向家壩升船機C型水封更換及改造

陳偉

摘 要：對接密封裝置是向家壩升船機閘首航槽與船廂水域形成連通器的關鍵設備，而C型橡皮是對接密封裝置的重要組成部分，C型橡皮的使用壽命及運行可靠性則是保證通航效率的關鍵，對于金沙江流域沿岸經濟發展具有舉足輕重的意義。本文通過向家壩升船機上閘首對接密封裝置C型橡皮撕裂破損事件的現象進行分析并提出改造優化解決方案。

關鍵詞：升船機;對接密封;C型水封;改造;優化;更換;向家壩水電站

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0110-03

向家壩水電站升船機布置在樞紐左岸，采用全平衡齒輪爬升螺母柱保安式一級垂直升船機。升船機中心線與壩軸線垂直，其左、右兩側分別與沖沙孔壩段和廠房壩段相鄰。升船機由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道幾部分組成，全長約1530米。

升船機按IV級航道標準設計，過壩代表船型為2×500噸級一頂二駁船隊和1000噸級單船。升船機最大提升高度為114.2米;最小提升高度為92.75米。上游最高通航水位為380米，即水庫正常蓄水位;上游最低通航水位為370米;下游最高和最低通航水位分別為277.25米和265.8米。

1對接密封裝置的布置與參數

對接密封裝置設置于閘首工作閘門頂節門葉的U型結構中，用于上、下閘首航槽與船廂水域的連通。對接密封裝置主要由U形密封框及其支承導向裝置、水封裝置、驅動裝置、彈簧柱等組成。

閘首工作閘門節門葉上共布置10套驅動裝置，每套驅動裝置的液壓缸活塞桿經過彈簧柱與密封框腹板連接，液壓缸除驅動密封框運行外，還用于向彈簧柱和密封框施加壓力，其布置見圖1。

2 C型橡皮的使用情況及撕裂事件原因分析

向家壩升船機自投入試通航運行到C型橡皮撕裂事件發生時，上閘首對接密封裝置C型水封累計往復運行1148廂次，如果加上調試期間的往復運行次數，約2000次，撕裂的對接密封裝置C型橡皮采用的是LD-19橡膠，強度比防100高4Mpa，撕裂部位處于轉角處（圖2圓圈標記處，實物圖片見圖3所示）。

閘首對接密封裝置轉角部位結構受力較為復雜，該部位C型橡皮受到的彎拉應力較為集中，水封橡皮頻繁往復運動產生磨損;同時，水封壓緊不銹鋼螺栓因往復運動出現彎曲、伸長，導致水封壓板與座板壓緊程度減弱（轉角區域尤為突出），使水封螺栓孔承受螺栓集中載荷，加劇水封的磨損;此外，船廂與閘首對接過船，船只進廂進行速度調整及船只加速出廂時，螺旋槳旋轉推動的水流進入升船機承船廂與閘首工作門間隙時C型橡皮受到的附加載荷也大大增加（如圖4及圖5）。多種原因疊加導致橡膠水封緊固螺栓孔處發生撕裂，C型橡皮螺栓撕裂處細節如圖6所示。

另外，對接密封裝置左岸側及右岸兩側轉角附近水封壓板處C型橡皮均有可見凹陷區域，說明此區域內的C型橡皮同樣存在一定程度的受拉變形，細節如圖7所示。

綜上所述，水封破損原因主要有：原設計中C型橡皮為單一橡膠結構，對于頻繁性往復運動及較大的集中拉應力的抗拉性能較低;水封壓板剛度不夠，C型橡皮壓緊力不均勻;不銹鋼壓板螺栓偏軟，密封裝置來回往復運動時，螺栓有松動的可能。

3? C型橡皮的優化改造

針對上述分析結果，對C型橡皮及其安裝附件進行了如下優化。

3.1 增加T型頭

在發生撕裂的一端做成T型頭，防止水封受力后向內縮動，原結構無T型頭與優化后的結構如圖8所示。

3.2 降低橡皮硬度，全面增加化纖織物骨架

C型橡皮材料選用6674，物理力學性能符合NB/T35086-2016的有關規定，且應滿足HG/T3096水閘橡膠密封件的相關要求，適當降低了C型橡膠的硬度，以改善水封工作適應性，同時在整個C型橡皮固定區域增設化纖織物作為加筋，其物理力學性能符合NB/T35086-2016的有關規定，用以增加C型橡皮的抗拉強度，織物里襯在橡皮分段接頭處連續設置，以保證織物在橡膠內的整體連續性，最大限度增加橡皮抗拉強度，即使出現表面斷裂射水現象，也可以采取緊急措施關閉船廂門及閘首通航門泄除間隙水，但不會發生撕裂情況，從而保證設備的安全，避免事故擴大，原結構無織物內襯與優化后帶織物內襯如圖9所示。

3.3 采用鍍鋅鉻螺栓并增加鎖緊螺母

將不銹鋼螺栓更換為鍍鋅鉻螺栓，提高螺栓的強度，克服不銹鋼螺栓偏軟的隱患，并增設鎖緊螺母，防止螺栓因頻繁的往復運動而松動。

3.4 增加水封壓板的厚度

將水封壓板的厚度由原來的12mm增加至20mm，提高水封壓板的剛度，使水封壓緊力均勻。

4 新C型橡皮及附件的安裝調整

4.1 水封壓板

原水封壓板已不再適用，新水封壓板需進行基面配鉆，現場基本無可操作空間，需將原有水封壓板進行編號后與新壓板進行配鉆，原有水封壓板編號內容包括位置及方向信息，同時還應包含相鄰水封壓板的信息，以保證新水封壓板與原水封壓板可以準確替換。

由于新水封壓板厚度增加，因此在制作轉角弧形壓板時，應保證新水封壓板與橡皮接觸面圓弧半徑等于原水封壓板與橡皮接觸面的圓弧半徑，以保證新水封壓板緊固后C型橡皮受力均勻，如圖10所示。

4.2? C型橡皮定位及配鉆

基本工序：座板劃線→C型橡皮劃線→C型橡皮吊裝→C型橡皮定位調整→全長區域固定→配鉆

座板劃線：主要對座板水平段中點及轉角部位的圓弧中點及切點劃線;

C型橡皮劃線：主要對C型橡皮水平段中點及轉角部位圓弧中點及切點劃線;

C型橡皮定位調整：將C型橡皮中點與座板中點對齊，橡皮圓弧中點及切點與座板圓弧中點及切點對齊;

全長區域固定：將調整定位好的C型橡皮用F型夾將其固定，見圖11。

配鉆：C型橡皮與水封壓板進行配鉆時，先將中線位置及轉角位置進行配鉆，固定好關鍵位置后，再向其他方向延伸配鉆。

4.3 螺栓安裝

螺栓安裝時，橡皮與座板、橡皮與水封壓板之間應涂上專用密封膠，防止螺栓孔漏水，螺栓應使用150N·m的力矩進行預緊，然后旋上扣緊螺母并用手擰緊，再用扳手旋緊90°。

5 效益分析

新型C型橡皮優化改造完成安裝后，充水動作調試，未發現明顯漏水現象，復航近半年時間，新C型橡皮運行良好，密封嚴密。

目前，向家壩升船機上、下閘首對接密封裝置C型橡皮已全部更換為全斷面添加織物骨架里襯的新型C型橡皮，其穩定安全運行為升船機的通航效率奠定了基礎，向家壩升船機至今還在不斷刷新單日通航量的新高。

6結語

在具有高頻率往復運動的橡皮水封場合，向家壩升船機原設計采用單橡膠結構水封橡皮在實際應用中遇到問題，橡皮出現螺栓孔處撕裂破損事件，水封未達到預期使用效果，這種單一結構的水封橡皮在此應用值得商榷。結合各地升船機現場實際使用情況，向家壩升船機對接密封裝置C型橡皮將單一橡膠結構改造優化為全斷面增加化纖織物骨架的結構，在目前看來應用效果十分明顯。

向家壩升船機已成為金沙江通航業務的代名詞，升船機設備的穩定運行勢必大幅提升金沙江航運的動力，為西部經濟的騰飛，推動長江經濟帶發展添上濃墨重彩的一筆。

參考文獻：

[1] NB/T35086-2016，水電工程閘門置水裝置設計規范[S].

[2] HG/T3096-2011，水閘橡膠密封件[S].