摘 要：隨著水電站沖砂閘的使用年限增加，閘門受多種因素影響出現(xiàn)了鋼絲繩斷裂、動(dòng)水關(guān)閉不到位的現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅到?jīng)_砂閘的正常運(yùn)作和水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)這一問題，結(jié)合具體工程案例，對(duì)可能導(dǎo)致鋼絲繩斷裂、動(dòng)水關(guān)閉不到位的原因進(jìn)行了深入分析，并參考閘門各部件的設(shè)計(jì)安裝標(biāo)準(zhǔn)提出了具體的處理措施。通過該措施的有效實(shí)施，沖砂閘動(dòng)水關(guān)閉不到位問題得到了徹底解決，確保了水電站的穩(wěn)定運(yùn)行，可為同類水電站解決沖砂閘門問題提供有益參考。

關(guān)鍵詞：水電站；沖砂閘；鋼絲繩；斷裂；動(dòng)水關(guān)閉

中圖分類號(hào)：TV663" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）23-0059-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.23.013

1" " 問題概述

高橋水電站位于贛江水系禾水支流的永新縣高橋樓鄉(xiāng)龍江村，水壩控制流域面積為3 386 km2。水庫(kù)日常蓄水位為94.00 m，相應(yīng)庫(kù)容為712萬m3；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，設(shè)計(jì)洪水位94.51 m；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，校核洪水位95.93 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為1 043萬m3。水電廠總裝機(jī)容量為2×5 000 kW，是一座小型水力發(fā)電工程。

電站沖砂閘及其啟閉設(shè)備如圖1所示，沖砂閘門共4孔，由4扇升臥式平面鋼閘門組成，每孔凈寬8.00 m，總溢流凈寬32.00 m，門高7.20 m；閘墩為C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)，閘墩厚2.50 m，長(zhǎng)度9.50 m，高13.80 m，頂高程100.00 m；閘室底板為C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)，門底高程87.00 m；閘室總長(zhǎng)度17.80 m，建基面為弱風(fēng)化砂巖或板巖，高程為82.00 m。沖砂閘啟閉機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

電站自2006年1月第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電以來，沖砂閘工作運(yùn)行時(shí)間已有近二十年。近年來沖砂閘運(yùn)行過程中出現(xiàn)了動(dòng)水關(guān)閉不嚴(yán)現(xiàn)象，即無法下落至全關(guān)位置，致使閘門底面漏水嚴(yán)重，閘門下閘后底部漏水情況如圖2所示。此外，閘門啟閉機(jī)鋼絲繩同時(shí)出現(xiàn)了異常斷裂情況，如圖3所示。

2" " 原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，經(jīng)電站技術(shù)人員分析，對(duì)可能導(dǎo)致沖砂閘門鋼絲繩斷裂及閘門動(dòng)水關(guān)閉不嚴(yán)問題的原因分析如下。

2.1" " 啟閉機(jī)鋼絲繩斷裂原因分析

1）鋼絲繩啟閉力超過額定負(fù)荷或鋼絲繩受傷磨損超出標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致鋼絲繩斷裂。

2）啟閉機(jī)鋼絲繩限位裝置（圖4）未起限位作用，導(dǎo)致鋼絲繩下放冗長(zhǎng)，纏繞至滑輪組后運(yùn)行時(shí)斷裂。

3）鋼絲繩部分在水中浸泡，鋼絲繩水中部分腐蝕超出其使用標(biāo)準(zhǔn)，鋼絲繩銹蝕、腐爛、破損。

4）閘門升降過程中主輪因軸套銹蝕造成轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，滾動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦力，造成鋼絲繩牽引力大幅增加導(dǎo)致斷裂。閘門主輪運(yùn)行情況如圖5所示。

2.2" " 閘門動(dòng)水關(guān)閉不嚴(yán)原因分析

1）閘門門體變形，閘門運(yùn)行時(shí)卡阻。

2）閘門側(cè)向裝置間隙過大，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，閘門運(yùn)行不順暢。

3）閘門主輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或軌道損壞，閘門關(guān)閉時(shí)與軌道摩擦力過大，閘門無法靠自重全關(guān)。

4）水封老化或損壞，閘門與水封座摩擦阻力過大，閘門無法靠自重全關(guān)。

5）啟閉機(jī)兩動(dòng)滑輪水平誤差較大，閘門呈平行四邊形運(yùn)行，側(cè)輪與側(cè)軌接觸產(chǎn)生摩擦，增大閘門運(yùn)行過程中的摩擦力。

6）動(dòng)滑輪長(zhǎng)期在水中浸泡，滑輪卡澀、不轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲繩在滑輪片中摩擦移動(dòng)，增大了閘門運(yùn)行過程中的摩擦力。

7）閘門升降過程中主輪因軸套銹蝕造成轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，滾動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦力，同時(shí)主軌道存在局部高點(diǎn)，主輪受局部摩擦力作用導(dǎo)致閘門無法下落。

3" " 處理措施

結(jié)合電站技術(shù)人員原因分析成果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，參考相關(guān)設(shè)計(jì)安裝標(biāo)準(zhǔn)及同類故障處理方法[1-3]，電站采取了以下處理措施。

3.1" " 啟閉機(jī)動(dòng)滑輪檢查與處理

按平面閘門安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)閘門做靜平衡試驗(yàn)，對(duì)閘門傾斜度、傾斜量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，具體方法如下：將閘門吊離地面100 mm，采用水準(zhǔn)儀測(cè)試閘門左、中、右底部高程。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)閘門傾斜度、傾斜量超出標(biāo)準(zhǔn)要求，通過調(diào)整啟閉機(jī)安裝水平度（基座底部加墊子），對(duì)動(dòng)滑輪進(jìn)行分解檢修并調(diào)整動(dòng)滑輪水平高度，調(diào)整啟閉機(jī)兩根鋼絲繩長(zhǎng)度，將閘門兩側(cè)高程偏差控制在2～3 mm內(nèi)。

3.2" " 啟閉機(jī)限位裝置檢查與處理

調(diào)整限位裝置，使得閘門全關(guān)后啟閉機(jī)鋼絲繩略有松軟。

3.3" " 閘門檢查與處理

1）閘門門體檢查與處理。

按照門體安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閘門進(jìn)行檢查，嚴(yán)格執(zhí)行門葉橫向彎曲度不超過6 mm，門葉豎向彎曲度不超過4 mm，對(duì)角線偏差不超過6 mm，扭曲不超過4 mm的要求。

2）水封檢查與處理。

參照沖砂閘門止水裝置設(shè)計(jì)圖紙，水封實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置（P頭最高點(diǎn)到門體面板為140 mm）實(shí)測(cè)誤差不大于2 mm，水封表面平度2 mm，壓縮量為2～3 mm。復(fù)核尺寸可知，無須更換新水封。

3）主輪、軌道檢查與處理。

對(duì)主輪按照以下安裝技術(shù)要求進(jìn)行檢查：滾輪應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無卡滯現(xiàn)象；滾輪踏面均與主軌道面接觸。對(duì)主軌按照以下安裝技術(shù)要求進(jìn)行檢查：主軌安裝平整，兩側(cè)軌道在同一平面上，主軌道表面最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之差應(yīng)小于2 mm。

檢查后發(fā)現(xiàn)主輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，卡滯現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)主輪進(jìn)行分解檢修，更換軸套為銅基鑲嵌自潤(rùn)滑型軸套；對(duì)主軌平面進(jìn)行軌道補(bǔ)焊處理；對(duì)閘門門槽、滾輪等部件銹蝕部位進(jìn)行除銹處理；對(duì)閘門主輪、吊耳軸銷等部位注油。

4）側(cè)向裝置、側(cè)軌檢查與處理。

根據(jù)側(cè)向裝置安裝技術(shù)要求進(jìn)行檢查：側(cè)輪應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，側(cè)輪踏面應(yīng)在同一平面內(nèi)；側(cè)輪踏面最高點(diǎn)與側(cè)軌道面間隙不大于10 mm，側(cè)軌道面的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之差應(yīng)小于2 mm。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)側(cè)輪與側(cè)軌軌道面單側(cè)配合間隙過大，如圖6所示。因此，針對(duì)側(cè)軌軌道面整段補(bǔ)焊不銹鋼板，如圖7所示，針對(duì)部分脫落側(cè)軌基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿處理。更換側(cè)輪裝置，將兩側(cè)側(cè)輪與軌道面單側(cè)配合間隙均控制在10 mm以內(nèi)，更換后保證側(cè)輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、不卡滯。對(duì)側(cè)輪銹蝕部位進(jìn)行除銹、注油處理。

3.4" " 水封檢查與處理

檢查止水橡皮表面是否光滑平直，其厚度極限偏差為±1 mm，截面其他尺寸的極限偏差為設(shè)計(jì)尺寸的2%。閘門處于工作狀態(tài)時(shí)，止水橡皮的壓縮量應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，并進(jìn)行透光檢查或充水試驗(yàn)。檢查閘門節(jié)間水封及側(cè)水封，視老化、缺損情況進(jìn)行更換。

3.5" " 啟閉機(jī)鋼絲繩處理

將啟閉機(jī)鋼絲繩更換成耐水腐蝕不銹鋼絲繩。

4" " 結(jié)束語

水電站沖砂閘在使用過程中，隨著年限的增長(zhǎng)，動(dòng)水關(guān)閉不嚴(yán)問題變得尤為普遍。一方面，國(guó)內(nèi)許多專家和學(xué)者在水電站沖砂閘的設(shè)計(jì)、制造和安裝方面開展了積極探索[2-6]，有效防止了該現(xiàn)象的過早出現(xiàn)；另一方面，部分電站結(jié)合自身實(shí)際，針對(duì)沖砂閘動(dòng)水關(guān)閉不嚴(yán)問題開展了各種技術(shù)改造，取得了一定成效。本文針對(duì)水電站沖砂閘門動(dòng)水關(guān)閉不嚴(yán)的問題進(jìn)行了深入研究。通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、原因分析，并參考相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提出了完整的技術(shù)改造方案。經(jīng)改造，沖砂閘門動(dòng)水關(guān)閉已正常，鋼絲繩檢查情況良好，確保了水電站的穩(wěn)定運(yùn)行。研究結(jié)果表明，采取合理的改造方案，可以有效解決沖砂閘門動(dòng)水關(guān)閉不嚴(yán)的問題，提高水電站運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。此外，本研究可為其他水電站同類型故障提供可行的解決方案，對(duì)水電站沖砂閘門動(dòng)水關(guān)閉問題的處理具有一定的參考價(jià)值。

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收稿日期：2024-08-26

作者簡(jiǎn)介：劉江（1986—），男，湖北英山人，高級(jí)政工師，工程師，主要從事水電及新能源企業(yè)管理工作。