龍見(jiàn)穎，王 濤，王志輝

（雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

某大型水電站共設(shè)4個(gè)放空底孔，每孔進(jìn)出口均設(shè)有1套工作閘門(mén)（3×5.5-120（80）m平板閘門(mén)）及1套事故檢修閘門(mén)（3×9.19-120（80）m平板閘門(mén)）。放空底孔主要用于大壩尚未建成而又需要蓄水發(fā)電期間泄洪及控制水庫(kù)初期水位，以及后期檢修大壩或有人防要求時(shí)降低水庫(kù)水位使用。

底孔工作閘門(mén)設(shè)計(jì)時(shí)基于充分滿(mǎn)足120 m超高水頭下閘門(mén)的止水效果和80 m水頭下動(dòng)水啟閉可靠性的雙重要求，閘門(mén)常規(guī)止水方式已難以滿(mǎn)足要求。故最初設(shè)計(jì)時(shí)，充分結(jié)合了國(guó)內(nèi)外高壓滑動(dòng)平面閘門(mén)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)首次選定剛性止水、窄門(mén)槽的滑動(dòng)閘門(mén)型式[1]，該結(jié)構(gòu)型式閘門(mén)具有結(jié)構(gòu)緊湊、門(mén)葉剛度大、門(mén)槽尺寸?。ㄕT(mén)槽）、高速水流下門(mén)槽易空化空蝕、制造與安裝精度高、檢修難度大、止水難度大、啟門(mén)力大、閘門(mén)振動(dòng)大等特點(diǎn)。

工作閘門(mén)頂、側(cè)止水與支承設(shè)計(jì)合二為一。門(mén)葉頂、側(cè)止水支承材料采用鋁青銅（ZCuAl10Fe3），門(mén)槽頂、側(cè)止水材料為不銹鋼（2Cr13）。門(mén)葉底止水材料為不銹鋼（2Cr13），門(mén)槽底坎止水材料為巴氏合金，止水面的接觸間隙設(shè)計(jì)要求在0.03 mm以?xún)?nèi)，對(duì)工藝要求十分嚴(yán)苛。

工作閘門(mén)在竣工投入使用后，歷經(jīng)兩個(gè)汛期的泄洪，泄洪高速射流對(duì)門(mén)槽底坎止水面產(chǎn)生了嚴(yán)重沖刷，汽蝕也較為嚴(yán)重，已不能徹底的封水，隨即將底孔工作閘門(mén)置于關(guān)閉狀態(tài)，而使用檢修閘門(mén)用于擋水。

針對(duì)底孔工作閘門(mén)剛止水存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比研究國(guó)內(nèi)高水頭閘門(mén)各種止水型式及止水材料的選擇與應(yīng)用，最終選定采用修復(fù)門(mén)槽底坎止水、研磨門(mén)槽止水面的止水修復(fù)方法，以及剛性止水與預(yù)壓式止水聯(lián)合使用的止水改進(jìn)方法對(duì)底孔工作閘門(mén)剛止水進(jìn)行修復(fù)。

1 工作閘門(mén)剛性止水運(yùn)行狀況

1.1 門(mén)槽流道狀況

底孔工作閘門(mén)在電站投運(yùn)初期作為水庫(kù)泄洪控流設(shè)備使用后，門(mén)槽底坎巴氏合金止水面出現(xiàn)了被高速水流嚴(yán)重沖刷和空蝕的情況，導(dǎo)致閘門(mén)密封面漏水量急劇增大。期間，實(shí)驗(yàn)性地采用貝爾佐納復(fù)合抗磨涂料進(jìn)行了修復(fù)填充和找平處理，處理完成后帶水試驗(yàn)閘門(mén)漏水情況，較未處理前漏水情況略有改觀，但并不能徹底的封水，并在試驗(yàn)期間，抗磨材料同樣因?yàn)楦咚偎鳑_刷，導(dǎo)致止水面被嚴(yán)重破壞。又經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間放置，門(mén)槽底坎止水面原貝爾佐納復(fù)合抗磨涂料已出現(xiàn)了老化、脫空現(xiàn)象，止水面局部甚至出現(xiàn)爆口、鼓包、脫落及整體不光滑等現(xiàn)象，側(cè)止水面也出現(xiàn)局部銹蝕小坑。

圖1 門(mén)槽底坎磨損情況

1.2 工作閘門(mén)止水面狀況

由于前期現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制，對(duì)1號(hào)、3號(hào)底孔工作閘門(mén)進(jìn)行了抽檢。將工作閘門(mén)提至全開(kāi)位置，對(duì)門(mén)槽止水面進(jìn)行清掃，門(mén)槽及閘門(mén)底止水面清掃完畢后，將工作門(mén)落至全關(guān)，在工作閘門(mén)背后鋼襯2.8 m高位置處焊接支點(diǎn)，用千斤頂模仿水推力對(duì)閘門(mén)加壓，測(cè)量止水面配合間隙，測(cè)點(diǎn)間距為200 mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，合格標(biāo)準(zhǔn)為閘門(mén)止水面配合間隙≤0.03 mm。使用300 mm塞尺對(duì)閘門(mén)止水面間隙進(jìn)行測(cè)量，0.02 mm塞尺不能通過(guò)即認(rèn)定間隙為0 mm。

測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果為：1號(hào)工作閘門(mén)門(mén)槽頂止水與左側(cè)止水密封面有0.18 mm的高差，閘門(mén)頂止水、底止水間隙均認(rèn)定為0 mm，但底止水有一段200 mm長(zhǎng)透光，側(cè)止水最大間隙為0.50 mm；3號(hào)工作閘門(mén)底止水密封處有兩處0.02 mm、0.03 mm間隙，測(cè)量過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，流道內(nèi)的水滲出到了工作閘門(mén)下游，左側(cè)止水有一處間隙為0.03 mm，右側(cè)止水有一段130 mm長(zhǎng)間隙為0.02 mm，其余間隙均認(rèn)定為0 mm。

2 工作閘門(mén)輔助止水修復(fù)

2.1 工作閘門(mén)頂止水修復(fù)

將原頂止水方式改進(jìn)為預(yù)壓式橡膠與剛止水相結(jié)合的止水方式。預(yù)壓式橡膠止水為輔助止水，水封形式為實(shí)心P型圓頭橡膠，保留原鋁青銅剛止水結(jié)構(gòu)。在門(mén)楣鋁青銅支撐止水面上部閘門(mén)不銹鋼門(mén)葉本體上，加工切削出安裝預(yù)壓式橡膠止水安裝位置。

頂水封裝置由墊板、水封和壓板組成。其中墊板厚5 mm，水封厚12 mm，壓板厚10 mm，采用沉頭螺釘固定。墊板和壓板的材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。水封材質(zhì)為L(zhǎng)D19，密度1.2~1.5 g/cm3，含（新）膠量≥60%，拉伸強(qiáng)度達(dá)到22 MPa，邵氏硬度≥70±5，延伸率≥400%。沉頭螺釘采用M12不銹鋼螺釘，材質(zhì)為0Cr18Ni9，螺栓間距為60 mm。

2.2 工作閘門(mén)側(cè)水封修復(fù)

側(cè)止水同樣采取預(yù)壓式橡膠與剛止水相結(jié)合的止水方式，水封形式為實(shí)心P型圓頭橡膠。側(cè)輔助止水裝置采用與頂水封同樣材質(zhì)的墊板、水封和壓板組成，因原門(mén)葉側(cè)止水寬度僅為100 mm，加之原側(cè)止水平面鋁青銅剛止水位置限制，無(wú)法在閘門(mén)背水密封平面上安裝預(yù)壓式橡膠止水，故在閘門(mén)背水密封面?zhèn)让姘惭b輔助橡膠止水密封固定壓板。

在閘門(mén)背水密封面鋁青銅剛止水靠側(cè)面位置閘門(mén)頂部至底部車(chē)削出側(cè)輔助水封安裝位置，水封安裝螺栓孔布置在閘門(mén)側(cè)面，水封壓板、螺栓孔現(xiàn)場(chǎng)配鉆安裝，螺栓安裝位置避開(kāi)鋁青銅剛止部分結(jié)構(gòu)，完全保留原鋁青銅剛止水部分。

頂、側(cè)水封安裝結(jié)構(gòu)相同，如圖2所示。頂、側(cè)輔助橡膠水封轉(zhuǎn)角處采用轉(zhuǎn)角水封，轉(zhuǎn)角水封尺寸為200 mm×200 mm，現(xiàn)場(chǎng)用冷粘劑將頂、側(cè)水封、轉(zhuǎn)角水封粘接，把頂部、側(cè)面輔助橡膠水封連接成整體。

圖2 閘門(mén)頂水封改造圖

圖3 閘門(mén)頂水封改造前后對(duì)比詳圖

圖4 閘門(mén)側(cè)水封改造圖

圖5 閘門(mén)側(cè)水封改造前后對(duì)比詳圖

圖6 閘門(mén)頂、側(cè)輔助水封安裝詳圖

圖7 門(mén)槽頂密封座板改造前后對(duì)比詳圖

圖8 門(mén)槽側(cè)水封密封座板改造圖

圖9 門(mén)槽側(cè)密封座板改造前后對(duì)比詳圖

圖10 閘門(mén)底水封改造圖

圖11 閘門(mén)底水封改造前后對(duì)比詳圖

圖12 門(mén)槽原底坎密封截面圖

圖13 門(mén)槽底坎密封截面改造后

2.3 頂、側(cè)輔助水封對(duì)應(yīng)門(mén)槽止水座板

原門(mén)槽頂止水面有效寬度僅為70 mm，與頂止水面上部相連處有一段寬度50 mm的斜面，此段斜面無(wú)法作為預(yù)壓式止水的止水面，故特殊加工了一處高度19 mm、寬度約70 mm、閘門(mén)面板長(zhǎng)度方向長(zhǎng)度3 226 mm的止水密封座板與頂部橡膠輔助止水相配合。頂輔助水封安裝時(shí)超出軌道面3 mm，與增設(shè)止水座板后的門(mén)槽配合形成2 mm預(yù)壓縮量。

原門(mén)槽側(cè)止水及支撐滑道主軌的止水面寬度僅為70 mm，不能作為預(yù)壓式輔助止水的止水面，故在主軌側(cè)面新增加一段寬度為45 mm、厚度為15 mm的不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)止水面，與閘門(mén)預(yù)壓式橡膠止水配合使用。

2.4 工作閘門(mén)底水封修復(fù)

閘門(mén)底水封原止水材料為不銹鋼材質(zhì)（2Cr13），底水封修復(fù)后，在底水封處加裝輔助橡膠止水水封，橡膠止水與鋼制止水互為補(bǔ)充，共同作用。輔助橡膠水封形式為條形水封，止水橡膠厚12 mm，水封壓板厚10 mm，壓板材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，水封及水封壓板采用沉頭螺釘固定?？刂崎l門(mén)底水封安裝尺寸結(jié)構(gòu)，保證閘門(mén)落至底坎位置時(shí)橡膠止水2 mm壓縮量。

為避免閘門(mén)啟閉過(guò)程新增的底輔助止水與門(mén)槽磨碰，新增輔助水封及壓板整體寬度尺寸控制在22 mm。底水封與側(cè)水封在現(xiàn)場(chǎng)使用冷粘劑粘接。側(cè)、頂、底預(yù)壓式止水通過(guò)門(mén)葉上的溝槽連成一個(gè)整體，最大程度保證止水線的完整性。

3 門(mén)槽及閘門(mén)剛止水修復(fù)

3.1 門(mén)槽底坎改進(jìn)修復(fù)

門(mén)槽底坎原密封截面結(jié)構(gòu)為“T”字形，材質(zhì)為巴氏合金，是一種具有減摩特性的錫基和鉛基軸承合金，巴氏合金軟基體上分布著硬顆粒相的低熔點(diǎn)軸承合金，特點(diǎn)是在軟相基體上均勻分布有硬相質(zhì)點(diǎn)，軟相基體使合金具有非常好的嵌藏性、順應(yīng)性和抗咬合性，并在磨合后，軟基體內(nèi)凹，硬質(zhì)點(diǎn)外凸[2-5]，上凸的硬質(zhì)點(diǎn)起支承作用。因重載閘門(mén)坐落在巴氏合金上就會(huì)使其軟基體內(nèi)凹，一旦過(guò)流就容易使其表面產(chǎn)生汽蝕，待閘門(mén)再關(guān)閉后汽蝕處就容易形成高壓縫隙流，極易使止水面被嚴(yán)重破壞，故將門(mén)槽底坎止水更換為不銹鋼2Cr13材質(zhì)，2Cr13為馬氏體不銹鋼，具有優(yōu)良的耐磨、耐蝕性。

具體工藝流程為：將原門(mén)槽底坎密封面巴氏合金扣出，制作“T”形2Cr13條塊進(jìn)行嵌裝，嵌塊寬120 mm，總長(zhǎng)3.46 m，分3段，現(xiàn)場(chǎng)拼焊成整體，拼裝時(shí)保證節(jié)間錯(cuò)牙不超過(guò)0.5 mm、高差小于1 mm。安裝完成后整體灌漿，以保證“T”形塊與底坎基座充分接觸，確保整體強(qiáng)度。在將新制作“T”形塊放入密封槽前先將兩段的端頭進(jìn)行單邊15°的倒角處理，坡口深度8~10 mm，將不銹鋼緊貼在槽內(nèi)后點(diǎn)焊，每段點(diǎn)焊長(zhǎng)度控制在20~30 mm以保證焊接變形量。

3.2 剛止水研磨修復(fù)

采用研磨門(mén)槽、閘門(mén)剛止水的方法處理門(mén)槽、閘門(mén)高點(diǎn)及相互配合間隙，用0.03 mm塞尺每隔100 mm做一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)不得貫穿，以保證改造后的閘門(mén)與門(mén)槽剛性止水面密封性符合設(shè)計(jì)要求。具體施工流程為：在清洗干凈的剛止水表面涂抹紅丹粉,將閘門(mén)下落離門(mén)槽底坎約5 mm停止，利用千斤頂從上游門(mén)葉左右兩側(cè)施加20 t的荷載，強(qiáng)迫門(mén)葉剛止水表面緊靠門(mén)槽的水封面，減少千斤頂荷載，使門(mén)葉繼續(xù)降至底坎。記錄并測(cè)量過(guò)程中門(mén)槽及門(mén)葉配合高點(diǎn)及配合間隙，研磨處理上述過(guò)程中不合格的位置，并重復(fù)以上過(guò)程，最終達(dá)到閘門(mén)門(mén)葉與門(mén)槽在止水配合面每100 mm范圍內(nèi)間隙小于0.03 mm的合格標(biāo)準(zhǔn)。研磨過(guò)程中采用分多層多道方式進(jìn)行，同時(shí)為避免研磨過(guò)量，預(yù)留0.05~0.08 mm不打磨，改用細(xì)砂紙研磨直至合格，采用塞尺、透光性來(lái)檢查配合間隙。

4 剛止水修復(fù)效果評(píng)估

閘門(mén)及門(mén)槽剛止水修復(fù)完成后，尚未安裝輔助水封前，進(jìn)行剛止水靜水密閉試驗(yàn)，驗(yàn)證剛止水修復(fù)效果。在充水高程大于原設(shè)定高程狀態(tài)下，測(cè)量1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)底孔工作閘門(mén)剛止水閘門(mén)漏水量，每次測(cè)量3次取平均值，最終閘門(mén)漏水量見(jiàn)表1。按照NB/T 35045-2014《水電工程鋼閘門(mén)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》要求，閘門(mén)在承受設(shè)計(jì)水頭壓力下，通過(guò)任意1 m長(zhǎng)止水范圍內(nèi)漏水量不應(yīng)超過(guò)100 ml/s[6]，由表1可以看出，經(jīng)修復(fù)過(guò)的1號(hào)~4號(hào)底孔工作閘門(mén)剛止水密封性遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了行業(yè)內(nèi)首例對(duì)高水頭鋼閘門(mén)剛止水的改造修復(fù)研究與應(yīng)用，通過(guò)研究分析剛性止水型式閘門(mén)的門(mén)槽與門(mén)葉的特殊幾何形狀，剛止水形式水流出流不平順性、高水頭閘門(mén)水密封水力學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜性的特點(diǎn)，同時(shí)也考慮在窄門(mén)槽內(nèi)安裝和修復(fù)止水密封、更換滑道的可行性，結(jié)合底孔工作閘門(mén)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，研究后提出了修復(fù)門(mén)槽底坎止水、研磨門(mén)槽止水面的止水修復(fù)方法，以及剛性止水與預(yù)壓式止水聯(lián)合使用的止水改進(jìn)方法。通過(guò)閘門(mén)修復(fù)后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明國(guó)內(nèi)首次實(shí)施高水頭窄門(mén)槽剛性止水改造修復(fù)設(shè)計(jì)和實(shí)踐探索是成功的, 這一成功經(jīng)驗(yàn)為同類(lèi)型閘門(mén)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行修復(fù)都提供了很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。