液壓啟閉機帶多拉桿啟閉平面閘門的設計

侯慶宏，周 偉

（黃河勘測規劃設計有限公司，鄭州450003）

1 概述

厄瓜多爾CCS水電站位于Napo和Sucumbios省之間的Coca河流域，電站由首部樞紐工程、輸水隧洞工程、調節水庫工程和廠房工程4部分組成。該電站共安裝8臺187.5MW沖擊式水輪發電機組，總裝機容量1500MW。本工程除檢修閘門采用移動式啟閉機啟閉外，工作閘門和事故閘門全部采用液壓式啟閉機啟閉。由于上游庫水位較高，啟閉機安裝高程相應抬高，為減少液壓啟閉機揚程，平面閘門的液壓啟閉機需要帶拉桿啟閉閘門，有的甚至需要帶多節拉桿，這就給閘門的檢修帶來了困難。為了解決帶拉桿液壓啟閉機啟閉平面閘門的檢修問題，合理布置閘門檢修平臺、拉桿檢修平臺及各部件的布置選型在設計中至關重要。CSS水電站帶拉桿液壓機啟閉平面閘門的布置型式基本相同，僅孔口尺寸不同。以平門沖沙閘工作閘門為例，介紹帶拉桿液壓啟閉機啟閉平面閘門的布置型式。

2 總體布置

由于上游有泥沙淤積，平板沖沙閘的進口設有進口檢修閘門和工作閘門（如圖1）。檢修閘門布置在工作閘門的上游側，可以在工作閘門檢修期間擋水，利用壩頂門機進行啟閉。為解決工作閘門提出孔口進行檢修的問題，在空間上布置了兩層檢修平臺，即1279.5m高程閘門檢修平臺和1285.0m高程的拉桿檢修平臺。為便于拉桿拆換和倒運，在閘門檢修平臺和拉桿檢修平臺均設置了可移動鎖定裝置。

以一節拉桿的拆換過程來說明閘門檢修的操作過程：①縮回液壓啟閉機活塞桿，帶動閘門提升一節拉桿長度；②在閘門檢修平臺鎖定下節拉桿；③拆卸拉桿節間連接，釋放上節拉桿；④調整活塞桿長度在拉桿檢修平臺上用拉桿鎖定裝置鎖定上節拉桿；⑤拆卸上節拉桿與液壓啟閉機之間的連接；⑥推動可移動拉桿鎖定裝置至拉桿存放處；⑦伸長液壓啟閉機活塞桿，連接下節拉桿。按上述步驟可完成多節拉桿拆換，直至閘門吊出檢修平臺進行檢修。檢修完畢，閉門過程與啟門檢修過程的程序正好相反。

圖1 平板沖沙閘閘門

3 閘門

工作閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，孔口寬度4.5m，孔口高度4.5m，設計水頭28.3m。沖沙閘為取水口最低的泄水建筑物，為了防止上游泥沙淤入門槽，閘門止水布置在迎水面，為常規預壓式止水。閘門由門葉焊接件、止水裝配件、主輪裝配件、反滑塊裝配件及側導向裝置組成。

門葉焊接件為常規梁格同層布置，主材為ASTM 242。閘門共設4個主輪，每個主輪受力基本相同。由于主輪處于水下工作且庫水含沙量較大，軸套選用銅基鑲嵌自潤滑復合材料。為防止泥沙進入軸套，輪子和輪架間設有密封圈。主輪及主軌材料均為ZG35CrMo。為適應軌道的安裝誤差，主輪采用了偏心距為5mm的偏心軸。安裝前可根據主軌安裝誤差調整偏心軸，以保證閘門在工作位置時，在上游水壓作用下每個輪子踏面均與主軌接觸，保證承壓狀態受力均勻。反滑塊布置在主輪的對側，選用弧面滑塊，材料為工程塑料合金復合材料，通過螺栓與門葉相連，滑塊與門葉之間設有橡皮墊，以便制造、安裝調整及起緩沖作用。側導向裝置布置在閘門下游側，為懸臂式側輪，側輪選用工程塑料合金復合材料。

埋件與閘門接觸部位（除主軌為鑄鋼外），均采用不銹鋼材料316L。

4 閘門鎖定裝置

閘門鎖定裝置的主要任務是把閘門鎖定在檢修平臺上，兼顧拉桿拆換期間，在檢修平臺鎖定拉桿。

由于閘門鎖定裝置較重，人力推動困難。因此，在常規工字性焊接鎖定梁上增加一套行走機構，形成可移動式閘門鎖定裝置如圖2。在非工作狀態，鎖定梁自重通過彈簧壓在行走輪上，行走輪上裝有滑動軸承，軸承材料采用工程塑料合金，故人工推移較省力。彈簧的選擇，用于鎖定臺車的彈簧主要承受軸向壓縮荷載，工作時彈簧處于壓縮狀態，但應在彈性范圍內預留一定安全量，使得彈簧從工作狀態到非工作狀態轉換時恢復彈性，在非工作時彈簧恢復一部分，載著鎖定梁前后移動。臺車自重使彈簧產生的變形量與安全余量疊加，即為設計臺車的最大變形量。

由于閘門鎖定裝置兼顧在閘門檢修平臺鎖定拉桿的任務，兩臺鎖定臺車需要推到孔口中間，兩臺鎖定裝置輪距太大，容易發生干涉現象。因此，輪距需根據鎖定裝置自身穩定的情況下盡量縮小。

圖2 可移動式閘門鎖定裝置

5 拉桿

拉桿作為液壓啟閉機的延長機構，上與液壓啟閉機連接，下與閘門連接。斷面結構按設備的額定啟閉能力選擇。為便于拆卸，節間采用長短軸結構，如圖3。長軸帶在上節拉桿，短軸帶在下節拉桿，長短軸通過掛板連接。拆卸時，只需拆除軸兩端擋板，拉動掛板至長軸外側，脫離短軸即可。拉桿的鎖定臺肩需要根據鎖定裝置的的尺寸進行調整，為四邊帶臺肩結構。

圖3 節間連接

6 拉桿鎖定裝置

通常情況下，拉桿在完全提升或放下設備時，受液壓啟閉機的行程限制，其拉桿的安裝和拆卸必然面臨著吊裝和運輸問題。如果拉桿的安裝和拆卸采用臨時啟吊設備來回吊運，由于上部還與啟閉設備相連接，在空間上操作非常麻煩、耗時。為解決上述問題，特別設計了一套移動式拉桿鎖定裝置。

拉桿鎖定裝置是在帶“U”形缺口的拉桿鎖定梁的下方設置移動車輪，形成可移動式拉桿鎖定裝置如圖4。移動車輪上裝有滑動軸承，軸承材料采用工程塑料合金。鎖定裝置帶著拉桿可以在拉桿檢修平臺上預埋的軌道上前后移動，每節拉桿配一個鎖定裝置。鎖定裝置平時存放在拉桿存放處，使用時，把鎖定裝置推到孔口中間，“U”形缺口的安裝方向正對孔口中心，“U”形缺口插入拉桿鎖定臺肩下方，卸掉液壓機吊頭，推動拉桿鎖定裝置移走拉桿，完成一節拉桿的替換。

圖4 可移動式拉桿鎖定裝置

該裝置優點在于結構簡單，移動方便，避免了拉桿安裝和拆卸過程中每次使用臨時起吊設備來回倒運的麻煩，同時，大大提高了拉桿安裝、拆卸的工作效率和安全性。

7 結語

厄瓜多爾CCS水電站帶拉桿液壓啟閉機啟閉平面閘門布置結合工程實際的布置型式，通過對閘門的整體布置、空間位置及零部件選型、結構設計等主要技術難點的設計研究，解決了帶拉桿液壓啟閉機啟閉平面閘門布置、檢修維護等難題，也為水工結構的優化布置創造了條件，為后期工程運行帶來了便利，同時節約了成本。目前，該閘門已投入運行，達到了預期目的，且閘門啟閉過程中沒有出現振動、運行平穩。實踐證明該閘門的設計是成功的，具有較高的推廣應用價值。