李學(xué)榮沈 靜時愛祥郯 森

（1.江蘇省水利機(jī)械制造有限公司，江蘇揚州 225003；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚州 225002；3.泰州市水利局；江蘇 泰州 225300）

1 概述

底軸驅(qū)動回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門不同于其它常規(guī)鋼閘門上下或左右啟閉的方式，因而無需在河道內(nèi)或兩側(cè)河岸上設(shè)置架立或開敞式建筑物，只需在兩側(cè)河岸邊設(shè)置埋置式工作井，閘門及底軸全部置于河道內(nèi)。不擋水時，閘門回轉(zhuǎn)平放于河底，既不妨礙通航或行洪，河道內(nèi)及岸上也看不到閘門及建筑物；需要擋水時，閘門可回轉(zhuǎn)啟閉于任意高程，以控制和調(diào)節(jié)不同的水位；超過控制水位，門頂可溢流，形成人工瀑布景觀。因此，該種門型具有：對景觀視野無遮擋，對生態(tài)影響小，能與自然環(huán)境融為一體，不礙航不阻流，能雙向擋水，可任意調(diào)節(jié)水位并可形成人工瀑布等特點，是近年來興起并逐漸受到水利、市政，尤其是城市水生態(tài)環(huán)境治理工程青睞的一種新型鋼閘門。

2 基本構(gòu)成及功用

圖1 底軸驅(qū)動回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門總布置圖

底軸驅(qū)動回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門由底軸系統(tǒng)、門葉、拐臂、啟閉系統(tǒng)、止水系統(tǒng)及附屬沖淤系統(tǒng)、犧牲陽極和陰極保護(hù)系統(tǒng)等幾大部分組成，參見圖1。

（1）底軸系統(tǒng)是其中最重要的部分，也是最主要的受力部件。底軸系統(tǒng)包含底軸管、軸承、軸承座、穿墻套管等。底軸管套在自潤滑軸承內(nèi)，隨軸承座固定于閘室底板上，兩端通過穿墻套管伸入工作井內(nèi)并與拐臂相連接，液壓啟閉機(jī)推拉拐臂進(jìn)而帶動底軸在軸承座內(nèi)實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。底軸管根據(jù)閘室凈寬及現(xiàn)場工況分節(jié)制造，節(jié)與節(jié)之間可采用內(nèi)襯套管焊接或法蘭螺栓連接。

（2）門葉是擋水的主要部件，為懸臂式結(jié)構(gòu)。門葉底部設(shè)有圓弧座板與門葉焊接成一體，圓弧座板上有與底軸管配鉆的螺栓孔，用于將門葉固定在底軸管上并隨底軸管一同回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閘門的回轉(zhuǎn)啟閉。

（3）拐臂以底軸管為回轉(zhuǎn)中心，將液壓啟閉機(jī)推拉力傳遞給底軸管，使底軸管正反回轉(zhuǎn)。拐臂小端與液壓啟閉機(jī)油缸通過支鉸活動連接，大端與底軸管端部通過法蘭螺栓固定連接。

（4）液壓啟閉機(jī)是閘門啟閉的動力系統(tǒng)，通過分布于閘室兩側(cè)工作井內(nèi)的油缸同步動作，推拉拐臂前后回轉(zhuǎn)帶動底軸管正反回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閘門的啟閉。為使底軸管受力均勻一致，底軸管兩端油缸的運行同步十分重要，一般需采用編碼傳感和PLC控制等比較可靠的同步糾偏技術(shù)。

（5）止水系統(tǒng)在此種門型中比較特殊，不但止水結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，而且止水的部位也比較多。

（6）附屬沖淤系統(tǒng)是在泥沙含量較高或回淤比較嚴(yán)重的河流中，為防止閘室底板淤積導(dǎo)致閘門無法回轉(zhuǎn)啟閉而設(shè)置的，并非所有底軸驅(qū)動回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門都必須配備沖淤系統(tǒng)。沖淤系統(tǒng)一般由高壓水泵、閘閥、管道及噴嘴等組成，通過高速噴射水流，定期對閘門底部可能淤積的底板進(jìn)行沖淤。

（7）犧牲陽極和陰極保護(hù)系統(tǒng)是為提高閘門整體金屬結(jié)構(gòu)防腐能力而設(shè)置的，一般在海水、海淡水混合、重污染水質(zhì)的水域中才使用。正常水質(zhì)中對金屬結(jié)構(gòu)部分采用熱噴鋅加油漆涂料封閉的工藝，基本能滿足防腐要求。

3 主要部件技術(shù)要點及控制措施

3.1 底軸管

底軸管是回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的最關(guān)鍵部件，它兩端與拐臂相連并由液壓啟閉機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)，承受帶動整個門體啟閉的旋轉(zhuǎn)扭矩；同時，因門葉是固定在底軸管上的，門葉上下游水位差產(chǎn)生的水頭壓力也作用于底軸管上，使其承受剪力。底軸管的直徑與壁厚，由閘門單孔凈寬及擋水高度和水位差決定。一般直徑大于500 mm的底軸管，常采用厚鋼板卷制焊接而成。采用卷焊式底軸管時，制作工藝上要注意底軸管卷制的圓柱度，焊縫的成型及焊接質(zhì)量；在進(jìn)行機(jī)械切削加工前，一定要進(jìn)行消除焊接應(yīng)力的退火處理。同時，要處理好止水貼焊弧面、軸承檔貼焊圈的材質(zhì)、焊接、余量、加工順序及加工基準(zhǔn)控制等工藝問題。分段底軸管加工完成檢驗合格后，要進(jìn)行試組裝，以檢驗整根底軸管的同軸度、直線度、長度、分檔間距等是否符合要求，合格后才能轉(zhuǎn)入裝配工序。

3.2 門葉結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的門葉為懸臂式結(jié)構(gòu)，依靠門葉底部的圓弧座板固定在底軸管上，門葉的兩端設(shè)有止水構(gòu)件，與閘室墻間形成止水密封。由于門葉的兩端無支撐，在門葉寬度較長的情況下，門葉縱橫梁的剛度既要滿足門葉承受上下游水位差壓力的強(qiáng)度，也要考慮在閘室寬度方向上水力及自重產(chǎn)生的撓度。制作過程中，要控制好門葉整體的直線度、平整度和幾何尺寸。受焊縫數(shù)量及結(jié)構(gòu)形式影響，門葉頂平面方向易產(chǎn)生撓曲變形且難以矯正，必須在焊接工藝上采取控制措施。門葉底部的圓弧座板與底軸管之間是用螺栓緊固連接的，為保證現(xiàn)場安裝時所有螺栓都能準(zhǔn)確對位，對圓弧座板與底軸管螺栓孔的配合加工，圓弧座板與門葉之間的焊接順序，門葉、圓弧座板、底軸管三者各自分段之間的相互對應(yīng)，都要合理考慮并采取相應(yīng)的工藝保證措施，否則難以保證之后的安裝質(zhì)量與精度。

3.3 軸承座與穿墻套管

軸承座與穿墻套管是套裝底軸管并將其固定于閘室底板上的受力部件。軸承座可采用整體鑄鋼件或焊接件，機(jī)械加工時，要重點控制軸承座內(nèi)圓軸承孔與軸承座外圓止水圓弧區(qū)的同軸度，否則，門葉與軸承座之間的止水間隙在閘門啟閉回轉(zhuǎn)過程中會變化，無法保證止水效果。穿墻套管的加工要側(cè)重考慮其止水要求，套管外圈應(yīng)焊設(shè)止水環(huán)，保證與二期混凝土的防滲效果；內(nèi)圓中的止水座板、擋環(huán)、壓環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)等的加工精度與配合間隙，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計要求制造并進(jìn)行預(yù)組裝，保證止水的預(yù)壓縮量及可調(diào)整量滿足要求。

3.4底軸系統(tǒng)及門葉的安裝

受運輸條件限制，回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門一般需分段、分件運輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場進(jìn)行組拼、吊裝，因此，現(xiàn)場安裝質(zhì)量的好壞對今后閘門的運行啟閉是否正常至關(guān)重要，尤其是底軸系統(tǒng)及門葉的安裝，更須科學(xué)合理，嚴(yán)格控制。

（1）測量與放樣。回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門安裝前應(yīng)先進(jìn)行基準(zhǔn)點、線和控制點、線的測放，這一點很重要，測放工作做得仔細(xì)，點、線布置合理到位，將給后續(xù)的吊裝就位、裝配調(diào)整提供極大的便利。測放時閘室中心線、底軸管十字中心線、軸承座等分中心線、穿墻套管十字中心線、拐臂控制線、長度控制線等，都要交叉復(fù)測并做好牢固標(biāo)記，以便安裝過程中隨時參照和控制。

（2）組拼與吊裝。測放工作完成后，即可進(jìn)行底軸系統(tǒng)的吊裝。底軸管按分段先與軸承及軸承座進(jìn)行組裝并檢測合格后，再按分段整體吊裝就位，因兩端的底軸管需從穿墻套管處伸進(jìn)啟閉機(jī)室，故應(yīng)事先策劃好底軸管吊裝的順序，才能依序?qū)⒏鞣侄螌咏M拼。組拼過程中，應(yīng)先調(diào)整底軸管各分段間角向誤差，使門葉圓弧座板固定面、底軸管止水圓弧面在同一控制弧度內(nèi)，然后調(diào)整底軸管水平及側(cè)向軸線度，同時控制好底軸管總長度、長度方向的偏移度、各軸承座之間的距離等分度等，調(diào)整時要相互兼顧，聯(lián)動進(jìn)行。同軸度調(diào)整要以底軸管上相同的加工面為控制基準(zhǔn)，而不能以軸承座外加工面為控制基準(zhǔn)，否則，同軸度調(diào)整會因為存在軸、軸承、軸承座三者累積加工誤差和配合間隙而導(dǎo)致偏差值過大。底軸的同軸度偏差值如超標(biāo)，會使底軸在回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生撓曲卡阻，從而使軸承組受力不勻，影響閘門的運行啟閉和使用壽命。所有尺寸調(diào)整到位并符合標(biāo)準(zhǔn)后，對底軸和軸承座的臨時固定點適當(dāng)進(jìn)行加強(qiáng)，然后進(jìn)行拐臂的吊裝。拐臂裝配主要應(yīng)控制好拐臂與底軸端部連接銷軸孔的偏差，確保拐臂與底軸銷孔的相對等分及直徑誤差在設(shè)計允許的范圍內(nèi)，保證每只銷軸與銷孔緊密配合并能均勻承受推力和抗剪力；左右兩端拐臂都裝配好后，還要檢測兩者之間的角度偏差，將誤差控制在設(shè)計允許的范圍內(nèi)，以便下一步液壓啟閉機(jī)安裝時能有效控制和調(diào)整左右油缸的同步。拐臂裝配結(jié)束檢測合格后，應(yīng)先用手拉葫蘆或其它設(shè)備牽拉拐臂，帶動底軸作大于90°的回轉(zhuǎn)，以檢查底軸回轉(zhuǎn)是否自如平穩(wěn)，受力是否均勻，有無卡阻現(xiàn)象，底軸、軸承座組與穿墻套管的同軸度、直線度及撓曲度等是否滿足設(shè)計要求。

（3）焊接。底軸經(jīng)盤動回轉(zhuǎn)檢查和檢測，確認(rèn)所有指標(biāo)及參數(shù)合格后，須對底軸、軸承座等臨時固定點再次進(jìn)行加固，對易受焊接應(yīng)力影響的部位采取防變形措施，然后開始進(jìn)行現(xiàn)場焊接工序。焊接先從軸承座的固定焊開始，由中間軸承座向兩邊軸承座依序進(jìn)行施焊。焊縫坡口要清理干凈，不得帶水含雜施焊，以確保焊接質(zhì)量。所有軸承座底板及抗剪板都焊接完成后，開始進(jìn)行底軸管分段縫的對接焊。采用焊接組拼的底軸管，其分段縫的對接焊必須采取正確合理的焊接工藝和控制措施，才能避免因焊接應(yīng)力分布不勻或過分集中而導(dǎo)致底軸管產(chǎn)生彎曲、變形等問題。施焊時應(yīng)由中間節(jié)開始依序向兩端同步進(jìn)行，環(huán)形對接焊縫的焊接，必須對稱、均勻、分層施焊，可利用牽引設(shè)備通過拐臂帶動底軸回轉(zhuǎn)，按區(qū)間對稱施焊，多次回轉(zhuǎn)多次分層施焊，層與層之間應(yīng)清理、打磨干凈，起弧與收弧部位應(yīng)逐層錯開，直至完成環(huán)形對接焊縫的全周焊接。

（4）門葉及圓弧座板裝配。底軸管組拼焊接全部完成后，應(yīng)對環(huán)形對接焊縫進(jìn)行無損探傷檢測，確保無焊接缺陷和質(zhì)量問題后，才能著手進(jìn)行門葉及其圓弧座板的安裝。安裝前，先將底軸管上圓弧座板區(qū)域的焊縫打磨平整，對隱蔽部位的焊縫進(jìn)行防腐處理，然后按配對標(biāo)記對號入座，依序?qū)A弧座板吊裝于底軸管上，裝配全部連接螺栓并逐一擰緊固定。圓弧座板全部固定好后，檢查座板與軸承座之間預(yù)留的止水膠條間隙、座板弧面平整度、座板與底軸管的貼合度、座板總長度等是否符合設(shè)計要求，如有超標(biāo)誤差需進(jìn)行返工修整，直至合格后才能進(jìn)行門葉的吊裝。吊裝前，應(yīng)先在圓弧座板上測放出門葉縱軸線、縱梁前后翼緣控制線、門葉分段及總長度控制線，并進(jìn)行標(biāo)記。門葉按工廠內(nèi)制作時的分段標(biāo)記吊裝就位，從中間節(jié)開始向兩側(cè)進(jìn)行，同時要考慮面板與橫梁分段錯位處的接插順序。每節(jié)門葉吊裝均應(yīng)按控制線進(jìn)行修正，嚴(yán)格控制縱橫方向的扭曲度及葉面垂直度，調(diào)整到位后逐節(jié)進(jìn)行臨時固定。門葉全部吊裝就位后，檢測整體的平面度、直線度、垂直度、總長度、與各軸承座的等分度及其它幾何尺寸等，全部符合要求后，對臨時固定點進(jìn)行加強(qiáng)，然后進(jìn)行門葉現(xiàn)場拼裝焊縫的焊接。焊接先從門葉與圓弧座板連接縫開始，前后兩側(cè)對稱施焊。門葉對接縫的焊接的順序是先梁系后面板，若面板為不銹鋼或不銹鋼復(fù)合板，應(yīng)選用相應(yīng)的焊材并采取合適的焊接工藝，以保證焊縫的成型與質(zhì)量。

4 結(jié)語

底軸驅(qū)動回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門是近些年才興起的一種新鋼結(jié)構(gòu)門型，其應(yīng)用的行業(yè)、地區(qū)和范圍越來越大，說明其優(yōu)點正為更多的人所認(rèn)識。但是，既然是新的門型，也必然會存在一些不足，需要不斷改進(jìn)和完善。除了筆者所述主要技術(shù)要點及設(shè)計、制造、安裝控制措施外，如何進(jìn)一步解決底軸驅(qū)動回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的維修問題，如何提高其底軸、軸承及其它水下部件使用壽命，做到在壽命周期內(nèi)少維護(hù)或免維護(hù)，還需要從設(shè)計到制造、從材料到工藝進(jìn)行更多的研究、實踐和總結(jié)，才能使底軸驅(qū)動回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門技術(shù)日臻完善，應(yīng)用范圍更為廣闊。