摘 要：水電站金屬結構閘門的制作及安裝技術，對于水利工程的穩定運行和可持續發展至關重要。基于此，通過深入探討水電站金屬結構閘門的設計與制作要點，總結出安全可靠的閘門的安裝方法，從而提高水電站工程的施工效率、可靠性和安全性的基礎。結合相關資料，總結水電站金屬閘門的基本結構，并對其設計與制作關鍵要點進行分析。通過優化設計和選擇適宜的金屬材料，提高金屬結構閘門的強度和穩定性，并闡述關鍵的安裝方法，確保閘門的準確性和可靠性。

關鍵詞：水電站；金屬結構閘門；制作；安裝技術

中圖分類號：TV7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）12-0050-03

0 引言

水電站作為水力發電的基礎設施之一，其穩定運行直接關系到能源供應的可靠性和持續性。水電站金屬結構閘門作為水電站的關鍵組成部分，不僅直接影響水利工程的運行效率，還與工程的安全性和經濟性密切相關。水電站金屬結構閘門的制作及安裝是綜合性的工程，涉及材料科學、機械工程、結構力學等多個學科領域，通過科學合理的設計與安裝，可以使金屬結構閘門在不同水位、流量條件下穩定運行，確保水電站的正常發電運行。

1 水電站金屬結構閘門結構分析

在水電站金屬結構閘門中，平面閘門是最常見的一種閘門類型，其結構形式簡單，操作方便，適用于各種類型的壩體和水電站。弧形閘門的門體呈弧形，具有較高的水密性和止水性能，適用于大型水電站和高水頭水電站。快速閘門是一種能夠快速關閉的閘門，適用于需要快速切斷水流的情況，如洪水或事故處理。拍門是一種特殊類型的閘門，適用于河流倒流、潮汐等特殊情況。

水電站金屬結構閘門的結構形式多樣，常見的包括滑門、升降閘、旋轉閘等，不同的結構形式適用于不同的水利工程需求。例如滑門適用于水位較大的情況，升降閘適用于需要頻繁調節水位的場合，旋轉閘適用于水流較大的情況。結構形式的選擇需要根據具體工程情況和設計要求進行合理搭配。

閘門需要能夠承受水流、氣候變化、潮汐等多種環境因素的影響。制作閘門常用的結構材料包括高強度鋼、不銹鋼、鋁合金等。材料的選擇要考慮其強度、耐腐蝕性、可焊性等因素，以滿足閘門在不同工況下的工作要求[1]。

2 水電站金屬結構閘門設計及制作

2.1 設計要點

2.1.1 閘門設計

水電站金屬結構閘門主要包括平板閘門和弧形閘門兩種類型。平板閘門又分為單向閘門和雙向閘門，適用于不同的情況。弧形閘門具有較高的水密性和止水性能，適用于大型水電站和高水頭水電站。

在閘門設計中，材料需要具有足夠的強度和剛度，以承受外力和變形。選取材料時，需要根據閘門的使用環境和受力情況，選擇具有足夠強度和剛度的材料，例如，高強度鋼、不銹鋼等材料。需根據工程的具體情況和要求，確定閘門的形狀和尺寸，比如對于大型水電站和高水頭水電站。可采用弧形閘門，以獲得更好的止水性能和水密性能。需要根據水電站的運行要求，確定閘門的尺寸和厚度等參數。

金屬結構閘門需要設置止水裝置，以防止水流泄漏。需要根據水電站的具體情況和使用要求，設計合理的止水裝置。例如可以在閘門的上游和下游設置橡膠止水或金屬止水等裝置。閘門設計還需要考慮到止水裝置的維護和更換方便性[2]。

2.1.2 門槽設計

門槽設計時，需要明確所采用的門槽結構類型，常見的門槽結構類型包括斜坡式門槽、垂直式門槽以及特殊結構式門槽。結構類型的選擇應綜合考慮水流條件、場地地形、材料可行性等因素，確保所選結構既能有效控制水流，又能滿足工程的可行性和經濟性。

在門槽設計中，流體力學分析是重要環節。通過數值模擬和實驗驗證，確定水流在門槽中的流動情況，預測水流對結構的影響，合理的流體力學分析有助于優化門槽形狀，降低水流對結構的沖擊力，提高閘門運行的穩定性和安全性。為了保證門槽正常運行，需要設計科學的排水系統，合理設置排水口的數量和位置，確保在需要排水時，能夠迅速有效地排除水位，避免閘門的過度壓力和沖擊。

門槽的結構強度和穩定性是設計過程中的重中之重。需要確保門槽能夠承受水壓力、水流沖擊以及其他外部力的作用，防止發生結構破壞或變形。結構強度的評估應考慮材料的強度特性，采用合適的安全系數，結合實際工程條件進行綜合分析。

2.1.3 啟閉機構設計

在啟閉機構設計中，動力系統的選擇非常重要。常見的動力系統包括液壓、電動、氣動等，每種系統都有其適用的場景。液壓系統通常用于大型水電站，具有承載能力強、調節精度高的特點。電動系統靈活性較高，適用于小型水電站。氣動系統則常用于特殊環境，如易燃易爆區域。

傳動機構設計是會直接影響閘門的啟閉速度和力學性能。傳動機構的類型包括蝸桿傳動、齒輪傳動、液壓缸等，需要根據結構的緊湊性、效率以及維護成本，來進行傳動機構類型的選擇。在設計時，合理配置傳動機構的布局，要確保其能夠穩定、高效地傳遞動力。水電站金屬結構閘門的啟閉速度直接關系到水流的調控效果，設計時需要根據實際需要確定合適的啟閉速度，并考慮到啟閉過程中的平穩性，以防止因過快啟閉引發的水流沖擊或結構振動。良好的調節性能能夠使得閘門在不同水位下都能夠實現精準的啟閉，適應不同工況的需要。

2.1.4 導軌設計

導軌的材料選擇直接關系到其抗磨損、耐腐蝕、承載能力等性能。導軌材料包括碳鋼、不銹鋼、聚四氟乙烯等。選擇時應根據具體工況和要求進行綜合考慮，導軌的類型包括槽形導軌、V形導軌、懸掛導軌等，需謹慎選擇以適應不同的閘門結構和運動方式。

合理處理導軌表面，有利于減小摩擦、延長導軌使用壽命。表面處理方式包括鍍鋅、噴涂聚氨酯、硬鉻鍍等。選擇處理方式時，應根據導軌的材料和使用環境進行合理搭配。潤滑系統的設計同樣重要，通過設置合適的潤滑裝置，可以降低導軌的摩擦系數，提高啟閉效率，并減少能耗。

導軌的精度要求直接關系到閘門的啟閉穩定性和運動精度，在設計中需要充分考慮導軌的制造工藝和加工精度，確保導軌的表面平整度、直線度、平行度等符合要求。導軌的配合間隙也需要合理控制，以防止運動時產生過大的摩擦力或者松動現象[3]。

2.1.5 密封系統設計

在密封系統設計中，需要考慮密封材料的選擇。密封材料包括橡膠、聚氨酯、氟橡膠等，其選擇應根據工程要求、介質性質、工作溫度等綜合考慮。密封材料需要具備優異的耐磨性、耐腐蝕性和彈性，以確保長時間的可靠密封性能。

密封系統的結構設計直接關系到水閘的密閉效果，密封結構包括橡膠密封條、膨脹式密封、液壓密封等。設計時需根據水閘的結構形式和運動方式進行合理選擇。密封結構還應具備壓力適應性，以確保在不同水位下保持穩定的密閉效果。密封系統需要能承受來自水壓力的作用，因此需要特別關注密封系統的耐壓性能。通過合理的密封結構設計和密封材料的選擇，可確保密封系統在水壓力的作用下保持穩定的密閉性能，防止水流泄漏。

為了保持密封系統的長期穩定性，還需要設計相應的防污染措施。水電站運行過程中水中可能攜帶有泥沙、雜質等，這可能對密封系統造成磨損或堵塞。通過設置過濾裝置、清洗系統等措施，可以有效防止污染，提高密封系統的使用壽命。

2.1.6 應急啟閉裝置設計

應急啟閉裝置的設計要考慮啟閉速度和響應時間，在緊急情況下能迅速關閉或打開閘門，以確保水電站安全運行。設計時需要確保應急啟閉裝置具有足夠的啟閉速度，并在接收到緊急信號時迅速響應，以減小潛在風險。

在設計中，應急啟閉裝置需要設置完善的安全保護系統，以應對各種突發狀況，包括但不限于過載保護、溫度保護、防護裝置等。安全保護系統有利于及時發現設備運行異常，防止因故障而引發更大的安全問題。為確保應急啟閉裝置在停電等緊急狀況下仍能正常工作，應考慮應急電源的設計。可以通過設置備用電源、蓄電池系統等手段，保障應急啟閉裝置在緊急情況下的自主供電能力[4]。

2.2 制作要點

根據設計圖紙，采用精密的切割和成形技術，確保金屬結構閘門的各個部件精準符合設計要求。閘門的結構通常需要通過焊接進行組裝。應采用高質量的焊接工藝，確保焊縫牢固、無裂紋，提高金屬結構的整體強度和穩定性。某些金屬材料需要進行熱處理，以提高其硬度、強度和耐腐蝕性。制作金屬結構閘門時，應根據材料特性合理進行熱處理工藝。

在金屬結構閘門制造的每個階段，都需要進行嚴格的質量控制，以確保最終產品的質量符合設計標準。采用先進的無損檢測技術，如超聲波檢測、磁粉檢測等，對制造過程中的關鍵部位進行檢測，可以及時發現并修復潛在缺陷。精確測量尺寸能夠確保金屬結構閘門的各個部件符合設計規格，達到裝配要求。

在安裝與調試階段，需要采用科學合理的安裝工藝，確保金屬結構閘門能夠準確無誤地安裝到預定位置，與其他設備協同運行。進行系統的調試和檢測，便于確保金屬結構閘門的運行穩定、靈活，且符合設計要求，及時發現并解決運行中的問題。

3 水電站金屬結構閘門的安裝步驟

3.1 安裝前準備

在安裝開始前，進行現場勘查，確認安裝位置、地形地貌，了解工程環境和周邊條件，為后續施工提供詳細的實地信息。經過安全評估后，制定詳細的施工計劃，明確安裝過程中可能遇到的風險和應對措施，確保施工過程的安全性，并準備好所需的安裝材料和設備，包括吊裝設備、起重機械、安全防護設備等，確保設備完好并符合相關標準。

根據金屬結構閘門的實際情況，確定合適的吊裝點。吊裝點的設置需要考慮金屬結構的平衡，防止在吊裝過程中發生不穩定情況。根據金屬結構閘門的質量和形狀，選擇適當的起重設備，起重設備的噸位和工作半徑要滿足實際需要，以確保吊裝過程中的安全性。在實際吊裝過程中，通過監控設備和人工操作，及時調整吊裝設備的動作，保持金屬結構閘門的平衡狀態，防止發生傾斜或擺動。吊裝完成后，進行金屬結構閘門的整體檢查，確認其在吊裝過程中是否受到損壞，并采取必要的修復和保養措施[5]。

3.2 閘門安裝

閘門的基礎施工工作包括基礎開挖、混凝土澆筑等工程。基礎的質量和穩定性直接關系到閘門的后續安裝和運行，因此在基礎施工過程中需要確保地基的承載力滿足設計要求，確保混凝土的強度和密實度等指標符合標準。在進行水電站金屬結構閘門的實際安裝之前，需要進行充分的安裝預備工作，包括對安裝現場的勘察和清理，確保安裝場地的平整度和安全性。還需要對安裝工具和設備進行檢查和維護，確保在安裝過程中能夠順利使用。

吊裝完成后，將金屬結構閘門準確定位到設計位置，使用定位工具、測量儀器等設備，確保金屬結構與其他工程結構的相對位置準確無誤。金屬結構閘門的安裝需要進行連接工作，將其與水電站的其他部分進行緊密連接包括螺栓連接、焊接等工藝，確保連接牢固、穩定。在定位與連接完成后，進行安裝質量檢查，通過對連接部位的細致檢查，確保金屬結構的每個連接點都符合設計要求，不存在缺陷和安全隱患。

由于水電站金屬結構閘門在水中長期工作，其表面容易受到腐蝕，所以在安裝完成后，需要對金屬結構進行防腐處理。防腐處理包括噴涂防腐漆、涂覆防腐涂料等，以提高金屬結構的抗腐蝕性，延長使用壽命。

3.3 運行調試

對金屬結構閘門的電氣連接進行詳細檢查。確保所有電纜、接線端都連接牢固，排除因電氣問題導致的潛在故障。金屬結構閘門控制系統的測試工作，包括對開關、傳感器、自動控制程序等進行逐一檢查，以確保控制系統各項功能正常。如果涉及通信系統，需要驗證其與水電站整體通信網絡的聯通性，確保金屬結構閘門能夠及時、準確地響應來自監控中心或其他系統的指令。對金屬結構閘門的機械結構進行穩定性檢查，確保各個部件沒有松動、變形等現象，保證整個結構在運行時的穩定性。

機械傳動系統的測試工作包括齒輪、軸承、傳動帶等。應科學調整機械傳動系統的參數，確保金屬結構閘門的運動平穩、無卡阻。測試金屬結構閘門的閉合與打開過程，驗證其運動軌跡和速度是否符合設計要求，調整相關參數，確保金屬結構閘門的運動符合水電站的實際需求。安全性測試就是模擬各種突發狀況，檢查金屬結構閘門的安全性能，確保在緊急情況下，金屬結構閘門能夠迅速、有效地停止運動，以保護水電站和設備的安全。應急處理演練目的是培訓操作人員在發生突發情況時的應對能力，演練中要包括對緊急停機、故障排除等方面的處理流程。

4 結束語

水電站金屬結構閘門制作及安裝技術的研究對于水力發電工程的可持續發展具有重要作用，通過科學合理的設計、優化的制作工藝以及先進的自動化技術的應用，可以提高水電站金屬結構閘門的性能，確保其長期、安全、穩定地運行，從而為清潔能源的生產貢獻力量。

參考文獻

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[2] 安郁亮.草街航電樞紐泄洪閘金屬結構與啟閉機安裝管理[J].水電與新能源，2020，34（10）：57-60.

[3] 羅明全.麻窩水電站首部樞紐金屬結構（閘門）安裝施工技術[J].價值工程，2017，36（31）：101-102.

[4] 石運深.放空洞金屬結構制作安裝的監理[J].人民長江，1998 （06）：43-44+49.

[5] 白文杰.水電站金屬結構閘門制作及安裝焊接技術的運用分析[J].智能建筑與工程機械，2023，5（1）：36-38.

收稿日期：2023-11-02

作者簡介：邱志強（1984—），男，甘肅天水人，本科，工程師，研究方向：水工金屬結構制造及安裝。