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摘 要:本文主要介绍了水库闸门运行过程中产生偏向移位的情况;阐明偏向移位所带来的危害;通过对闸门侧移原因的分析 ,提出了行之有效的解决措施。
关键词:闸门侧移;原因分析 ;措施
中国是一个水利水电工程大国,水利工程遍布全国各地,在人口密集城市,还是在边远山区,都有它们的工程设施,兴修水利发展经济,闸门是水利水电工程中的重要组成部分,每个水利工作者要做好防洪、防汛、排涝、抗旱工作。本文要说明的是在水利水电工程中所出现的其中一个问题,以本单位为例,列举故障发生、调查分析、处理方法和过程。溢洪道位于石岩水库南面,距大坝直线距离约3.5km处的垭口,在水库南面,修有一条石岩水库至铁岗水库的明水渠,又称溢洪道,作用是向铁岗水库排洪。经1990年、1995年两次改建后,溢洪道总净宽34m,为复式断面,中间为底宽2m,深3.5m,边坡1:1.5的梯形引水明渠,进口渠底高程32.5m,两侧为宽10.75m的矩形断面,底高程36.0m。引水明渠的引水流量为5m3/s,其目的是在低水位时向铁岗水库调水。原设计溢洪道位于洲石公路上游700m处,溢洪道进口控制闸门底槛及相同轴线位置的溢洪道底板上设有0.586m的驼峰堰,引水渠控制闸底槛高程为33.086m,相应水库库容为692.8万m3。
1 侧移现象的产生
旧泄洪闸门采用后张自锚预应力钢筋混泥土结构,闸门高 3m,自重10t,配置 2×400kN顶伸式液压启闭机控制。闸门采用横梁、吊杆、搁门梁组成钢结构可拆卸式连接。2009年对该闸门连接进行了大修,钢结构进行了更换 ,虽然大部分沿用了原来的截面,但经过一个阶段的运行,发现闸门整体侧移至一侧 ,出现闸门侧移现象,闸门失去原有的归中效果,结果直接导致反钩装置刮擦严重,甚至断裂;闸门边侧与门槽刮擦,破坏闸门角,使闸角混凝土崩裂;闸门尼龙滑块偏离滑道,加剧滑块磨损;闸门止水橡皮偏离最佳止水位置等,闸门重心漂移,闸门偏向移位。每当启闸时,都需用人力去撬动吊杆至中位,才可启动闸门,工作既繁重又不安全。闸门侧移对金属架构、横梁、吊杆闸门本身及启闭机的运行都有很大的危害。
2 闸门侧移带来危害
闸门侧移,即闸门侧移至某一侧门槽 ,使闸门运行过程失去原设计意图,闸门自重力位置偏移,加大了闸门同门槽之间的磨擦阻力,导致与门槽刮擦 ,吊杆受力不均匀,增大电动机的起动力矩,缩短电动机与电气保护设备的寿命,而且使闸门金属结构受力状态改变,后果严重。
2.1 损坏结构
2.1.1水工方面
闸门门体侧移至某一侧门槽,将直接导致以下几点危害:①闸门在运行过程中,门体上的尼龙滑块和滑道偏离,使滑块磨损不均、磨损加剧,减少滑块、滑道的使用寿命,缩短滑块组的维修周期 ;②闸门止水橡皮的磨损加剧,缩短了止水橡皮的更换周期;③闸门在运行过程中和闸门在关闸到底时,闸门稍有倾斜,闸门门角将被损坏。
2.1.2金属结构方面
闸门侧移直接导致金属结构的受力性能改变 ,同时也改变了原设计施工的技术要求,破坏了整体的金属结构受力面,使结构不能发挥其最佳的受力作用 ,主要表现在以下几点:①吊杆的倾斜使吊杆两端的受力作用方向和受力点发生改变,受力分布不均匀,直接表现为吊杆两端结构状态的改变;②两油缸柱塞受力不均等,一旦闸门稍有倾斜,将直接导致油缸柱塞杆经受侧向力显著增加,对油缸柱塞杆以及油封的危害相当大,可以说侧向力对柱塞杆是致命的,易导致失稳破坏。
2.1.3锁定方面
闸门侧移对闸门的锁定也非常不利。一旦有侧移,在锁定时搁门器菱角不能完全到位 ,部分接触面由于外露而不受力 ,导致搁门器菱角受力面减少,搁门器没有均匀承受闸门自重。
2.2 不利于液压系统
闸门的侧移,导致闸门的运动状态有了改变,使液压系统在设计时的平衡运动状态变为不平衡 ,侧移产生摩阻,使两边受力不对称 ,液压元件较易损坏。实践证明,闸门在整个运行过程中,电脑自动纠偏系统的纠偏次数由原来的平均3—5次增加到 6~12次 ,这将直接影响纠偏阀、传感设备、电器元件等设备的使用寿命。因此闸门的侧移不仅仅对系统内部设备有影响,对系统本身的运行状态也有不利影响。
3 闸门侧移原因分析
3.1 闸门吊重结构
该闸门吊重结构主要有钢结构的横梁、吊杆、吊耳(搁门梁)等组成。其结构示意见图1。其中吊耳与闸门混凝土结构中的预埋件通过轴销连接;吊杆与吊耳也是通过轴销连接;而横梁与吊杆的连接是灵活的销轴式连接,吊杆顶端附有反钩装置。横梁与吊杆的连接形式对闸门设备的检修是有利的,但在横梁与吊杆失去柱塞顶力,而使吊杆处于可移动状态时,横梁与吊杆的相对连接位置就容易改变,即在横梁纵向,吊杆有自由度。因此一旦吊杆在横梁纵向有了移动,吊杆势必倾斜,启闸时启门力方向有了改变。闸门重心移向一侧 ,失去闸门原来孔口中心位置 ,导致闸门的侧移。其位置状态示意见图2。
3.2 闸门运行状态
闸门运行状态有2种:上升、下降。闸门静止状态有 3种:关闸至底位 (零位)、半开位和锁定位。从实践中得知,闸门在上升和下降的过程中,闸门不会产生侧移,因为闸门已经受力并处于上升、下降中。而闸门在零位和锁定位时,一旦运行闸门起动时,则极易产生侧移。由于在此两位置,油缸柱塞已缩回至底位,横梁失去柱塞作用力 ,在连接点横梁与吊杆分离了。5m长的吊杆且是头重脚轻,顶端虽有反钩装置,底端有活动轴销联接,但顶部的反钩装置也不能保证吊杆不移位。一旦吊杆有了侧移,势必导致横梁与吊杆的连接点的改变,吊杆受力也随之改变,闸门产生了整体的侧移或者吊杆弯曲严重。势必引起油缸柱塞两顶点分配闸重不均匀,甚至油缸柱塞的弯曲。这导致了闸门各运行状态的改变,以及运行的不安全。
4 解决方法与措施
经过以上原因分析,闸门归中可以通过以下两条途径实现:一是始终保持吊杆本身的垂直度;二是吊杆与横梁的两连接点恰是两油缸柱塞距对称中心线的对称点。由于此吊杆垂直安装,两端又非刚性连接,有侧移的可能,所以难以保證吊杆本身的垂直。因此,对于已制作好的吊杆和横梁,找准横梁两端的连接点并使之始终保持在同一位置就显得非常关键。
通过现场的观察和测量,制作了一种通过引导,使吊杆和横梁连接点按要求归位的装置,从而使得闸门归中,可称之为吊杆引导型闸门归中定位装置。具体的方法是:一是定吊杆和横梁的垂直连接点。先测得闸门两吊耳之间的中心距为 4.22m,得闸门重心位于 4.22/2=2.11m的垂线上;再测得油缸柱塞与横梁受力点盼间距 5.34m,得受力对称点为 5.34/2=2.67m处。使受力对称点在闸门重心垂线上,达到力的对称分配,在受力对称点处向横梁两端各量2.11m,并取该两点为两吊杆的垂直连接点。
二是制作定位装置。在横梁处:先取一铁块 ,加工成 200mm*70mm*60mm的方形,在长边处一分为二 ,并削去一角成锲形。两件分别焊在横梁一侧,成 V型坡口,V型坡底的点为垂直连接点。在吊杆处:取吊杆上端端面的中心位置,垂直V型坡口焊一段R150mm的圆钢嵌入坡口。达到该连接位置使闸门吊杆与水平横梁垂直平行,横梁两端受力均匀对称,闸门处于闸孔 口正中位置。从而达到了闸门归中的要求。定位装置示意图如图 3。
另外 ,对原有在吊杆上的反扣装置进行调整、紧固,使之处于正确的位置。
5 调整改进后的运行效果
定位装置的设置没有改变和影响闸门各结构的运行功能,横梁能够上下自如运行;而且此装置能使横梁与吊杆正确地定位到连接的垂直点上 ,避免了由于连接点的错位导致闸门整体的偏移,排除了由此带来的危害和故障隐患。
闸门安装吊杆引导型闸门归中定位装置 ,通过调试6个月的试运行,始终没有发现闸门有侧移。闸门锁定也很到位,效果非常显著 ,通过这次闸门故障处理,故障原因调查分析,处理事故方法和工作技术的做法非常好,所以能够从事故的本质上解决问题,而后对所有结构进行了改进。实践证明,闸门归中是非常必要的,闸门归中后运行效果是明显的,而定位装置正好起到了闸门归中要求。
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:闸门侧移;原因分析 ;措施
中国是一个水利水电工程大国,水利工程遍布全国各地,在人口密集城市,还是在边远山区,都有它们的工程设施,兴修水利发展经济,闸门是水利水电工程中的重要组成部分,每个水利工作者要做好防洪、防汛、排涝、抗旱工作。本文要说明的是在水利水电工程中所出现的其中一个问题,以本单位为例,列举故障发生、调查分析、处理方法和过程。溢洪道位于石岩水库南面,距大坝直线距离约3.5km处的垭口,在水库南面,修有一条石岩水库至铁岗水库的明水渠,又称溢洪道,作用是向铁岗水库排洪。经1990年、1995年两次改建后,溢洪道总净宽34m,为复式断面,中间为底宽2m,深3.5m,边坡1:1.5的梯形引水明渠,进口渠底高程32.5m,两侧为宽10.75m的矩形断面,底高程36.0m。引水明渠的引水流量为5m3/s,其目的是在低水位时向铁岗水库调水。原设计溢洪道位于洲石公路上游700m处,溢洪道进口控制闸门底槛及相同轴线位置的溢洪道底板上设有0.586m的驼峰堰,引水渠控制闸底槛高程为33.086m,相应水库库容为692.8万m3。
1 侧移现象的产生
旧泄洪闸门采用后张自锚预应力钢筋混泥土结构,闸门高 3m,自重10t,配置 2×400kN顶伸式液压启闭机控制。闸门采用横梁、吊杆、搁门梁组成钢结构可拆卸式连接。2009年对该闸门连接进行了大修,钢结构进行了更换 ,虽然大部分沿用了原来的截面,但经过一个阶段的运行,发现闸门整体侧移至一侧 ,出现闸门侧移现象,闸门失去原有的归中效果,结果直接导致反钩装置刮擦严重,甚至断裂;闸门边侧与门槽刮擦,破坏闸门角,使闸角混凝土崩裂;闸门尼龙滑块偏离滑道,加剧滑块磨损;闸门止水橡皮偏离最佳止水位置等,闸门重心漂移,闸门偏向移位。每当启闸时,都需用人力去撬动吊杆至中位,才可启动闸门,工作既繁重又不安全。闸门侧移对金属架构、横梁、吊杆闸门本身及启闭机的运行都有很大的危害。
2 闸门侧移带来危害
闸门侧移,即闸门侧移至某一侧门槽 ,使闸门运行过程失去原设计意图,闸门自重力位置偏移,加大了闸门同门槽之间的磨擦阻力,导致与门槽刮擦 ,吊杆受力不均匀,增大电动机的起动力矩,缩短电动机与电气保护设备的寿命,而且使闸门金属结构受力状态改变,后果严重。
2.1 损坏结构
2.1.1水工方面
闸门门体侧移至某一侧门槽,将直接导致以下几点危害:①闸门在运行过程中,门体上的尼龙滑块和滑道偏离,使滑块磨损不均、磨损加剧,减少滑块、滑道的使用寿命,缩短滑块组的维修周期 ;②闸门止水橡皮的磨损加剧,缩短了止水橡皮的更换周期;③闸门在运行过程中和闸门在关闸到底时,闸门稍有倾斜,闸门门角将被损坏。
2.1.2金属结构方面
闸门侧移直接导致金属结构的受力性能改变 ,同时也改变了原设计施工的技术要求,破坏了整体的金属结构受力面,使结构不能发挥其最佳的受力作用 ,主要表现在以下几点:①吊杆的倾斜使吊杆两端的受力作用方向和受力点发生改变,受力分布不均匀,直接表现为吊杆两端结构状态的改变;②两油缸柱塞受力不均等,一旦闸门稍有倾斜,将直接导致油缸柱塞杆经受侧向力显著增加,对油缸柱塞杆以及油封的危害相当大,可以说侧向力对柱塞杆是致命的,易导致失稳破坏。
2.1.3锁定方面
闸门侧移对闸门的锁定也非常不利。一旦有侧移,在锁定时搁门器菱角不能完全到位 ,部分接触面由于外露而不受力 ,导致搁门器菱角受力面减少,搁门器没有均匀承受闸门自重。
2.2 不利于液压系统
闸门的侧移,导致闸门的运动状态有了改变,使液压系统在设计时的平衡运动状态变为不平衡 ,侧移产生摩阻,使两边受力不对称 ,液压元件较易损坏。实践证明,闸门在整个运行过程中,电脑自动纠偏系统的纠偏次数由原来的平均3—5次增加到 6~12次 ,这将直接影响纠偏阀、传感设备、电器元件等设备的使用寿命。因此闸门的侧移不仅仅对系统内部设备有影响,对系统本身的运行状态也有不利影响。
3 闸门侧移原因分析
3.1 闸门吊重结构
该闸门吊重结构主要有钢结构的横梁、吊杆、吊耳(搁门梁)等组成。其结构示意见图1。其中吊耳与闸门混凝土结构中的预埋件通过轴销连接;吊杆与吊耳也是通过轴销连接;而横梁与吊杆的连接是灵活的销轴式连接,吊杆顶端附有反钩装置。横梁与吊杆的连接形式对闸门设备的检修是有利的,但在横梁与吊杆失去柱塞顶力,而使吊杆处于可移动状态时,横梁与吊杆的相对连接位置就容易改变,即在横梁纵向,吊杆有自由度。因此一旦吊杆在横梁纵向有了移动,吊杆势必倾斜,启闸时启门力方向有了改变。闸门重心移向一侧 ,失去闸门原来孔口中心位置 ,导致闸门的侧移。其位置状态示意见图2。
3.2 闸门运行状态
闸门运行状态有2种:上升、下降。闸门静止状态有 3种:关闸至底位 (零位)、半开位和锁定位。从实践中得知,闸门在上升和下降的过程中,闸门不会产生侧移,因为闸门已经受力并处于上升、下降中。而闸门在零位和锁定位时,一旦运行闸门起动时,则极易产生侧移。由于在此两位置,油缸柱塞已缩回至底位,横梁失去柱塞作用力 ,在连接点横梁与吊杆分离了。5m长的吊杆且是头重脚轻,顶端虽有反钩装置,底端有活动轴销联接,但顶部的反钩装置也不能保证吊杆不移位。一旦吊杆有了侧移,势必导致横梁与吊杆的连接点的改变,吊杆受力也随之改变,闸门产生了整体的侧移或者吊杆弯曲严重。势必引起油缸柱塞两顶点分配闸重不均匀,甚至油缸柱塞的弯曲。这导致了闸门各运行状态的改变,以及运行的不安全。
4 解决方法与措施
经过以上原因分析,闸门归中可以通过以下两条途径实现:一是始终保持吊杆本身的垂直度;二是吊杆与横梁的两连接点恰是两油缸柱塞距对称中心线的对称点。由于此吊杆垂直安装,两端又非刚性连接,有侧移的可能,所以难以保證吊杆本身的垂直。因此,对于已制作好的吊杆和横梁,找准横梁两端的连接点并使之始终保持在同一位置就显得非常关键。
通过现场的观察和测量,制作了一种通过引导,使吊杆和横梁连接点按要求归位的装置,从而使得闸门归中,可称之为吊杆引导型闸门归中定位装置。具体的方法是:一是定吊杆和横梁的垂直连接点。先测得闸门两吊耳之间的中心距为 4.22m,得闸门重心位于 4.22/2=2.11m的垂线上;再测得油缸柱塞与横梁受力点盼间距 5.34m,得受力对称点为 5.34/2=2.67m处。使受力对称点在闸门重心垂线上,达到力的对称分配,在受力对称点处向横梁两端各量2.11m,并取该两点为两吊杆的垂直连接点。
二是制作定位装置。在横梁处:先取一铁块 ,加工成 200mm*70mm*60mm的方形,在长边处一分为二 ,并削去一角成锲形。两件分别焊在横梁一侧,成 V型坡口,V型坡底的点为垂直连接点。在吊杆处:取吊杆上端端面的中心位置,垂直V型坡口焊一段R150mm的圆钢嵌入坡口。达到该连接位置使闸门吊杆与水平横梁垂直平行,横梁两端受力均匀对称,闸门处于闸孔 口正中位置。从而达到了闸门归中的要求。定位装置示意图如图 3。
另外 ,对原有在吊杆上的反扣装置进行调整、紧固,使之处于正确的位置。
5 调整改进后的运行效果
定位装置的设置没有改变和影响闸门各结构的运行功能,横梁能够上下自如运行;而且此装置能使横梁与吊杆正确地定位到连接的垂直点上 ,避免了由于连接点的错位导致闸门整体的偏移,排除了由此带来的危害和故障隐患。
闸门安装吊杆引导型闸门归中定位装置 ,通过调试6个月的试运行,始终没有发现闸门有侧移。闸门锁定也很到位,效果非常显著 ,通过这次闸门故障处理,故障原因调查分析,处理事故方法和工作技术的做法非常好,所以能够从事故的本质上解决问题,而后对所有结构进行了改进。实践证明,闸门归中是非常必要的,闸门归中后运行效果是明显的,而定位装置正好起到了闸门归中要求。
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。