水力發電廠水工金屬結構閘門基礎知識介紹

2023年12月30日發(作者：危險標志)

水工金屬結構閘門基礎知識介紹

1 水工金結閘門分類、主要技術參數、結構組成與布置

1.1 閘門分類

閘門分類方法較多，主要有：

①按閘門的工作性質可分為工作閘門、事故閘門和檢修閘門。

工作閘門(也稱主要閘門)是水工建筑物正常運行時能夠在動水中啟閉的閘門。檢修閘門是供建筑物或工作閘門檢修時短期擋水，在靜水中啟閉的閘門。事故閘門是在建筑物或有關設備出現事故，能在動水中關閉而在靜水中開啟的閘門，也稱事故檢修閘門。水電站進水口的快速（關閉）閘門是限定關閉時間(如兩分鐘)的事故閘門。

②按閘門關閉時門葉所承受擋水位的狀況分為露頂式閘門和潛孔式閘門。

③按閘門門葉外觀形狀分為平面閘門、弧形閘門、人字閘門、拱形閘門、球形閘門和圓筒閘門等。

④按制造閘門門葉的材料分為鋼閘門、鑄造(鋼、鐵)閘門、 木閘門、 鋼筋混凝土閘門和組合材料閘門。

⑤按閘門門葉啟閉時運動方式分為垂直升降閘門、轉動閘門、橫拉閘門、滾動閘門和升臥式閘門。

⑥按閘門門葉控制方式分為機械操作閘門（手動或電動）和水力自動閘門等。

另外，有些閘門如翻板閘門可借助水力自動啟閉，稱為水力自動閘門。選擇閘門形式需要考慮其在水工建筑物中的位置、尺寸、設計水頭、運用條件、制造能力和安裝技術水平等因素，要求做到泄流時水流條件好、止水嚴密、啟閉力小、操作簡便靈活、檢修維護方便等。平面閘門和弧形閘門是最常用的門型。

在工作閘門中，大型露頂式閘門和高水頭潛孔式閘門多用弧形閘門，船閘上多用人字閘門和橫拉閘門，檢修閘門和事故閘門一般都用平面閘門。制造門葉的材料近代多用鋼材，而鋼筋混凝土多用做需要借自重關閉施工導流底孔的封堵閘門。此外，在壓力管道中使用的將門葉、外殼和啟閉機械組成一體的控制設施，通稱閥門。

閘門是裝于溢流壩、岸邊溢洪道、泄水孔、水工隧洞和水閘等建筑物的空口

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上，用以調節流量，控制上、下游水位、宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物等，是水工建筑物的重要組成部分。在水閘工程中，閘門是主體部分，常占擋水面積的大部。閘門又分為平板閘門和弧形閘門。

1.2 閘門的主要技術參數

常用b×h-H表示閘門的主要特征：

b為閘門所封水道口的寬度(m)，

h為閘門所封水道口的高度或擋水位的高度(m),

H為從閘門底緣算起的設計水頭(m)。

工程上常用分類結合建筑物的部位以綜合的方式命名閘門，如：溢洪道14×10.5-10弧形工作閘門，泄洪洞3.5×11-50平面事故檢修閘門等。

（1）平面閘門的主要技術參數

平面閘門的主要技術參數有孔口尺寸、支承跨度、止水寬度、止水高度、設計水頭、總水壓力、啟閉力、吊耳間距和閘門自重等。

①、孔口尺寸：閘門所要關閉的過水孔口尺寸，一般用孔口的寬度×孔口的高度來表示，計量單位為米（m）。

②、支承跨度：閘門兩側行走支承裝置的中心線之間的距離，計量單位為米（m）。

③、止水寬度：閘門兩側止水橡膠中心線之間的距離，計量單位為米（m）。

④、止水高度：對于潛孔閘門而言，是指從底止水到頂止水中心線的垂直距離；對于露頂閘門，其止水高度就是擋水高度，在數值上等于露頂閘門的設計水頭。計量單位為米（m）。

⑤、設計水頭：閘門設計所能承受的最大工作水頭，即閘門前后的最大水位差，計量單位為米（m）。

⑥、總水壓力：閘門在設計水頭作用下，閘門面板上所承受的水壓力總和，計量單位為牛「頓」（N）。

⑦、啟閉力：一般指的是開啟或關閉孔口時提升或下放閘門所需要的力的大小。實際上，把啟閉機械的提升力（額定起重量）看作閘門的啟門力；而閉門力往往被看作是閘門的自重、加重塊和作用在門體上的水柱重量之和；對于液壓啟閉機來說，閉門力又被看作是油缸下行時對門體的作用力。啟閉力一般用千牛

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（KN）來計量。

⑧、吊耳間距：對于雙吊點閘門，兩吊耳之間的距離稱為吊耳間距，計量單位為米（m）。

⑨、閘門自重：閘門所有活動不見重量的總和，計量單位一般用噸（t）來表示。

⑩、閘門的外形尺寸：整個閘門在寬度、高度和厚度單方面的最大尺寸，計量單位為（m）。

另外，對于滑動支承閘門，滑塊的線壓強是指滑塊沿豎直方向單位長度所承受的水壓力，計量單位為牛「頓」/米（N/m）。對于滾動支承閘門，滾輪的輪壓是指一個滾輪上所承受的水壓力的大小，計量單位為牛「頓」（N）。

（2）弧形門的主要技術參數

弧形閘門的主要技術參數與平面鋼閘門基本相似，但還有幾個特殊的參數，如支鉸高程、弧面半徑、支臂長度等。

1.3 鋼閘門的結構組成與布置

（1）平面鋼閘門

平面鋼閘門由門葉主體、支承、止水裝置和吊耳四個部分組成。門葉主體一般由面板、主橫梁、邊梁（柱）和次梁組成有面板的梁格結構。設計水壓力通過板梁支承傳至門槽埋件，門葉支承部分應用較多的是滑動支承、滾輪支承和鏈輪支承等。支承部分也是門葉移動的行走部分。

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滑動支承是裝在門葉主體邊梁處的滑塊。其在固結于門槽內的支承軌道上作滑動摩擦運動，接觸處是面或線。滑動支承多用壓合膠木或鑄鋼塊制成，也有用鑄鐵、尼龍等材料的。一般工作閘門（包括快速閘門）采用壓合膠木滑動支承。其單位承壓強度大，可達4噸/厘米,摩擦力小，結構緊湊。鑄鋼塊支承多用于受力較小的閘門或檢修閘門。

滾動支承是裝在門葉邊梁上的輪子，其在門槽軌道上作滾動摩擦運動，接觸處是點或線。滾動支承分簡支輪支承、懸臂輪支承和輪式臺車支承 3種。簡支輪支承能承受較大的閘門壓力（每輪可承受100噸以上），滾動摩擦系數小,可減少啟門力，因此應用較多。但其門槽尺寸相對較大，耗鋼較多，制造安裝要求較高。懸臂輪支承適用于壓力較小的閘門。輪式臺車支承要求門槽尺寸大，布置較困難。

鏈輪支承是環繞門葉邊柱由一系列圓柱滾子組成的形似鏈條式的閉合鏈環。

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這種支承的閘門也稱履帶式閘門。

滑動支承的閘門摩擦阻力大，啟門力大；滾輪支承摩擦阻力小，啟門力也小，但閘門門葉較重；鏈輪支承也作滾動摩擦，其優點是由數目較多的小滾柱承受閘門的水壓力,單個輪壓小,使得門槽內敷設的軌道斷面小、重量輕。滾輪支承的閘門，根據閘門特征及梁格布置設有懸臂（外伸）輪、簡支輪和臺車式輪組。

裝設在閘門門葉主體上密封孔口的止水裝置一般均為特殊制造的可壓縮耐磨橡膠制品，就其布置部位分為頂止水、側止水和底緣止水。各止水的接頭部位銜接處均在現場配裝時進行熱膠合處理，以保證周圍止水的效果。

平面閘門的吊耳一般均設在閘門門葉主體結構上端的頂橫梁上，根據結構尺寸大小和形式可直接焊固在頂梁上或單獨制造。

（2）弧形鋼閘門

弧形閘門擋水面為圓柱體的部分弧形面的閘門。其支臂的支承鉸位于圓心，啟閉時閘門繞支承鉸轉動。弧形閘門由轉動門體、埋設構件及啟閉設備三部分組成。弧形閘門不設門槽，啟閉力較小，水力學條件好，廣泛用于各種類型的水道上作為工作閘門運行。弧形閘門的分類有以下幾種：

①按門頂以上水位的深度分為露頂式和潛孔式。水庫水位不超過門頂稱露頂式弧形閘門（也稱表孔弧形閘門）水庫水位高于門頂稱潛孔式弧形閘門(也稱深孔弧形閘門或高壓弧門)（見圖3）。

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②按傳力支臂形式分為斜支臂式和直支臂式。前者多用于寬高比較大的孔口。后者多用于寬高比較小的孔口。

③按支承鉸軸的形式分為圓柱鉸、圓錐鉸、球形鉸和雙圓柱鉸式弧形閘門。

④按門葉結構分為主縱梁式和主橫梁式弧形閘門等（受背水壓的稱反向弧門）。

弧形閘門的本體由門葉、支臂、支承鉸和止水裝置四部分組成。門葉是近似平面體系的弧形受壓面，由弧形面板和主次梁的梁格體系構成。門葉梁格布置有主橫梁系與主縱梁系兩種形式（見圖4）。弧形閘門的埋設構件包括側止水座、底坎止水座、頂止水裝置和支鉸座承重構件，一般均埋入混凝土相關部位表面以內，起止水嚴密和承重作用。中、小型及承受總水壓力不大的弧門止水裝置用一般橡皮，潛孔式高壓力弧形閘門用特制密封橡皮。露頂式弧形閘門的支鉸座承重構件一般均埋入閘墩的懸伸牛腿內；潛孔式弧形閘門支鉸座承重梁有的直接埋入大體積混凝土內，有的兩端插入邊墻內錨固。

主橫梁系多用于露頂式或寬高比較大的弧形閘門；主縱梁系常用于高水頭寬

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高比較小的潛孔式弧形閘門。弧形閘門的支臂支承門葉并傳遞徑向合力于支鉸軸上。特窄的弧形閘門也有做成一個支臂框架的，稱為獨支臂弧形閘門。支臂有直支臂和斜支臂之分（見圖5）,后者多用于孔口寬度大的露頂式弧形閘門。每側支臂多由兩根承壓構件（柱）組成。對高度較大的，每側也有用三根承壓構件的。支承鉸由連接支臂的鉸鏈、固定軸和固定鉸座組成。鉸座牢固地與建筑物上的埋設構件聯接，并傳力于基礎上。支鉸要轉動靈活，其安裝位置應高出下游水面。

支承鉸的形式有圓柱鉸和圓錐鉸等（見圖6）。圓柱鉸構造比較簡單，制造、安裝也較方便，應用普遍；圓錐鉸多用于大跨度（寬）露頂式弧形閘門上。

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2 水工金結閘門止水裝置介紹

止水裝置的作用是在閘門關閉后，堵塞閘門周邊的空隙防止漏水。閘門的止水裝置設置在閘門門葉上，以便于維修更換。止水也稱水封，它的主要作用是封堵閘門與門框之間的間隙以阻止漏水。止水的材料一般為橡膠，如果止水失效，閘門就會出現大量漏水，嚴重可導致埋件的汽蝕破壞，也是引起閘門振動的根源之一。

按止水裝置的設置位置有頂止水、側止水、底止水和節間止水。

按材質分有普通水封、橡塑復合水封、無節型橡塑復合水封、夾高強尼龍帆布水封、夾高強尼龍帆布橡塑復合水封、純塑料水封和金屬水封。

按型式分有常規水封、壓緊型水封、液壓伸縮水封。

3 水封粘結工藝及標準

橡膠水封熱粘合的操作工藝流程為：端部切平----銼毛----清洗----涂膠漿----模具預熱----加膠對接----加壓----加熱硫化---卸模。

a)端部切平——按圖紙所需的尺寸將端部切平，切除時要扣除加膠對接的厚度，長度以取負公差為宜。

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b)銼毛——這道工序不僅能去掉接頭部位表面的污漬，更主要的是能成倍地增加接頭部的面接觸，因此要格外認真。

c)膠漿制作——首先用剪刀將膠料剪成碎片，放在容器內，然后用汽油或苯作溶劑，按照“膠料：溶劑”為(20—30)：(80—70)的比例混合，經過一定時間的膨脹，充分攪拌成漿糊狀。如果膠漿太濃可加溶劑攪拌稀釋；如果膠漿太稀，可在涂刷時多刷兩遍。在時間緊，接頭數不多時不必專門配制膠漿，可采取下述簡易獲取膠漿法。將一塊對接用的膠料放在一凹處或敞口容器內，上面倒少許溶劑，用漆刷旋轉磨擦2---3分鐘，即可得到所需的膠漿。

d)涂膠漿——涂膠漿的目的是浸潤接頭部位表面，增加其接觸面的活性，以期獲得良好的接頭效果。涂膠漿一般涂刷兩遍，每涂一遍要充分涼干，涼干的時間根據氣候，溫度和通風條件而定，一般為10分鐘即可，這時接頭部位切忌沾水。

e)對接與加壓——進行對接時，要將對接用的膠片剪成需要對接的水封斷面形狀，周圍略放大3mm---4mm，然后將剪好的膠片放在兩根需要對接的水封中間，兩頭用力向中心頂緊，以防缺膠或海棉的情況發生，再合模并用夾具夾牢，用緊螺栓的辦法加壓。如用千斤頂的辦法則應事先做好框架。

f)加熱硫化——加熱的熱源可根據實際條件，采用電爐，噴燈，氧氣乙炔烤槍等一切可以產生熱源的方法。加熱溫度一般控制在130℃-160℃。有條件的地方用蒸汽熱板加熱，飽和蒸汽壓力一般控制在0.5Mpa左右。測試溫度可用數字式溫度計或表式溫度計。另外，觀察溫度還可以采用下述方法。由于用火直接加熱升溫快，且溫度不易控制，可用在加熱的模具上灑冷水的方法觀察溫度。 當模具加熱5分鐘后(可根據模具大小適當控制時間)，用漆刷蘸一點冷水灑在模具上，如果模具表面的水慢慢地由外緣向中心蒸發掉，說明溫度還不夠，需要繼續加熱。以后每隔二分鐘用灑水的方法觀察一次，若水一灑上很快就干，說明溫度可以了，則停止加熱，待硫化反應15分鐘后再加熱一次，最后硫化反應15分鐘后卸模。冬天露天作業時要加熱三次時間也要適當延長。加熱時切忌模具溫度過高，因為溫度太高會使橡膠水封表面碳化，卸模時橡膠水封接頭部位表面發粘,

呈糊狀。當水灑在模具上，小水珠在模具上直跳，說明溫度太高，需要即時停止加溫，并迅速用澆冷水的辦法降溫。

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g)硫化時間——可根據模具的大小，橡膠水封的外形尺寸和加熱的溫度靈活掌握。伸縮縫用的橋形橡膠制品一般硫化30分鐘；P60的橡膠水封控制在50 分鐘。另外，橡膠水封的熱接頭最好在低溫130℃-150℃長時間下進行，這樣即使出現一些接頭質量上的問題還可以補救。

4 參考資料

[1]水工機械檢修[M]．北京：中國電力出版社，2003．

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