常閉式液壓伸縮止水裝置設計

管華明

(安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥 230088)

塘西河河口閘站樞紐工程位于合肥市濱湖新區中心區域，肩負合肥市城市防洪、蓄水、泄水、排洪等重任，建筑物等級I級。根據規劃設計條件，工程的功能有巢湖水位低時攔蓄河水，保持濕地生態水位；巢湖水位高于內河防洪水位時，關閘攔洪；內河洪水位高于巢湖水位時，開閘泄洪；當巢湖水位高于內河防洪水位河水不能自排時，配套的排澇泵站可進行抽排，防止內澇。結合工程功能及周邊景觀要求，閘門采用新型立軸式雙向旋轉閘門，閘門直徑50m，門高9m，具有大門開啟泄洪、小門調節景觀水位的雙向擋/泄水功能，是集水利工程功能化、景觀化、生態化為一體的新門型，屬國內外首創。閘門平面布置如圖1所示(上方為上游塘西河側，下方為下游巢湖側)。

圖1 閘門平面布置圖

由于閘門上部被建筑結構覆蓋，無法采用插拔式止水。因此止水裝置采用何種解決方案成了設計難點之一。

1 背景技術

止水裝置是水工閘門的重要部件之一，用以封堵閘門門體與埋件止水面之間因相對運動時所留出的配合間隙，使閘門門體在封閉水工建筑物的孔口時無漏水現象或使滲漏量減至最少。為適應閘門及埋件止水座面的制造、安裝誤差，通常閘門止水橡皮都預留3～5mm可壓縮量，在水壓力作用下止水橡皮產生壓縮變形，方可使之與止水面密封嚴實，從而達到理想止水效果。

因工程布置需要閘門止水需設置在高水位一側時，則閘門上的水壓力無法作用于止水橡皮，其與水座面之間的配合過盈量只有通過給定外力，強制使止水橡皮發生壓縮變形來實現，也就是通常概念中的“預壓式前止水”。閘門每一次開啟、關閉均為完成因止水橡皮強制壓縮變形產生的摩阻力。過大的壓縮摩阻力不僅使得閘門運行過程中啟閉機容量發生急劇增大，而極易造成閘門運行時發生劇烈震動、卡阻，同時也將加速止水橡皮磨損，從而大大縮短了閘門的大修周期。

2 常閉式液壓伸縮止水裝置設計方案

根據本工程閘門特點，閘門止水裝置采用了新型常閉式液壓伸縮止水設計方案，包括液壓機構、止水座機構、密封滑動機構和止水導向槽。結構如圖2所示。

圖2 常閉式液壓伸縮水止裝置結構及系統圖(油缸伸出水止抵緊止水座狀態)

液壓機構包括依次連接的液壓泵、單向閥、液壓蓄能器、減壓閥和三個液壓伸縮油缸，減壓閥的出口通過液壓管道連通著一個以上的液壓油缸。減壓閥將蓄能器高壓油轉換成油缸工作油壓；單向閥在液壓泵不工作期間，將液壓回路閉鎖，防止蓄能器泄壓。

止水導向槽為槽鋼狀，且沿軸向固定安裝在上游門葉(圖1中件號1)或下游門葉(圖1中件號2)的外側面；三個液壓油缸固定連接著止水導向槽，液壓油缸的活塞桿伸至水止導向槽內。

在密封滑動機構中，滑動支座采用焊接工字鋼，Ω型條狀止水橡皮通過兩塊壓板固定在滑動支座的一側端面上。止水橡皮長度方向兩側的壓板上分別設有垂直于壓板的行程限位塊，其高度小于止水橡皮的直徑。當閘門止水與埋件止水面密封嚴實時，行程限位塊控制油缸不再外伸，防止閘門止水壓壞。滑動支座的另一側端面通過密封件壓板連接著三個液壓油缸的活塞桿，側端面和密封件壓板之間設有條狀的滑動支座密封件。液壓油缸驅動密封滑動機構實現往復移動。

止水座機構包括止水座板和止水埋件。止水座板為焊接工字鋼，其一側面為內端面，另一側外端面和止水橡皮對應配合。在三個液壓油缸同步的驅動下，當止水座板的外端面和止水橡皮壓緊配合時為止水密封狀態，當止水座板的外端面和止水橡皮脫離時為解除密封狀態。止水埋件采用焊接工字鋼，其一側端面連接著止水座板的內端面，且二者之間設有止水埋件密封件；另一側端面通過一期插筋、連接板和連接錨栓固定安裝于止水混凝土基礎內。

3 實現的功能

該止水裝置可實現：當閘門將啟、閉運行時，操作液壓頂伸油缸使閘門止水橡皮沿導軌回縮20mm，使止水橡皮與埋件止水面不發生接觸，如圖3所示，閘門運行無須克服因止水橡皮強制壓縮變形產生的摩阻力；當閘門進入封堵孔口指定位置時，操作液壓頂伸油缸使閘門止水橡皮沿導軌伸出20mm，使止水橡皮與埋件止水面產生壓縮變形而確保密封嚴實；當止水橡皮壓緊后，在行程限位裝置和液壓頂伸油缸工作油壓限壓的雙重作用下，油缸停止運動并維持工作壓力(限壓3MPa)，使閘門止水始終處于壓緊狀態。

圖3 油缸縮回止水脫離止水座板

當閘門在防洪、蓄水時處于長期擋水狀態，液壓油缸則處于長期工作狀態，當油缸因系統泄漏而失壓，止水橡皮將會緩慢地脫離止水面，導致閘門發生泄漏。為維持油缸工作壓力則需要頻繁地啟動液壓泵補壓。“常閉式液壓頂伸閘門止水裝置”設置了一套液壓蓄能器，一次性將蓄能器壓力提高至12MPa，通過減壓閥將輸送至工作油缸回路壓力長期維持在3MPa，時間可長達數月，當蓄能器壓力低于油缸工作壓力時，可啟動液壓泵對蓄能器補壓。單向閥用于封閉回路，防止液壓蓄能器因回流而泄壓。

4 具體實施方式

本工程中常閉式液壓伸縮止水裝置具體實施過程為：以埋件止水座位置確定閘門止水在門體的相應位置，來滿足閘室孔口止水要求；將導軌與閘門門體焊接，嚴格控制兩導軌板間垂直度、平行度和平面度，并保證焊縫的密封性；再將3只伸縮液壓缸分上、中、下通過螺栓連接固定于門體上，以便今后拆卸維修，連接面間設有止水密封件，防止高壓水滲漏進門體；閘門止水橡皮與工字形止水座螺栓連接，以便于今后拆卸、更換橡皮，閘門止水橡皮底板兩側和工字形止水座密封件與導軌構成雙層密封，以防止高壓水滲漏進導軌內腔；工字形止水座底板與伸縮油缸活塞桿螺栓連接，油缸可帶動閘門止水作伸、縮運動。

5 結語

常閉式液壓伸縮止水裝置新型設計方案主要優點如下：

(1)閘門運行時，伸縮油缸使閘門止水橡皮收回，無須克服因止水橡皮強制壓縮變形產生的摩阻力。

(2)閘門進入指定位置時，伸縮油缸使止水橡皮伸出與埋件止水面產生壓縮變形而確保密封嚴實。

(3)蓄能器可長期維持液壓油缸的工作壓力，確保止水密封嚴實。

(4)伸縮液壓缸可拆卸、維修，止水橡皮可拆卸、更換。

本設計方案結構形式新穎獨特，使閘門運行時無須克服因止水橡皮強制壓縮變形產生的摩阻力，解決了強制性使止水橡皮發生壓縮變形所造成的啟閉機容量急增，閘門劇烈震動、卡阻，橡皮磨損等問題，已獲得國家發明專利(專利號ZL201410438318.8)。