水工金屬結構新技術及新型設備的應用探討

劉鴻鵬

安徽省交通航務工程有限公司 安徽 合肥 230000

1 概述

伴隨著國家對水利行業的重視，生態環保意識的提高，水利工程的要求及安全也得到相應的提高，同時對工程管理要求也大幅度提升，國家相關部門頒布的相關規范越來越完善，也就在工程設計及施工、生態環保、景觀等要求大大提高，更大程度上刺激了整個水利工程金屬結構新技術及新型設備新技術的迅速發展。

2 新型門型

隨著城市的發展及擴大，水利、市政及交通工程的相結合，閘門的設計孔口逐漸擴大，工程運行條件相對限制，對環境及景觀要求逐步提高，工程設計人員對閘門的門型選擇有了新的認識和創新，則在工程實際中衍生了多種新的門型。如上海蘇州河的擋潮閘底軸式驅動翻板閘門、南京三汊河互鏡閘門、合肥塘西河輪盤式閘門、常州鐘樓對開式弧形閘門、船閘航運工程空間網架弧形三角閘門等。這些相對低水頭大孔口的閘門在設計之初，其目的就是為了全方位的結合多種使用場景，航運方面大幅度增強整體的運輸速率，提升各方面的質量和穩定性。還兼顧外觀是否美觀，是否可以起到裝點和美化城市的作用。

3 設備的在線監測系統

水利工程水庫含擋水建筑物大壩、船閘及水閘的閘室等，在工廠施工期間均配備各種觀測設備，設備含水輪發電機、泵站等設備，均配備在線監測系統，通過相關運行數據的傳輸，在監測終端及時發現各種故障或異常等型號，便于及時發現問題進行處理，滿足建筑物設備正常可靠運行。

在金屬結構設備方面，主要包括閘門、啟閉機等設備。水庫等建筑物金結設備正常運行在30年以上，大部分設備尺寸及重量較大，維修較困難。常規的檢查僅檢測設備的表面，基本運行狀況，通過設備磨損、異響等進行判斷是否維修及加固，但是無法判斷設備的結構強度是否滿足規范運行要求，故設備內在存在的運行缺陷無法判斷，只能通過零部件的拆除檢查等手段進行排除，不可避免的存在維修成本高，耗時長，影響設備的正常運行。目前在新建水電行業已大規模使用，效果明顯，部分水利工程金屬結構設備均投入配備該系統，提高運管層次及效率。

4 無電應急操作設備

規范要求具備防洪功能的水利水電工程金屬結構設備應配備兩路電源，同時配備應急備用電源，確保設備在緊急情況下的供電可靠，滿足其正常運行要求。

通過在2019年8月20日四川龍潭水電站大壩的應急搶險情況，由于強將暴引發洪澇災害，部分道路、通訊、電力中斷，啟閉控制設備泡水，無法供電，閘門無法開啟的情況，無電應急操作系統在搶險中發揮重要作用。通過這案例表明，在電力保障完善的情況下，電力控制設備存在故障或意外的情況下，存在啟閉設備完好的在緊急情況下無法工作的可能性。無電應急操作器在該條件下能滿足啟閉設備的正常運行要求，在極端情況下，該設備滿足啟閉設備正常運行的最后一道保障措施，且適應不同類型的啟閉機應用，確保工程運行安全。故存在有極端條件運行的情況下配備該設備系統是有必要的。同時在較小的具有防洪功能的工程，啟閉設備均為手電兩用，在緊急情況下手動操作，避免增設備用電源，減少設備的維護管理。但手動裝置存在效率低、勞動強度大，特別是稍大容量的啟閉機更明顯。隨著社會的發展已逐漸淘汰手動控制啟閉機運行的趨勢，無電應急操作器可作為該情況下替代設備的可能性。

5 新型啟閉機設備

水利水電工程傳統的啟閉設備包括卷揚式、液壓式及螺桿式等啟閉機設備。隨著建筑物及設備的外觀及維護要求越來越高，傳統的開式卷揚式啟閉機逐漸被閉式卷揚機所替代的趨勢，常規的蝸輪蝸桿被螺旋傘齒螺桿式啟閉機所替代，且有條件的情況下選用暗桿式螺桿機。

閉式卷揚式啟閉機無大齒輪傳動，多種型式的減速機傳動及布置技術均非常成熟，可根據啟閉機方布置空間進行選擇，優化啟閉機房布置。螺旋傘齒傳動比較高，且滿足單次長時間運行，壽命長。同時閉式卷揚式啟閉機機及螺旋傘齒螺桿啟閉機外觀簡潔、安裝及維護簡單、外觀性能優越、視覺性好，故該類型的新型設備在大中型水利水電工程得到廣泛的應用。

隨著金屬結構設備的安全運行要求提高，常規的卷揚式啟閉機僅配備工作制動系統，滿足設備制動要求。在容量較大及比較重要的設備中，如大型門機、泄洪設施大型閘門卷揚啟閉機等均配備安全制動，主要是滿足在設備長期運行過程中，出現工作制動器失靈、電機傳動高速軸斷裂等意外情況時閘門失去控制，確保閘門啟閉及多孔閘門共用時移動安全運行。

6 生態環保

隨著社會及科技的發展，生態環保的作用也越來越明顯，水利水電行業也為生態環保加強技術的革新和提高。在水工金屬結構設備產品的的應用積極使用環保型產品，避免污染河道、水源地等。主要是在金屬結構設備的潤滑系統，閘門運轉件采用的自潤滑軸承，減少灌注潤滑油脂，卷揚式啟閉機的鋼絲繩潤滑油及液壓機液壓油均采用環保食品級潤滑油，且具備生物可降解，對水質不存在污染，有利于生態環境的維護。

由于水工鋼閘門及其埋件大部分存在水下工作，設備表面需進行防腐處理工作，故對防腐材料的要求也使用相應的環保材料，淘汰長期使用有毒的材料，避免污染生態環境。

7 其它

在金屬結構設備電力驅動等方面，嚴格按國家環保部門要求，采用低碳節能型設備，降低能效。

部分水庫大壩、罐區等發電、取水口等根據不同水深水溫要求，取水口設置疊梁閘門、分層取水閘門等型式，在不同季節水位水深的情況下開啟相應的閘門，滿足下游水生物對不同水溫繁殖等生態需求。

8 結束語

水工金屬結構設備在傳統的水利工程中傳統要求主要是滿足工程功能性及安全需要，隨著現代社會的飛速發展，水利工程不僅僅是民生工程，而是結合民生、環保、生態、建筑、景觀等需求，水工金屬結構勢必會迎來越來越大的發展趨勢。在已經開工或者是面臨開工的項目方面而言，需要面臨的難度會更大，故對設備的選擇、布置、新技術應用、信息化系統等提出更高的要求。在水利工程建設中，對水工金屬機構新型設備、新技術的運用，對提升工程質量和安全、管理維護更加便利是一種發展的方向。