是不能產(chǎn)生下壓力，自重相對較大，尤其是大容量的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)更是如此。鑒于此，結(jié)合了螺桿式啟閉機(jī)和卷揚(yáng)式啟閉機(jī)優(yōu)點(diǎn)的液壓式啟閉機(jī)得到了長足發(fā)展，液壓啟閉機(jī)具有傳動效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、啟閉容量大、結(jié)構(gòu)緊湊及用鋼量少等優(yōu)點(diǎn)，特別是它具有布置簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、附屬土建簡單的優(yōu)點(diǎn)得到了日益廣泛的應(yīng)用。隨著水利信息化和自動化技術(shù)的普及，啟閉機(jī)推陳出新，現(xiàn)有新型啟閉機(jī)多基于上述3種類型的啟閉機(jī)而發(fā)展，與探測器、自動化控制電路配合，形成了新型自動化啟閉機(jī)，對閘門開啟及開度都有精確化、自動化的改進(jìn)。啟閉機(jī)改進(jìn)路線如圖2所示。

3 閘門構(gòu)造形式的發(fā)展

直升式閘門結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，但其啟閉設(shè)備一般置于閘門上方，需要擱置建筑，比如排架等與之配套。其凈空高受到限制，如果閘門深度較大，則排架需要非常高，嚴(yán)重影響了閘門的安全，同時(shí)，較高的排架會與周邊環(huán)境不匹配，影響環(huán)境美觀。然而，該型閘門也有不可避免的缺點(diǎn)，即為了將閘門升起后翻轉(zhuǎn)，閘門需采用曲線軌道，導(dǎo)致檢修、安裝和維護(hù)不便，施工精度要求高，施工復(fù)雜。近年來，隨著啟閉技術(shù)的發(fā)展，既可轉(zhuǎn)動，又可升降的升臥式翻板閘門得到了廣泛的研究和關(guān)注。廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院研發(fā)的升臥式翻板閘門即可提升直立，又可平臥于閘底板和閘墩頂；協(xié)和制作所株式會社研發(fā)的方案則是通過沿閘門豎直方向設(shè)置雙吊點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)閘門的提升和翻轉(zhuǎn)，從而摒棄了復(fù)雜的曲線軌道。

上述既可轉(zhuǎn)動又可升降的升臥式翻板閘門雖然簡化了閘門運(yùn)行軌道，但對啟閉機(jī)的構(gòu)造或同步性提出了更高的要求，為了使建筑結(jié)構(gòu)與啟閉系統(tǒng)均簡化，雙扉門結(jié)構(gòu)得到了廣泛發(fā)展，最初的雙扉門構(gòu)造為需要2臺啟閉機(jī)，分別控制上、下扉閘門的升降。

上、下扉閘門分別在各自獨(dú)立的門槽內(nèi)運(yùn)行，即需要2套門槽結(jié)構(gòu)，兩扉間的止水安裝在上扉下部的止水梁。由于需要2套啟閉機(jī)，增加了機(jī)架橋的荷載，使機(jī)架橋和排架斷面加大，機(jī)架橋的布置繁雜，為了進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，山東省水利勘測設(shè)計(jì)院對這一傳統(tǒng)的雙扉門結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)了異型門槽雙扉門，該型閘門僅有1個(gè)門槽，門槽上段寬，下段窄，進(jìn)一步簡化了上部結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語

垂直提升的閘門技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，因此，該型閘門在水利工程中得到了廣泛研究和應(yīng)用，其技術(shù)發(fā)展路線如圖3所示。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉明.水閘施工管理問題探析[J].中國水運(yùn)（下半月），2011（11）.

[2]陳爭軍.水利工程中鑄鐵閘門的選擇應(yīng)用[J].陜西水利，2015（08）.

[3]王蓓.新型水閘在水利工程中的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.

〔編輯：張思楠〕