某泄洪深孔防射水裝置試驗(yàn)性改造研究

董彥同，賀小平，于忠敏

(三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133)

0 引 言

泄水閘是水利樞紐安全運(yùn)行的重要保證[1]，因此保證水利樞紐泄洪深孔的弧形閘門穩(wěn)定運(yùn)行極其重要。

弧形閘門的門楣止水防射水裝置(防射流裝置)的作用是保證閘門在全關(guān)或局部開啟時(shí)，閘門頂部止水嚴(yán)密不產(chǎn)生射流現(xiàn)象[2]，從而防止門振以及閘門和門槽空蝕、銹蝕等現(xiàn)象的發(fā)生。閘門如果銹蝕嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致閘門漏水，整體結(jié)構(gòu)承受水壓力的能力大大減弱，甚至引起閘門振動(dòng)破壞[3]。

幾種典型門楣防射水裝置見圖1所示，均是利用上游水壓力使件4的止水橡膠壓緊在弧門面板上，保證閘門開啟時(shí)不漏水[2]，但這些結(jié)構(gòu)的止水橡膠直接安裝在胸墻上，僅靠橡膠自身的壓縮補(bǔ)償閘門向下游側(cè)的撓性變形量，補(bǔ)償量較小不能適應(yīng)高水頭大型閘門的需求。因此出現(xiàn)了補(bǔ)償量較大的門楣防射水裝置見圖2所示，活動(dòng)止水座板通過銷軸繞胸墻固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)使復(fù)合止水橡膠的活動(dòng)范圍變大，適應(yīng)了閘門向下游側(cè)的撓性變形，但其彈簧鋼片下的密封腔承壓面積無法調(diào)節(jié)，不能控制限位支撐輪與面板的接觸力。近期也出現(xiàn)了采用兩道水封的結(jié)構(gòu)[4,5]，但沒有綜合考慮活動(dòng)止水座承壓面積的調(diào)節(jié)和活動(dòng)止水座的限位。

1-門體；2-胸墻；3-門葉止水；4-胸墻止水(防射水裝置)圖1 幾種典型門楣防射水裝置Fig.1 Several typical examples of preventing water jet device

本文通過分析某泄洪深孔弧形閘門防射水裝置存在的問題，提出改造措施，設(shè)計(jì)出一種背壓可調(diào)式防射水裝置，通過調(diào)整活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸止水座的承壓面積，控制其所受水壓力，保證其在閘門的運(yùn)行水頭范圍內(nèi)達(dá)到封水的目的，解決了原裝置對弧形閘門面板破壞的問題。

1 某泄洪深孔門楣防射水裝置存在的問題

某泄洪深孔現(xiàn)有的弧形閘門門楣止水防射水裝置是在彈簧鋼片上裝復(fù)合橡膠密封，使其在庫水壓力的作用下壓緊弧形閘門面板從而起到密封作用，為防止復(fù)合橡膠密封壓緊力過大使其損壞，通過限位支承輪貼緊弧形閘門面板達(dá)到限位的目的，如圖2所示原弧形閘門防射水裝置。

1-復(fù)合止水橡膠；2-限位支撐輪；3-活動(dòng)止水座板；4-彈簧鋼片圖2 原防射水裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 The original structure of preventing water jet device

但是此裝置存在如下缺點(diǎn)：

(1)防射水裝置限位支承輪的補(bǔ)償量無法適應(yīng)弧形閘門水頭變化產(chǎn)生的變形，活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸承壓面積過大，無法通過自身結(jié)構(gòu)使其改變，所受庫水壓力較大，使其壓緊弧形閘門面板，而限位支承輪大部分銹蝕卡死，壓損弧形閘門面板防腐涂層，導(dǎo)致弧形閘門面板局部防護(hù)失效。

(2)弧形閘門面板受損之后加速了其上的密封磨損，進(jìn)而使其破壞。嚴(yán)重影響了弧形閘門門楣防射水裝置的使用壽命，同時(shí)也影響了弧形閘門面板的使用壽命，增加了弧形閘門運(yùn)行過程中的危險(xiǎn)性。

2 改造方向及措施

2.1 改造需考慮的問題

針對目前某泄洪深孔弧形閘門門楣止水防射水裝置存在的問題，結(jié)合現(xiàn)場埋件布置情況和施工需要，著重從以下幾方面考慮進(jìn)行改造：

(1)減小活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸所受水壓力。由于活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸承壓面積較大導(dǎo)致其所受庫水壓力較大，使其壓緊面板，而限位支承輪銹蝕卡死，壓損弧門面板防腐涂層。因此需從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改善，減小活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸所受水壓力。

(2)選用其他方式的限位結(jié)構(gòu)。由于限位支承輪壓損弧門面板防腐涂層，導(dǎo)致弧門面板局部防護(hù)失效，因此取消限位輪，改用其他形式的限位裝置，以保證面板不受損壞。

(3)方便施工及后期維護(hù)。由于泄洪深孔弧門門楣位置空間狹小，為方便施工，結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行大的變動(dòng)，在原有件的基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)，同時(shí)可以節(jié)約一定的材料費(fèi)用。還要充分考慮各零部件的結(jié)構(gòu)及加工工藝，方便現(xiàn)場施工及后期維護(hù)。

2.2 改造措施

(1)改變活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸的承壓面積。采用兩道水封封水的結(jié)構(gòu)[4,5]，同時(shí)重新設(shè)計(jì)兩道水封結(jié)構(gòu)，變?yōu)槌袎好娣e可調(diào)式結(jié)構(gòu)[6]。

減小活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸所受水壓力：在活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸上增加可調(diào)式止水座，減小活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸所受水壓力。新型閘門門楣防射水裝置如圖3所示，為了改善活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸止水座所受水壓力，可通過調(diào)節(jié)止水座板(圖3件1)和楔形止水座板(圖3件5)的相對于活動(dòng)止水座板(圖3件4)的位置，來改變其受壓面積(圖3中X所示)。

圓頭P型止水和楔形止水座板貼合：復(fù)合止水橡膠和楔形止水座板裝在活動(dòng)止水座板上，即使在庫水壓作用下弧門向下游產(chǎn)生位移時(shí)，在水壓作用下P型止水貼緊楔形止水座板，復(fù)合止水橡膠貼緊弧門面板。復(fù)合止水橡膠仍能夠貼緊弧門面板。將P型止水和楔形止水座板貼合，楔形止水座板向下游的位移越大，與P型止水貼合的越緊，從而保證密封的有效性，同時(shí)在一定程度上限制了復(fù)合止水橡膠的壓縮量。

1-止水座板；2-P型止水；3-復(fù)合止水橡膠；4-活動(dòng)止水座板；5-楔形止水座板；6-調(diào)整螺母；7-限位拉桿；8-彈簧鋼片圖3 新型防射水裝置結(jié)構(gòu)Fig.3 The new structure of preventing water jet device

(2)取消限位支撐輪。由于活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸承壓面積過大，所受庫水壓力較大，使其壓緊弧形閘門面板，而限位支承輪大部分銹蝕卡死，壓損弧形閘門面板防腐涂層，導(dǎo)致弧形閘門面板局部防護(hù)失效。因此取消限位支撐輪，改用其他形式的限位裝置，使其所處位置不干擾其他部件的運(yùn)行，同時(shí)保證復(fù)合止水橡膠的壓縮量，防止壓力過大壓損復(fù)合止水橡膠，并且保證復(fù)合止水橡膠破壞后活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸結(jié)構(gòu)碰撞弧形閘門面板。新型的限位裝置如圖3所示的限位拉桿。

(3)彈簧鋼片采用分段結(jié)構(gòu)。彈簧鋼片用于保證復(fù)合止水橡膠與弧形閘門面板密封的預(yù)壓縮量。同時(shí)為了保證P型止水和楔形止水座板密封前后的壓差，將彈簧鋼片分段間隔均勻布置，使圓頭P型止水和楔形止水座板密封之后的空腔與大氣相通，從而使圓頭P型止水在水壓作用下貼緊楔形止水座板。

3 應(yīng)用情況

就目前已完成的弧形閘門門楣防射水裝置改造情況來看，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)射水、振動(dòng)及面板和水封破壞的現(xiàn)象。

改造前后運(yùn)行情況見圖4所示。在運(yùn)行后檢查修補(bǔ)后的弧門面板未見新的銹蝕情況發(fā)生，圖4(b)右所示為面板運(yùn)行1年后狀況。

圖4 改造前后運(yùn)行情況對比Fig.4 The comparison of operation before and after transformation

本結(jié)構(gòu)同樣可適用于靠水壓力作用密封的閘門頂止水或門楣止水的其他形式閘門中。

4 結(jié) 語

本新型弧形閘門門楣防射水裝置，主要實(shí)現(xiàn)了以下幾方面的創(chuàng)新：

(1)利用水庫水壓力的作用達(dá)到封水目的，并且使活動(dòng)密封裝置所受壓力可調(diào)、可控。

(2)限位裝置不接觸相互作用的密封面，安裝在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，消除了對關(guān)鍵部件破壞的影響。

(3)將P型止水和楔形止水座板貼合，通過楔形密封面保證楔形止水座板向下游旋轉(zhuǎn)時(shí)P型止水密封的可靠性。

此結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)通過調(diào)整活動(dòng)轉(zhuǎn)鉸止水座的承壓面積，進(jìn)而控制其所受水壓力，保證其在閘門的運(yùn)行水頭范圍內(nèi)達(dá)到封水的目的，解決了原裝置對弧形閘門面板破壞的問題。

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