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        浮箱式閘門(mén)“平躺”過(guò)程中的受控理論與實(shí)施

        2012-06-11 11:04:16員會(huì)超陳敬亮
        海河水利 2012年5期
        關(guān)鍵詞:死水平躺壓艙

        員會(huì)超,陳敬亮,陶 莉

        (引灤工程管理局大黑汀水庫(kù)管理處,河北遷西 064300)

        大黑汀水庫(kù)工程浮箱式閘門(mén) (以下簡(jiǎn)稱浮門(mén))規(guī)格為18 m×16.7 m,金屬結(jié)構(gòu)件總重160 t,是該工程28扇15 m×12.1 m表孔泄洪閘門(mén)的專用檢修閘門(mén)。由于水庫(kù)水位較高,浮門(mén)外圍水封大部分處于水面以下。要想更換浮門(mén)水封,必須讓其“平躺”或者接近于“平躺”在水面上,待單側(cè)水封完全露出水面以后才能進(jìn)行。然后再將浮門(mén)翻轉(zhuǎn),使另一側(cè)水封露出水面。

        如何讓浮門(mén)安全受控地“平躺”,管理單位進(jìn)行過(guò)多方案分析論證。最終,“機(jī)艙充水”措施被采納實(shí)施,圓滿完成了“平躺”過(guò)程,保證了水封更換工作的順利實(shí)施。

        1 浮門(mén)簡(jiǎn)介

        大黑汀水庫(kù)工程18 m×16.7 m浮門(mén)類似于 “不倒翁”結(jié)構(gòu),主要由混凝土艙、死水艙、調(diào)壓艙和機(jī)艙4個(gè)艙室構(gòu)成,各艙室之間由鋼板隔離,如圖1所示。

        圖1 浮門(mén)結(jié)構(gòu)

        其中,混凝土艙屬于浮門(mén)配重,用以降低浮門(mén)重心,保證浮門(mén)安全運(yùn)行。死水艙內(nèi)部存水被封閉在密閉空間內(nèi),必要時(shí)可通過(guò)壓縮空氣將水吹出艙外。調(diào)壓艙內(nèi)部存水量可通過(guò)浮門(mén)深井泵進(jìn)行調(diào)節(jié),使其處于零和接近滿倉(cāng)之間。通過(guò)改變調(diào)壓艙水量,可以改變浮門(mén)總重(含內(nèi)部存水)與其所受浮力之間的關(guān)系,從而完成浮門(mén)的浮起和下沉工作。機(jī)艙內(nèi)部安裝有深井泵電機(jī)及其排水管路、調(diào)壓艙充水閥操作手柄及相關(guān)部件,正常情況下始終處于無(wú)水狀態(tài)。浮門(mén)兩側(cè)面都安裝有整體橡膠水封。

        2 機(jī)艙充水措施的理論依據(jù)

        當(dāng)浮門(mén)死水艙無(wú)水、調(diào)壓艙無(wú)水、機(jī)艙滿水時(shí),假設(shè)浮門(mén)“平躺”在水面且有50%門(mén)體浸入水中時(shí),對(duì)浮門(mén)進(jìn)行浮力計(jì)算和平衡力矩計(jì)算。受力計(jì)算,如圖2所示。

        圖2 浮門(mén)受力理論計(jì)算

        2.1 浮力計(jì)算

        式中:G浮門(mén)為浮門(mén)總重;G混凝土為混凝土艙內(nèi)部混凝土總重;G結(jié)為浮門(mén)金屬結(jié)構(gòu)件總重;G機(jī)水為機(jī)艙充滿水時(shí)水的重量;G調(diào)水為調(diào)壓艙重量;G死水為死水艙重量。

        由式(1)計(jì)算得出: G浮門(mén)=540 t。

        F浮力為浮門(mén)“平躺”且半浸在水中時(shí)所受浮力,約為 600 t。 所以,F(xiàn)浮力>G浮門(mén)。

        2.2 平衡力矩計(jì)算

        對(duì)O點(diǎn)取矩,根據(jù)力矩平衡原理,有以下計(jì)算公式:

        經(jīng)計(jì)算,求得:L1=10.81 m。

        同時(shí),求得:L2=16.7-L1=5.89 m

        L1>L2,表明浮門(mén)重心靠近機(jī)艙一側(cè)。

        2.3 計(jì)算結(jié)果分析

        (1)浮力計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)浮門(mén)死水艙無(wú)水、調(diào)壓艙無(wú)水、機(jī)艙滿水且“平躺”在水面上時(shí),浮門(mén)不會(huì)沉入水中。根據(jù)浮力定律,浮門(mén)還應(yīng)進(jìn)一步上浮,會(huì)有50%以上門(mén)體露出水面。

        (2)平衡力矩計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)浮門(mén)死水艙無(wú)水、調(diào)壓艙無(wú)水、機(jī)艙滿水時(shí),門(mén)體重心靠近機(jī)艙一側(cè)。換句話說(shuō),當(dāng)浮門(mén)死水艙無(wú)水、調(diào)壓艙無(wú)水時(shí),在向機(jī)艙充水的過(guò)程中,浮門(mén)即可實(shí)現(xiàn)“平躺”。

        綜合以上分析可知,當(dāng)浮門(mén)死水艙、調(diào)壓艙都無(wú)水時(shí),在向機(jī)艙充水過(guò)程中,浮門(mén)即可實(shí)現(xiàn)“平躺”,且會(huì)有50%以上門(mén)體露出水面。這種狀態(tài)完全滿足水封更換要求。

        3 “平躺”實(shí)施

        3.1 施工準(zhǔn)備

        (1)充、排水泵設(shè)置:在浮門(mén)機(jī)艙頂甲板安裝充水管路,用以向機(jī)艙充水;在機(jī)艙底板部位安置2臺(tái)排水泵,其出水管通過(guò)機(jī)艙頂甲板引出,留待浮門(mén)恢復(fù)直立時(shí)排水用。

        (2)浮門(mén)浮起:用浮門(mén)自身的深井泵排出調(diào)壓艙全部存水,此時(shí)浮門(mén)會(huì)直立浮起到圖1所示水線B位置。

        (3)電機(jī)防護(hù):浮門(mén)浮起后,用自制防護(hù)罩將深井泵電機(jī)完全密封,以防止向機(jī)艙充水過(guò)程中電機(jī)受淹損壞。

        (4)機(jī)艙密封:機(jī)艙密封是本工程成敗與否的關(guān)鍵。如果密封不嚴(yán),在向機(jī)艙沖水過(guò)程中水有可能進(jìn)入調(diào)壓艙或者流出機(jī)艙。而水一旦進(jìn)入調(diào)壓艙,輕者會(huì)使操作人員無(wú)法通過(guò)Ф500 mm人孔進(jìn)入調(diào)壓艙操作Ф100 mm閘閥,重者甚至?xí)?dǎo)致浮門(mén)整體沉沒(méi)。

        密封工作完成后,用0.1 MPa壓縮空氣進(jìn)行機(jī)艙密封試驗(yàn),直至符合密封要求為止。

        3.2 死水艙排水

        打開(kāi)靠近水庫(kù)里側(cè)的Φ100 mm閘閥,通過(guò)壓縮空氣系統(tǒng)向死水艙引入0.02 MPa壓縮空氣。此時(shí)壓縮空氣要連續(xù)供應(yīng),不得中斷。

        當(dāng)Φ100 mm閘閥出水口出現(xiàn)大量氣泡時(shí),表明死水艙內(nèi)部存水已經(jīng)排凈。此時(shí)先關(guān)閉Φ100 mm閘閥,再停氣,以防水庫(kù)水倒灌。這時(shí)浮門(mén)已經(jīng)傾斜在水中,如圖3所示。

        圖3 機(jī)艙充水前浮門(mén)傾斜狀態(tài)

        3.3 機(jī)艙充水

        通過(guò)預(yù)裝水泵向機(jī)艙充水,浮門(mén)進(jìn)一步緩慢傾斜。待浮門(mén)單側(cè)水封已經(jīng)完全露出水面時(shí),停止充水。此時(shí)浮門(mén)水封已經(jīng)完全露出水面,“平躺”過(guò)程完成,如圖4所示。

        圖4 浮門(mén)“平躺”后狀態(tài)

        3.4 浮門(mén)恢復(fù)“直立”

        浮門(mén)單面水封更換完畢,用預(yù)置排水泵排出機(jī)艙存水,此時(shí)浮門(mén)會(huì)恢復(fù)到圖3所示的傾斜狀態(tài)。打開(kāi)Φ100 mm閘閥,向死水艙充水,浮門(mén)將恢復(fù)到直立狀態(tài)。

        3.5 浮門(mén)另一側(cè)水封更換

        待浮門(mén)恢復(fù)直立以后,拖動(dòng)浮門(mén)在原位旋轉(zhuǎn)180°,重復(fù)上述過(guò)程,完成浮門(mén)另一側(cè)水封更換工作。

        4 結(jié)語(yǔ)

        實(shí)踐證明,采用機(jī)艙充水措施讓浮門(mén)“平躺”的方法切實(shí)可行、安全可靠,“平躺”過(guò)程完全在控制之中。該措施比在機(jī)艙壓沙袋的方法節(jié)省了大量人力物力,經(jīng)濟(jì)效益顯著。整個(gè)過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)不可遇見(jiàn)的后果,保障了人員和設(shè)備安全,在類似工程實(shí)施過(guò)程中有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

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