楊 峰，黃少奇

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004）

1 概述

灘坑水電站泄洪洞弧形閘門，孔口形式為潛孔，孔口凈寬7.0 m、高度7.0 m，設(shè)計水頭102 m，總水壓力89 000 kN，為超大型弧形閘門，閘門采用凸擴式門槽，主水封為充壓式止水水封，常規(guī)緊壓式止水水封作為充壓式止水的輔助止水。該泄洪洞弧形閘門經(jīng)多年運行，止水水封橡皮出現(xiàn)磨損、老化現(xiàn)象，水封多處漏水嚴重，需對整套止水水封進行更換。我公司承擔了弧門的充壓止水水封更換及充壓止水系統(tǒng)檢修工作。

2 充壓系統(tǒng)工作原理

在水電站高水頭弧形閘門設(shè)計中，通常采用凸擴式門槽充壓止水水封（如圖1），當弧門面板受到高水頭水壓力作用下，通過弧門支臂產(chǎn)生壓縮變形，加之加工精度、安裝精度及溫度變化等影響，使弧門半徑小于設(shè)計值，導致止水橡膠與弧門面板脫離，發(fā)生縫隙溢流。凸擴式門槽充壓止水裝置可以適應弧門變形，充壓止水水封可以利用加壓系統(tǒng)充壓使門槽內(nèi)水封變形而頂緊壓在弧門面板上，從而起到良好的止水效果。另外，采用充壓止水水封，在弧門開啟前，可以取消所加背壓，縮回止水橡膠而脫離弧門面板，從而減小水封橡皮摩擦，同時減少閘門啟閉力，延長水封橡膠的使用壽命。

圖1 凸擴式門槽充壓止水水封示意圖

為滿足凸擴式門槽充壓止水水封工作，需配套設(shè)置充壓系統(tǒng)，滿足在迎水壓力情況下充壓水封橡皮外凸出與弧門面板緊密接觸，在深孔弧門全關(guān)閉狀態(tài)時啟動，利用上游庫區(qū)水通過過濾器，經(jīng)增壓水泵增壓注入凸擴式門槽充壓腔體內(nèi)，使門槽內(nèi)水封變形而頂緊壓在弧門面板上，增壓水泵采用一備一用共設(shè)置兩套，并設(shè)置儲能罐使門槽充壓腔體保持設(shè)定壓力，當壓力低于設(shè)定值時系統(tǒng)自動啟動增壓水泵進行增壓并儲能。當深孔弧門需要開啟時，關(guān)閉門槽充壓腔體進水口閥門，開啟排水閥降壓排水，門槽充壓腔體水壓力低于0.1 MPa時開啟深孔弧門。充壓止水系統(tǒng)原理見圖2。

圖2 充壓止水系統(tǒng)原理圖

充壓工作流程：弧門關(guān)閉后，閘閥9關(guān)閉，閘閥7開啟。啟動增壓水泵，往門槽水封和蓄能罐充水，水壓推出山形水封頭部達到封水效果后，壓力升至1.2 MPa時增壓水泵停止，儲能罐用于維持壓力，當系統(tǒng)壓力低于1 MPa，增壓水泵會自動啟動，往門槽水封和蓄能罐增壓。程序設(shè)定只有弧門在全關(guān)位置狀態(tài)充壓系統(tǒng)才能啟動。

泄壓工作流程：閘門開啟前，關(guān)閉閘閥7，打開閘閥9排水。系統(tǒng)壓力低于0.1 MPa時，充壓止水水封恢復自然狀態(tài)，程序解鎖閘門開啟控制開關(guān)。

3 充壓止水系統(tǒng)檢修效果檢查

通過對弧形閘門的檢修作業(yè)，更換了閘門所有水封橡皮，將弧形閘門處于關(guān)閉狀態(tài)。進行了無壓狀態(tài)和有壓狀態(tài)充壓止水系統(tǒng)檢查。

無壓狀態(tài)充壓止水系統(tǒng)檢查：保持泄洪洞檢修閘門關(guān)閉狀態(tài)，使泄洪洞檢修閘門與弧形閘門之間閘室無水狀態(tài)，此時弧形閘門無水壓。在閘閥9關(guān)閉狀態(tài)下，打開閘閥7，往充壓水封充壓腔體注水加壓，壓力表3顯示壓力由0 MPa升壓至1 MPa，表示系統(tǒng)加壓工作正常。在閘閥7關(guān)閉狀態(tài)，打開閘閥9，對充壓水封充壓腔體排水降壓，壓力表3顯示壓力由1 MPa降壓至0 MPa，表示系統(tǒng)降壓工作正常。

有壓狀態(tài)充壓止水系統(tǒng)檢查：為減少泄洪洞檢修閘門提升次數(shù)，減少對其水封的磨損，充壓止水系統(tǒng)試驗期間僅開啟泄洪洞檢修閘門的充水閥，對檢修閘門與弧形閘門之間閘室進行充水，使弧形閘門處于正常水壓狀態(tài)。閘室充水完成后，在閘閥9關(guān)閉狀態(tài)下，打開閘閥7，往充壓水封充壓腔體注水加壓，壓力表3顯示壓力由0 MPa升壓至1 MPa，表示系統(tǒng)加壓工作正常。隨即檢查人員進入弧形閘門下游目視檢查弧門止水情況，經(jīng)檢查弧形閘門止水良好，無漏水現(xiàn)象。檢查人員撤離后，在閘閥7關(guān)閉狀態(tài)，打開閘閥9，對充壓水封充壓腔體排水降壓，壓力表3顯示壓力只由1 MPa降壓至0.4 MPa，并未降壓至0 MPa，系統(tǒng)降壓出現(xiàn)了異常。

檢查結(jié)果顯示系統(tǒng)在弧形閘門無壓狀態(tài)和有壓狀態(tài)下，充壓止水系統(tǒng)充壓、保壓工作正常，弧形閘門在有壓狀態(tài)下通過目視檢查，弧形閘門止水工作正常，無漏水情況，但在弧形閘門有壓狀態(tài)下卸壓試驗過程中，系統(tǒng)壓力從1 MPa降至0.4 MPa，并維持在0.4 MPa，未達到設(shè)計低于0.1 MPa的要求。

如果系統(tǒng)壓力未能降至0.1 MPa，說明充壓水封在背壓狀態(tài)下水封頭任與弧門面板接觸，如強制啟門，勢必造成啟閉力增大，磨損充壓水封，無法滿足運行要求，存在充壓止水系統(tǒng)降壓失效問題。

4 原因排查與分析

正常運行時，當充壓止水系統(tǒng)進行卸壓操作，閘閥7關(guān)閉狀態(tài)，閘閥9開啟狀態(tài)，自動進排氣閥自動開啟，門槽充壓腔體內(nèi)的水從閘閥9排出，壓力表3回位顯示壓力為0 MPa。

根據(jù)充壓止水系統(tǒng)原理圖分析，造成泄壓失效產(chǎn)生的區(qū)域應該在閘閥7與閘閥9之間的系統(tǒng)內(nèi)。采用排除法對各個零部件是否損壞進行排查分析。

（1）閘閥9排查分析：閘閥9為電磁閥，設(shè)在弧門門槽底部位置，作為充壓止水系統(tǒng)末端的卸壓排水閥門，如果閘閥9不能正常開啟排水，那么系統(tǒng)壓力將會下降并維持在1 MPa左右，通過泄壓時對閘閥9觀察，有水排出，系統(tǒng)壓力降至0.4 MPa后水流停止，判斷排水閥工作正常。

（2）自動進排氣閥排查分析：自動進排氣閥設(shè)在弧門檢修平臺位置，當充壓止水系統(tǒng)加壓時排出管路內(nèi)空氣，當水進入閥內(nèi)，浮筒隨水位一起上升，關(guān)閉排氣口，反之當系統(tǒng)泄壓時，壓力減少，閥內(nèi)水位下降，浮筒隨水位一起下降，打開排氣口。通過泄壓時對排氣閥觀察，系統(tǒng)泄壓時排氣閥有吸入氣體的聲音，系統(tǒng)壓力降至0.4 MPa后排氣孔關(guān)閉，判斷自動進排氣閥工作正常。

（3）閘閥7排查分析：閘閥7為電磁閥，設(shè)在設(shè)備層，是充壓止水系統(tǒng)加壓時入口閥門，同時也是卸壓時起到阻隔庫區(qū)、蓄能罐的水壓，為了避免拆除閘閥7繁瑣工作量，在關(guān)閉閘閥7并卸壓后，在壓力表3接口位置增設(shè)臨時卸壓閥門（如圖3）。安裝完畢后進行充壓止水系統(tǒng)加壓、卸壓操作步驟，卸壓后在壓力維持0.4 MPa無法繼續(xù)下降，打開臨時泄壓閥門時，泄壓閥排出約5 L水后，排水停止，系統(tǒng)壓力顯示0，如果閘閥7損壞無法閉合，庫區(qū)水及儲能罐中的水將通過管路從臨時泄壓閥源源不斷排出。從結(jié)果分析，臨時泄壓閥僅排出約5 L水，系統(tǒng)壓力降至0 MPa，閘閥7工作是正常的。

圖3 充壓止水系統(tǒng)泄壓檢修示意圖

（4）弧形閘門充壓止水水封排查分析：弧形閘門充壓止水水封通過門槽壓板與門槽座壓緊，對充壓腔體形成密閉空間，如果充壓止水水封有漏水情況，那么系統(tǒng)壓力將無法保持，加壓水泵會頻繁啟動，從試驗結(jié)果分析，充壓止水水封充壓腔體無漏水情況。通過各個部件排查，均工作正常，唯一造成系統(tǒng)壓力無法下降原因，最大可能性是管路被堵，由于充壓水封腔體試驗時無法觀察，水封壓板拆除檢查工作量過大，從設(shè)計圖紙充壓止水系統(tǒng)水封結(jié)構(gòu)分析（如圖4），可能性最大為泄壓孔位置，當充壓止水系統(tǒng)進行泄壓工作時，初始時閘室水壓小于系統(tǒng)壓力，閘閥9排水后，系統(tǒng)壓力小于閘室水壓，充壓止水水封橡皮受閘室水壓貼緊門槽座上，并封堵了泄水孔，使充壓止水系統(tǒng)壓力無法下降，并且維持小于閘室的壓力0.4 MPa。也就說明了弧形閘門在無壓狀態(tài)下，閘室無水壓，充壓止水系統(tǒng)卸壓工作正常，反而在弧形閘門在有壓狀態(tài)下，閘室內(nèi)有水壓，充壓止水系統(tǒng)卸壓工作實效。

圖4 充壓水封結(jié)構(gòu)分析

5 處理方案

針對充壓止水水封橡膠封堵排水口情況，處理首先解決泄壓時排水流暢問題，我們采用直徑4 mm不銹鋼圓鋼焊接制作了一個簡易十字形導水架（如圖5），為防止使用過程中十字形導水架產(chǎn)生位移，十字形導水架中心位置設(shè)防位移桿。將弧形閘門開啟，拆除泄水孔位置水封壓板，抬起充壓止水水封，將導水架插入泄水孔，并重新安裝水封及水封壓板。

圖5 十字形導水架結(jié)構(gòu)示意圖

通過重新對充壓止水系統(tǒng)進行充壓、泄壓試驗，系統(tǒng)泄壓后壓力下降至0，泄壓恢復工作正常，達到了運行要求。

6 結(jié)語

灘坑水電站泄洪洞弧形閘門充壓止水系統(tǒng)檢修，最終通過以上處理方案，簡單有效，滿足了設(shè)備運行目的，但檢修過程中對各個可疑部位的排查，進行了多次分析會議，反復試驗，消耗了較長的時間。本文通過總結(jié)經(jīng)驗，為以后類似閘門檢修提供借鑒。