淺析船閘人字門振動原因與處理措施

2023年12月30日發(作者：十五規劃)

淺析船閘人字門振動原因與處理措施

摘要：人字門、閥門運轉件在長期運行過程中發生磨損或損壞，致使結構振動特性發生顯著改變，當振動頻率接近人字門自振頻率時，即當激勵頻率接近或等于自振頻率時，特別是水流脈動壓力的主頻接近于人字門某階段固有頻率成分時，振動比較明顯，會引起人字門在短時間內的“拍振”、較長時間的穩態“共振”或動力失穩，導致人字門破壞。為此，必須弄清閘、閥門振動的根源和振動對閘、閥門的影響。因此，本文主要分析了船閘人字門振動原因，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：船閘人字門；振動原因；處理措施

1 船閘人字門的振動原因分析

1.1 油缸運行不暢

人字門更換底樞設備后,門體高程發生了變化，導致油缸缸體與活塞桿出現整勁爬行現象可能致使人字門運行過程中會出現抖動;油缸密封使用年限已久,出現損壞，使油缸運行不穩定.也可能導致人字門振動。

1.2 背拉桿松弛

人字門背拉桿應力松弛后，門體剛度降低，同時背拉桿自身剛度更低其基頻接近水流脈動壓力頻率，因此在水流脈動作用下,背拉桿很容易與水流產生“共振”,背拉桿的強烈振動反過來拍擊人字門門體并發出較大聲響，增加門體振動。門體振動又造成背拉桿松動，從而加劇人字門廣]體的振動,形成惡性循環。

1.3 充水泄水操作

船閘人字門的自振頻率是固定的，充水、泄水時的水力脈動和自振頻率相重疊，就會引起振動現象。例如：人字門的基頻是5～16Hz，而充水、泄水時的最

小、最大水力脈動為1Hz、20Hz。對于此類原因，通過調整充水、泄水的時間，來改變水力脈動特征值，使其偏離人字門的自振頻率即可。

1.4 底水封選材和結構不佳

可能存在的問題有：①水封選型不當，一般所選用的水封為空心“P”型水封，這種水封硬度較大，反彈系數高，防變形能力小，只要人字門出現稍微偏大的變形就會出現間隙而漏水，而在背水壓力小的情況下，則容易使人字門被彈開而漏水；②水封工作面在預埋時，其平整度不夠好，當背水壓力較小（水的落差小）時，水封輕微反彈便會使其出現間隙而漏水，同時還可能引起氣蝕而損壞水封和其工作面，惡化工況；③水封墊板和壓板結構不佳，對于傳統水封結構，在運行過程中，容易與底板刮擦出現“翻邊”現象而損壞水封；④水封選材不當，材質不好的水封，容易老化，彈性不好，也容易使水封損壞而漏水。

2 人字門振動的預防及對策

2.1 人字門調試步驟要求

(1)根據實測的人字門跳動量和斜接柱垂直度進行人字門AB拉桿調整，除按規范和圖紙要求外，要求人字門全關時，門軸柱上部間隙≤0.3 mm，人字門在全關和3%的2個開度下的跳動量≤1 mm。

(2)將液壓啟閉機人字門全關的限位開關松開，通過調整模擬量，使左右人字門對稱全關到位，調整左右模擬量數值顯示一致，以使全關同步可靠。

(3)水封驗收合格后，將左右人字門全關時顯示的模擬量略微減小后作全關模擬量限位（減少約3個數值），再將人字門操作至全關限位動作時停止，此時左右人字門應對稱全關，間隙在2～5 mm。

(4)在人字門全關位置調整開關量限位動作。

(5)按相同方法調整好人字門全開開關量限位和模擬量限位。

(6)根據人字門開關過程中同步糾編動作情況，調整兩側閘門開關速度，以減少同步糾編動作次數和幅度。

2.2 改進底水封的結構

針對底水封所存在的問題，可從以下幾個方面進行改進：①恰當選型，根據水頭情況，對于較低水頭的船閘，可選用軟一點、彈性好的實心“P”型水封（對于10m左右水頭的船閘，選用硬度在50左右的便可）；②檢查和修整好水封工作面的平整度，防止其出現局部間隙而漏水；③通過將水封墊板的寬度增加至“P頭”的中心線位置，將水封壓板改成“L”型壓板，并將“L”邊頂住“P頭”等措施，以防止水封在運行過程中出現“翻邊”現象而損壞；④選用材質較好的水封，如采用尼龍帆布水封，其具有較好的防老化和彈性特性，相對于過去的棉質帆布等類型的水封，其工作特性要好。通過以上措施，可消除底水封本身所存在的漏水問題，并且改善其彈性特性，留足因各種原因所造成的變形余量，盡可能防止底水封因人字門變形或較小錯位而漏水。

2.3 加強人字門的剛度

提高人字門的剛度，可有效防止其因其它原因所造成的變形問題。在設計中，可通過適當增加人字門厚度、采用更好的背拉桿結構（如雙背拉桿）、加強背拉桿的強度等措施，來提高人字門的剛度和防變形能力。在安裝時，一定要將人字門的斜接柱下角點位移等參數調到最小，以給人字門（在運行過程中）留足因各種原因所造成的變形余量，保證底水封不因人字門的較小變形而漏水。而對于現有單層背拉桿的人字門，可將其改造為雙層背拉桿，以增加背拉桿的強度和人字門的剛度，同時提高其防變形能力。有模擬數據表示，若對大源渡的人字門進行改造，將原來的一層背拉桿改為雙層背拉桿，改造后的門體剛度將有很大提高。以人字門在自重作用下斜接柱下角點位移為指標，其順水流方向位移可由原來的23.3 mm減小到7mm，豎向位移可由原來的－3.9 mm減小到－1.8 mm，即人字門橫向抗扭剛度提高了3.3倍，豎向剛度提高了2.2倍。

2.4 人字門頂樞的潤滑問題

頂樞為樞軸型式，軸套為尼龍材料。頂樞樞軸制造時未按設計要求加工油槽，且現場安裝也未進行相應處理，頂樞潤滑不到位，在投產后四扇人字門均出現頂樞止軸板螺栓剪斷,樞軸上移的現象，后用千斤頂強行壓回并將止軸板與門體直

接焊接。因此頂樞的潤滑顯得尤為重要，在運行維護過程中對項樞的潤滑也相應采取了一系列措施。

(1)處理初期，為了稀釋原來加注的二硫化鑰潤滑脂，在頂樞加油杯，在油杯內加稀油滲透稀釋。

(2)加強了潤滑系統的巡視和維護，采用自動加油系統，由運行人員在中控室每天對頂、底樞進行一次注油。

(3)運行人員每周對頂、底樞用移動潤滑泵進行一次手動注油。

(4)定期由維護人員對頂樞用移動稀油電動泵加注稀油進行沖洗。

(5)采用多點潤滑泵專門對頂、底樞進行注油。

3 結束語

綜上所述，人字門產生振動是在受到一些相關因素的動力作用，從而致使人字門結構中的某一部位發生移動或應力產生變化。導致船閘人字門發生振動的原因非常多，針對振動也沒有完全的理論與計算方法，所以在設計時無法對其進行詳細的預測。另外船閘中所使用的同一種閘門，由于受到內在因素與外在因素的不同，船閘的人字門產生的振動大小存在較大的差異。當前可以有效解決該問題的方法比較少，主要就是利用原型觀測與有限元進行分析，從中查詢振動產生的原因，然后再制定解決的措施。

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