南水北調淇河退水平面閘門運行故障分析與處理

吳志強

（南水北調中線局河南分局鶴壁管理處，河南鶴壁458030）

1 引言

南水北調中線干線工程退水閘的功能是保證建筑物和渠道安全而退泄渠水，工作閘門實現上述退水閘的功能，并在汛期擋堤外河水。退水閘工作閘門主要形式是平面閘門，平面閘門按止水形式可分為雙向止水平面閘門和開放式單向止水閘門。閘門全部水平載荷通過主支承行走傳達到軌道上，考慮到閘門工作環境惡劣，每年運用次數少，支承部件維護對水質的污染等因素，南水北調平面閘門基本上都采用滾輪式支承，滾輪式支承的軸承采用自潤滑滑動軸承。

淇河退水閘采用潛孔式平板滾動焊接鋼閘門，門葉結構采用多主橫梁同層布置，單吊點，閘門行走支承選用8套懸臂滾輪，軸承選用無油潤滑滑動軸承。滾輪軸套采用MGB工程塑料。止水選用雙向止水，閘門門葉前后均布置止水橡皮，頂、側止水采用P型復合止水橡皮，底止水采用刀型止水橡皮。每扇閘門自重38t。

由于閘室孔口為半開放式，閘門與建筑結構之間空間有限。閘門安裝采用現場拼裝焊接施工，閘門安裝到位后如要提出門槽，需要對閘門結構進行切割。閘門投入運行后，發現閘門密封有缺陷，閘門漏水的問題較為突出。經現場檢查發現造成閘門漏水的主要原因，一是閘門下落過程中阻力大，關閉過程不暢，閘門經常發生關門不到位的情況；二是閘門的底水封安裝有缺陷，密封功能不滿足。針對漏水問題，首先是采取更換閘門水封，當更換完水封后，仍出現閘門不定期漏水情況。現場分析認為，閘門關閉到位漏水現象消失，如出現不到位情況，閘門漏水依然存在，需要對閘門運行工況進行維修。

2 缺陷故障分析及處理

2.1 問題描述

淇河退水閘工作閘門關閉動力是靠閘門自重，閘門自重38噸，正常情況下閘門在動水工況下關閉應順利到位。但實際操作閘門關閉過程中發現閘門存在卡頓現象，通過觀察閘門荷重儀發現，在動水工況下閘門下落至距底水封有1m時，多次出現荷重儀數字發生突變趨于0載荷，然后瞬時載荷值恢復正常。

2.2 問題分析

2.2.1 閘門增加自重克服動水阻力

在過水動態工況下，閘門關閉過程中，水流流速會隨過流截面面積減小而增大，當流速增大到一定極值后會逐步減小至完全截留。按照伯努利原理描述，當流速大時，壓強小，壓力也會變小，導致浮力也發生變化。據此理論分析，可能當閘門關閉到1m以下時，除了水壓力外，水流上部流速明顯加快，造成底部與水面流速產生壓力差，對閘門形成托舉力最大，閘門本身重量可能與動水產生的托舉力瞬間產生平衡，造成閘門卡頓現象發生。

圖1 伯努利原理圖

2.2.2 閘門本身故障產生額外的阻力影響閘門下落

淇河退水工作閘門配備定向輪四組共8個懸臂式滾輪，每個滾輪直徑為0.35m，采用自潤滑MGB工程塑料制成的滑動軸套，軸套與軸設計間隙為0.1mm。現場檢查發現每個滾輪在人工測試下均不能正常轉動，基本處于抱死狀態。

閘門設計工況是滾輪在門槽中應該為滾動摩擦狀態，而實際工況滾輪與軌道成了滑動摩擦狀態，與原設計工況不符。由于滾動摩擦變為滑動摩擦，增加了閘門下滑時的阻力。當閘門下落自底部1m以下時，水流力在閘門底部產生的順流推力加大，使閘門處于微傾斜的受力不均衡狀態，這時滑動摩擦力就會增大，使閘門下落受阻。

3 處理方案

3.1 在閘門下游側安裝配重，增加閘門自重

經與設計溝通，閘門啟閉力為800kN，閘門自重可換算為380kN，考慮動水啟閉情況下，復核閘門啟閉機的啟閉力及建筑物的承重能力后，設計對平面閘門增加了配重塊50kN，配重塊固定在閘門中間橫梁結構內，經現場測試增加配重后，閘門動水關閉中卡頓現象減少，但仍未徹底解決該問題。

3.2 維修滾輪將滑動摩擦工況修復為滑動摩擦工況

對滾輪與懸臂滾輪軸進行檢查發現，該工作閘門滾輪及輪軸存在的主要問題：一是滾輪表面銹蝕較重，輪面出現鼓泡點蝕最深有10mm，如對銹蝕進行修復需要機加工處理；二是輪轂與軸套明顯有銹跡存在；三是滾輪軸承原設計為自潤滑軸套，輪軸與軸套之間配合間隙0.1mm。現場由于四季溫差大，軸套與軸的膨脹系數不同，設計間隙可能會造成軸套與軸抱死。

要解決軸套抱死問題必須更換滾輪軸套，結合現場工況環境和維護經驗，軸套與軸的間隙由0.1mm變更為0.15mm，即使溫差變化也不會產生抱死現象，并且不影響滾輪的運行，造成軸套漏水情況。

經過更換滾輪軸套并加大滑動間隙后，現場測試閘門關閉已無卡頓現象發生，閘門荷重儀數據反應連續無跳變，閘門可順利關閉到位。

4 更換軸套過程中其他問題的處理

4.1 問題描述

淇河退水閘閘站為半開放式閘站，閘門是分節放入門槽后現場焊接安裝的。閘門左右滾輪外端面與建筑物承重墻間隔只有0.3m，滾輪軸長為0.5m，閘門檢修平臺上下游各有0.5m寬。現場維修存在三個問題，一是無法將閘門全部提出門槽，而閘門與建筑物之間的間隙小于滾輪軸長，不能無損取出滾輪機構；二是檢修平臺維修空間只能容納1人施工，機械輔助工具不能使用；三是每個滾輪與輪軸質量有200kg以上，拆卸必須用起吊設備，但現場無空閑場地配備移動式起吊設備。

4.2 處理方案

①滾輪與輪軸抱死無法正常拆卸，必須采取破壞性切割滾輪軸的方式拆卸。

②滾輪表面已經銹蝕，機加工修復后直徑將小于設計要求，現場施工場地有限，需人力采用5磅鐵錘兩側同時敲擊拆卸滾輪，滾輪不再保留。

③重新設計滾輪軸，解決閘門與建筑物之間距離小于滾輪軸長的問題。經與技術人員討論，設計出分段式滾輪軸取代原整體滾輪軸，懸臂式滾輪軸分為兩節，中間采用盲孔式螺紋連接，軸上設有輔助孔，便于軸螺紋的連接，要求其他尺寸與原設計保持一致，保證懸臂軸孔在正常工況下無漏水現象發生。

圖2 分段式滾輪軸制造圖

④在閘門左右門槽上方至閘孔外制作兩個簡易可移動式電動葫蘆吊具，解決在狹窄空間搬運滾輪的難題。

簡易可移動式電動葫蘆吊具承重梁采用250mm的工字鋼，支撐梁采用200mm的工字鋼，電動葫蘆為鋼絲繩電動葫蘆，工作級別M3，起升重量1噸，起升高度6m；支架現場焊接成“┏┳”型結構，用膨脹螺栓固定在工作平臺和承重墻上，方便滾輪拆卸并能及時移出門槽。

通過上述方式的實施，圓滿解決了閘門與建筑物之間距離小于滾輪軸長、滾輪人工拆卸搬運勞動強度大、軸套間隙與環境溫差不匹配等問題，使得退水閘工作閘門因閘門自重及滾輪抱死原因造成的下落卡頓，閘門關閉不到位的問題得到圓滿解決。