充壓式弧型閘門制作

盧開爭，幸能旺

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

充壓式弧型閘門通常用于設計水頭較深的大型水電站中，如國內的觀音巖水電站、紅石巖堰塞湖整治工程等工程泄洪底孔閘室中都應用了這種抗滲性強、抗壓強、剛性強、密封性強的閘門。其水封工作原理為充壓密封，故充壓閘門由此而聞名，其中閘門的制作控制和金加工成為了閘門能成功運行的關鍵工作。

1 制作流程說明

充壓弧型閘門的制作是一個流程相對復雜，施工工序相對較繁瑣的工作，從設計圖紙抵達制造廠，充壓弧型閘門的制作工作就進入到施工環節中，從技術部對圖紙的審核、細節拆分、閘門工作原理分析等識圖工作，進入到充壓弧門材料采購、外協件購買、外協廠家等材料采購加工階段，再到材料入場后檢驗，車間施工人員開始數控切割，充壓弧門的各部件拼裝、焊接、矯形，到關鍵的充壓弧型閘門整體拼裝焊接、支臂整體拼裝焊接等施工工序，充壓弧型閘門門葉結構與支臂結構金加工，充壓弧門的水壓試驗等多而復雜的施工工序和制作流程。

2 各施工工序淺析

2.1 材料進廠檢驗

閘門材料是決定充壓弧型閘門質量的主要因素之一，故材料的把控是充壓弧型工作閘門的控制重點。鋼板的尺寸、外形及允許偏差應符合國家標準中規定的公稱尺寸，鋼板的化學成分應按照設計圖紙相關文件要求進行檢測，并滿足標準規范要求。另外弧型閘門主要部件使用的材料，如面板、主梁、邊梁、吊耳板、支臂等，還應進行鋼板的力學性能檢測，必須采用各項檢測結果均滿足要求的鋼板，保證閘門的施工質量。

2.2 材料的數控切割、構件拼裝

（1）材料切割：材料到廠后，根據拆圖后得到的構件尺寸并根據各個制造廠的施工工藝增加適當的工藝收縮余量確定各板材的下料尺寸，如在弧門支臂箱型梁的焊接工藝采用氣保焊，則在拆解設計圖紙后在原圖的基礎上增加適當的焊接收縮、矯形收縮等余量。材料數控下料完成后，后續還應按照設計圖紙進行坡口切割、打磨等工序。

（2）后續進入腹板與翼板等構件拼裝焊接工序。該工序主要為減少弧門整體拼裝時，整體焊接熱量集中，避免了弧形閘門整體焊接變形較大，質量控制要求不易等難點。

2.3 弧形閘門的整體拼裝焊接

弧形閘門的拼裝采用臥裝的形式進行拼裝，詳見圖1所示，支臂的拼裝同樣采用臥式的方式組裝，支臂的組裝見圖2所示，拼裝時需做好以下工作：

圖1 充壓弧形閘門制作過程拼裝示意圖

圖2 支臂制作過程組裝示意圖

（1）焊接收縮余量的控制：因充壓弧型閘門的工作環境壓力相對較大，鋼板材料都相對較厚，在整體拼裝時閘門的焊接受熱相對集中，焊接收縮變形量較大，拼裝時需對充壓弧門的曲率半徑放適當的余量，保證焊接后弧門的曲率半徑滿足設計圖紙要求；弧門曲率半徑的放樣計算可參考圖3所示方法進行計算得出。

圖3 弧門曲率半徑計算示意圖

（2）支臂的拼裝加工余量的控制方法：支臂與閘門結構和支鉸配合，配合面均為金加工面，故在控制支臂的金加工尺寸時，應在支臂整體焊接完成后再進行控制兩端頭連接板的加工余量的加工方法。基本原則是以支鉸連接處端頭板向閘門連接板處尺寸為主要控制目標，同時與閘門連接板的跨距應和弧形閘門制作的跨距保持一致。

2.4 弧形閘門的整體組裝

充壓弧形閘門的廠內整體預組裝具有以下優勢：

（1）模擬現場安裝狀態，通過廠內預組裝可以檢驗加工是否正確和精度是否符合圖紙規范要求；對沖壓弧型閘門的質量缺陷更易發現，方便廠內消缺工作的開展；

（2）通過預組裝后可在閘門節間各部位安裝定位板或安裝線等，給工地現場安裝時提供相關的技術數據及組裝控制點，安裝單位通過定位板或者安裝線可直接將閘門按照預組裝時的狀態進行整體組裝，提高了工地現場施工的效率，方便現場安裝；

（3）完成充壓試驗檢查弧型閘門水壓的密封性檢測，為安裝現場水封安裝提供檢測數據及安裝指導書。

充壓弧型閘門整體組裝分為地樣放樣、支臂平臺搭建、支臂吊裝、閘門吊裝、整體加固、調整測量、各部件拆除等工序。

1）地樣放樣工作：主要工作為規劃施工現場平面布置，對支臂的中心線、支臂的高程控制點、弧門面板控制線、弧門的中心線、支鉸的中心控制線等通過在剛性平臺進行放樣和規劃，詳見圖4所示。

圖4 弧形閘門組裝地樣放樣控制示意圖

2）支臂平臺的搭建：支臂平臺主要目的為后面支臂的吊裝擺放提供支承，也是控制閘門整體組裝高度的控制點，是整體閘門組裝后主要的支撐受力點，故支臂平臺的搭建是弧型閘門組裝工序的基礎。

3）支臂、支鉸吊裝：支臂和活動支鉸可在吊裝前通過緊固件組裝成整體后再進行整體吊裝到組裝工位上；支臂吊裝后須及時進行調整就位后采用纜風繩或者其它加固材料進行加固，避免長時間的吊裝。

4）充壓弧型閘門的吊裝：根據閘門的分節從底節開始逐節向上安裝，單節吊裝完成后及時地調整門葉中心和曲率半徑，調整合格后進行門葉的連接加固，保證閘門節間連接牢固，頂節閘門吊裝調整就位加固穩定，完成整體閘門的組裝工作。安裝過程中需注意吊裝安全，做好相關安全防護措施。

5）閘門的整體組裝質量驗收：以設計圖紙規范和標準規范為控制標準和公稱偏差形成與沖壓弧門對應的檢測表格，根據檢測表格進行控制閘門的整體組裝質量，整體組裝詳見圖5 所示。

圖5 充壓弧門整體組裝示意圖

6）閘門整體組裝驗收完成后，按照先裝的后拆，后裝的先拆的解體原則進行閘門拆除。

2.5 充壓弧門門葉結構和支臂結構的金加工

充壓弧門門葉結構曲率半徑整體控制要求精度較高，公稱允許偏差為±2 mm，門葉整體組裝后需對門葉的整體曲率半徑進行統計，并確定加工余量。金加工時按照組裝標記尺寸對閘門的連接板、支臂的連接板進行加工。

2.6 充壓弧門水壓試驗

充壓水封主要在充壓腔內保持一定的壓力值，推動山型水封產生一定的變形保證與門葉面板壓縮量，在壓力作用下嚴密封堵閘門面板與沖壓水封之間的間隙，通過充壓腔內的壓力值保證閘門與水封之間無穿線滲漏、射水等情況發生，以達到閘門的封水效果。閘門下閘蓄水前，水封處于自由狀態，無壓縮余量，待下閘蓄水后利用充壓管路對水封與水封座之間的充壓腔進行充壓，達到設計指標時即可推動山型水封達到設計所需的壓縮量，保證門葉與門槽之間的水封達到封水目的。充壓水封詳見圖6所示。

圖6 充水水封工作示意圖

3 施工過程中注意事項

3.1 充壓弧型閘門曲率半徑的確定

充壓弧形閘門的曲率半徑的確定影響較大，從閘門各部件板材最開始的數控下料工序、弧門的整體拼裝、過程焊接到閘門的金加工余量加工工序等都受到了曲率半徑的影響。同時曲率半徑的選擇受制造工廠的制作水平、焊接工藝參數、控制效果等多種因素的影響。確定相對合適的曲率半徑會優化閘門金加工的加工量，提高制作施工效率。

3.2 充壓弧型閘門的整體消應

充壓弧形閘門因整體焊接熱量比較集中，焊接應力難以消除，故弧形閘門在金加工前的消應是一道必備的施工工序。常規的消應方式為自然消應、振動消應、退火消應等，根據目前的施工效果，建議采用退火消應的方式進行應力消除。

4 總結

充壓弧型閘門目前在國內水電站金屬閘門中，屬制作工序復雜、制作難度最大的閘門種類之一，充分了解充壓弧形閘門的整個制作工藝流程和質量控制要求，是該類型閘門制作的必修課，通過本文簡單的闡述，望對讀者提供一些幫助。