時(shí)愛祥 李學(xué)榮 龔榮山 顧世民

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

1 概述

底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門是近年來興起的一種新型鋼閘門，除具有常規(guī)閘門的擋蓄與調(diào)節(jié)功能外，還具有對(duì)景觀視野無遮擋，對(duì)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(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于城市防洪、景區(qū)水利、落差河流分段蓄水及其它市政建設(shè)工程中。

與常規(guī)的平面定輪門、弧形閘門等相比，底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的止水部位多，止水結(jié)構(gòu)復(fù)雜，止水形式特殊，因而止水的效果較難控制。筆者參與多個(gè)底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的制造與安裝，經(jīng)對(duì)不同止水結(jié)構(gòu)形式及實(shí)際投用后止水效果的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，一般常規(guī)門型止水均為水力被壓式止水結(jié)構(gòu)，即：止水橡皮的自由端是靠水壓力貼緊在止水基座上，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、貼合自如、密閉可靠；而底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門因其止水部位的運(yùn)動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或扇面運(yùn)動(dòng)，故其止水常被設(shè)計(jì)成預(yù)壓式，即：用預(yù)先給止水施加的壓力抵抗水頭對(duì)止水形成的壓力，達(dá)到止水部位不漏水的目的。實(shí)際效果表明，預(yù)壓式止水結(jié)構(gòu)制造、安裝難度較大，密封效果不如水力被壓式，且使用耐久性較差?；谶@一特點(diǎn)，我們把底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門止水系統(tǒng)優(yōu)化的總體思路定位為：一是盡量將預(yù)壓式止水結(jié)構(gòu)改為水力被壓式止水結(jié)構(gòu)；二是對(duì)預(yù)壓式止水結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其既有預(yù)壓性，又有可調(diào)性和補(bǔ)償性。針對(duì)不同部位的止水，采用了不同的優(yōu)化與改進(jìn)方法。

2 底軸管與閘室底檻的止水

底軸管與閘室底檻的止水位于閘室底檻上，承受全水頭差壓力。止水橡皮利用埋件、座板、壓板等固定于底檻上，橡皮端緣靠壓在底軸管的圓弧止水工作面上。為抵抗水頭差對(duì)止水形成的壓力，設(shè)計(jì)上往往采用預(yù)壓式結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。該結(jié)構(gòu)形式的止水，是在裝配時(shí)對(duì)止水橡皮進(jìn)行預(yù)壓，使其緊緊頂貼在底軸管圓弧止水工作面上，以防止結(jié)合處回轉(zhuǎn)時(shí)漏水。由于止水橡皮與底軸管之間頂緊力不夠會(huì)漏水，頂緊力大了則橡皮與底軸管接觸處的摩阻力也大，再加上底檻處較易沉積泥沙雜物，在底軸管回轉(zhuǎn)時(shí)摩阻力加上泥沙卡塞，極易使止水橡皮出現(xiàn)滯阻而隨底軸管翻轉(zhuǎn)，最終使止水橡皮產(chǎn)生折斷和撕裂。針對(duì)這種情況，我們將止水結(jié)構(gòu)由一字型改為八字型，將止水橡皮由平板型改為P 型，如圖2 所示。改進(jìn)后的底止水為水力被壓式，采用P 型橡皮背靠背組合，中間夾丫型背板支撐。安裝時(shí)P 型橡皮的球頭與底軸管圓弧止水面自然接觸即可，止水時(shí)依靠水頭壓力使止水橡皮球頭貼緊在止水面上，水壓愈大貼合愈緊。丫型背板主要為防止底軸管旋轉(zhuǎn)時(shí)P 型橡皮會(huì)產(chǎn)生逆翻而設(shè)置，其丫叉的開叉角度要根據(jù)底軸管止水弧面的直徑、P型橡皮規(guī)格、止水間隙等設(shè)定，丫叉開角過大，橡皮回壓裕度不夠，P 型橡皮球頭在水頭壓力下與止水面貼合不緊；丫叉開角過小，撐不住P 型橡皮，球頭會(huì)逆翻。若閘門不需要雙向擋水，則八字型止水的下一半可取消。

圖1 預(yù)壓式底止水結(jié)構(gòu)

圖2 水力被壓式底止水結(jié)構(gòu)

3 門葉圓弧座板與底軸管的止水

先期實(shí)施的底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門設(shè)計(jì)中，門葉圓弧座板與底軸管之間沒有設(shè)置柔性橡膠止水，在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，即使圓弧座板與底軸管實(shí)施了周邊封閉焊接，但由于圓弧座板是用螺栓與底軸管進(jìn)行剛性連接的，而螺栓孔直徑比螺栓要大，水頭壓力可從上游側(cè)螺栓孔間隙處進(jìn)入，沿圓弧座板與底軸管貼合面之間的縫隙，再?gòu)南掠蝹?cè)螺栓孔間隙處冒出，又因連接螺栓數(shù)量眾多，因而滲流點(diǎn)和滲流量也就較大。為此我們?cè)诤笃趯?shí)施的底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門中，沿圓弧座板內(nèi)弧面中軸線方向，機(jī)械加工一通長(zhǎng)的V 型凹槽，在V 型凹槽內(nèi)嵌入O 型橡膠密封條，如圖3 所示。這樣就在圓弧座板與底軸管結(jié)合處的上下游之間形成了一條止水密封帶，從而使水頭壓力無法從上游螺栓孔穿透到下游螺栓孔，徹底解決了圓弧座板與底軸管之間的止水問題。

圖3 圓弧座板與底軸管之間的止水

4 門葉與軸承座之間的止水

門葉與軸承座之間設(shè)計(jì)也是慣常采用的預(yù)壓式平板橡皮止水結(jié)構(gòu)，由于門葉啟閉時(shí)止水要隨門葉在軸承座上回轉(zhuǎn)，預(yù)壓的摩阻力極易使止水橡皮磨損和翻轉(zhuǎn)折斷，同時(shí)因止水橡皮需貼緊軸承座止水工作面回轉(zhuǎn)，因而對(duì)軸承座止水工作面與底軸回轉(zhuǎn)中心的同軸度要求較高，加工與裝配難度較大。在后期實(shí)施的項(xiàng)目中，我們將平板橡皮改為P 型橡皮，單向擋水單側(cè)布置，雙向擋水雙側(cè)布置，同時(shí)在P 型橡皮的背面加墊J 型剛性支撐板，以合理調(diào)整P 型橡皮的懸臂長(zhǎng)度，使之既有回壓裕度，能在水壓下貼緊軸承座止水工作面，又不會(huì)在回轉(zhuǎn)時(shí)逆翻，較好地解決了門葉與軸承座之間的止水問題。

5 門葉與閘室墻之間的止水

門葉與閘室墻之間的止水為扇形平掃結(jié)構(gòu)，其止水橡皮需貼合墻面在扇形區(qū)域旋轉(zhuǎn)平移，因此對(duì)閘室墻的平面度及止水的結(jié)構(gòu)形式要求都比較高。根據(jù)閘門的擋水工位及啟閉要求，可分為全位置止水和定位置止水。全位置止水是指：閘門可在工作區(qū)域的任意位置擋水，止水都必須與閘室墻密封接觸。定位置止水是指：閘門只在設(shè)定的一個(gè)或幾個(gè)位置擋水，在擋水位置止水才與閘室墻密封接觸，在其它位置止水與閘室墻不接觸。全位置止水一般采用插拔式水封結(jié)構(gòu)，見圖4（a）。其止水部分為獨(dú)立構(gòu)件，可整體插入門體的止水座槽內(nèi)，維修或調(diào)整時(shí)可整體拔出。該部件正平面裝設(shè)Ω 型止水橡皮，與閘室墻形成止水密封；兩側(cè)裝設(shè)P 型橡皮，用于構(gòu)件本體與門體止水座槽的密封；背面裝設(shè)板式彈簧，將止水構(gòu)件向外頂出，使Ω 型橡皮始終壓緊在閘室墻面上。為保證Ω 型橡皮與閘室墻的接觸精度及止水構(gòu)件的整體止水效果，從已實(shí)施的幾個(gè)項(xiàng)目實(shí)際效果分析，設(shè)計(jì)時(shí)Ω 型橡皮球部的中空孔徑應(yīng)適當(dāng)加大，以增加橡皮接觸彈性；P 型橡皮球頭要適當(dāng)減小，懸臂部分要加長(zhǎng)，以保證水壓下能回壓貼合；構(gòu)件本體凡裝設(shè)止水橡皮或與橡皮接觸的部位及部件，都必須進(jìn)行機(jī)械加工，以保證平直度與密封性。閘室墻面需采用結(jié)構(gòu)膠貼掛大理石或整體焊貼鋼板（或不銹鋼板）的工藝，以保證閘室墻扇形止水區(qū)域的平面度和平整度，減小橡皮與閘室墻面平掃移動(dòng)時(shí)的摩阻力，降低Ω 型止水橡皮的磨損。定位置止水結(jié)構(gòu)，見圖4（b）。因閘門只需在預(yù)定的某一個(gè)或幾個(gè)位置擋水，因而止水也只在對(duì)應(yīng)的位置才與閘室墻密封。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們對(duì)定位置止水采用了在閘室墻預(yù)定位置安裝止水埋件的工藝，保證了在預(yù)定位置的止水效果。為達(dá)到既止水密封又減少非擋水位置運(yùn)行時(shí)止水橡皮的摩阻力，將閘室墻止水埋件的工作面設(shè)計(jì)成弧形結(jié)構(gòu)，門葉水封體與閘門制成一體，L 型和P 型止水橡皮分別用壓板固定在門體止水座板的兩側(cè)。這種形式的止水，結(jié)構(gòu)緊湊，L 型和P 型止水橡皮組合，既可雙向止水，同時(shí)橡皮與止水埋件的弧面之間具有楔緊效果，在擋水位置止水橡皮楔緊密封，在非擋水位置橡皮處于脫離狀態(tài)，減少摩擦，利于保護(hù)橡皮。

圖4 門葉與閘室墻止水結(jié)構(gòu)圖

6 底軸管與穿墻套管之間的止水

底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的穿墻套管結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，該部位的止水也最為關(guān)鍵，其止水密封是否可靠將直接影響到啟閉機(jī)工作室的安全。此處一旦滲漏，輕則增加啟閉機(jī)工作室的濕度，影響啟閉機(jī)電氣系統(tǒng)正常工作；重則造成漫溢，使啟閉機(jī)系統(tǒng)損毀，為此該部位一般都需設(shè)置多重止水。穿墻套管的止水可分為臨水側(cè)（外側(cè)）和背水側(cè)（內(nèi)側(cè)），其所用結(jié)構(gòu)形式有膨脹預(yù)壓式止水圈和可調(diào)預(yù)壓式止水圈。膨脹預(yù)壓式止水圈是在止水座環(huán)內(nèi)嵌入中空O 型橡膠圈，貼緊其側(cè)面再嵌入矩形遇水膨脹橡膠圈，遇水膨脹橡膠圈膨脹后的擠壓力會(huì)使中空O 型橡膠圈變形，從而使其內(nèi)、外圈分別壓緊在底軸管外徑和穿墻套管內(nèi)徑上，起到止水密封的作用。可調(diào)預(yù)壓式止水圈是在穿墻套管的止水座環(huán)內(nèi)嵌入中空O 型橡膠圈1～2 道或油浸石棉繩若干圈，再壓上可調(diào)節(jié)壓蓋，利用壓蓋螺栓調(diào)節(jié)壓蓋的壓緊力并作用于中空O 型橡膠圈或油浸石棉繩上，使其與底軸管外徑和穿墻套管內(nèi)徑之間保持密封，實(shí)現(xiàn)止水目的。先期實(shí)施的項(xiàng)目中，穿墻套管內(nèi)外側(cè)都是采用的膨脹預(yù)壓式止水圈，由于有預(yù)壓性而無可調(diào)性和補(bǔ)償性，止水效果不理想。后期的項(xiàng)目中，我們將穿墻套管止水改為組合式，即：臨水側(cè)止水由于在河道內(nèi)常水位下，無法調(diào)節(jié)，采用膨脹預(yù)壓式止水圈；內(nèi)側(cè)止水在啟閉機(jī)工作室內(nèi)，改為可調(diào)預(yù)壓式止水圈。為進(jìn)一步增加穿墻套管止水的可靠性，我們又在套管的中間增設(shè)水力被壓式異型止水圈—特魯特密封圈，此種類型的止水圈為橫Y 型，其開叉口朝向臨水側(cè)，利用滲漏水的壓力使丫口擴(kuò)張并分別貼緊于底軸管外徑和穿墻套管內(nèi)徑上，以達(dá)到止水的目的。圖5 所示為穿墻套管組合止水結(jié)構(gòu)，其外側(cè)為膨脹預(yù)壓式止水圈，內(nèi)側(cè)為可調(diào)預(yù)壓式止水圈，中間為水力被壓式止水圈。采用這種組合止水結(jié)構(gòu)，止水效果非常好，可以做到滴水不漏。

圖5 穿墻套管組合止水結(jié)構(gòu)

7 結(jié)語

止水系統(tǒng)是底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的一個(gè)重要組成部分，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣、使用耐久性及密閉可靠性，直接影響該類門型的實(shí)際使用效果和應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。除筆者所述止水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進(jìn)方法外，如何開發(fā)新型止水材料，提高止水系統(tǒng)的耐久性；革新止水結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓技術(shù)，提高止水系統(tǒng)的適應(yīng)性與可靠性等，還需要進(jìn)行更多的研究與實(shí)踐?？梢灶A(yù)言，止水系統(tǒng)的完善，將使底軸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)啟閉式鋼閘門的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)更加明顯，其應(yīng)用前景也將更為廣闊。