陡河水库输水洞工作闸门启闭机检测分析

赵鹏云

（唐山市陡河水库管理处 063021）

1 基本情况

陡河水库位于唐山市东北15km的陡河上游，是一座以防洪为主、兼有供唐山市区生活用水及下游工农业生产用水等综合利用的大型水利枢纽工程。水库总库容5.152亿m3，设计洪水位40.3m，校核洪水位43.4m。水库工程1956年10月竣工。初建时枢纽工程主要由拦河坝和输水洞两项工程组成。输水洞在拦河坝左端的凤山脚下，全长640m。进水塔设两个宽1.75m、高3m的长方形进水洞口，底高程22.54m，由两扇平面定轮钢闸门和两台启闭机控制。闸门尺寸2.55m×3.2m（宽×高），启闭机为两台2×20t固定式卷扬机。每扇工作闸门前均设有检修闸门。建库以来，陡河水库输水洞工作闸门的启闭机已使用了51年，近年来，随着工农业的飞速发展和市区环境用水的增加，闸门启闭越来越频繁，为了解启闭机的运行状态，确保工程安全运行，2008年1月，管理处对启闭机的启闭力及运行状况进行了安全检测。

2 启闭力检测结果与分析

2.1 检测设备

闸门在开启过程中的启闭力是不断变化的，因此，启闭力检测应对启闭全过程的启闭力进行采集，以确定闸门的实测最大启闭力。根据启闭力的这一特性，采用自行研制开发的动态信号测试系统进行启闭力检测。动态信号测试系统由信号传感器、动态应变仪（YD—28）、数据采集卡（HY1232）、笔记本微机和打印机组成（见下图）。

动态信号测试系统框图

2.2 检测工况

检测时，闸门上游水位32.45m，下游无水，闸门作用水头9.91m。闸门全关挡水时检测系统调零，受现场条件的限制，闸门不能全开度启闭，最大启门高度约为0.5m。因此，在实测水位下，闸门从全关状态至0.5m，再至全关状态为一次检测过程。每一检测过程重复进行3次。

2.3 检测结果与分析

两扇闸门启闭力实测值列于表1。由表1所列检测结果可见：

a.右闸门实测最大启闭力为18.488tf，左闸门实测最大启闭力为17.092tf。

b.闸门两侧吊点启吊力相差不多，说明闸门受力均衡，两侧吊点基本同步。

c.闸门启闭力的3次检测结果基本接近，说明检测系统可靠，检测成果真实可信。

3 设计和校核水位下最大启闭力的计算分析

启闭力检测时，闸门上游水位32.45m，闸门作用水头仅9.91m，因此，必须根据实测启闭力推算设计水位和校核水位下的最大启闭力。由于实测启门力大于闭门力和持住力，因此，仅需对最大启门力进行分析计算。

表1 两扇闸门启闭力实测值

3.1 计算分析方法

平面闸门启门力计算公式为

式中FQ——闸门启门力，tf；

nT——摩阻力安全系数，取nT＝1.0；

Px——下吸力，取Px＝0；

G——闸门自重；

Gj——加重块重量，取Gj＝0；

Ws——作用在闸门上的水柱压力，Ws＝0；

Tzd——滑动轴承的滚轮摩阻力

Tzs——止水摩阻力，Tzs＝f3Pzs；

P，Pzs——作用在闸门和止水上的水压力；

R，r——滚轮和滚轮轴半径；

f1，f3——滑动摩阻系数；

f2——滚动摩擦力臂。

受现场检测条件的限制，我们只能获得实测水位下的启门力而无法获得多个水位下的启门力，但在启门力计算公式中有f1、f2、f3三个摩阻系数未知，因此，要直接利用启门力计算公式求得闸门的摩擦系数是不可能的。为此，我们采取近似的方法，将闸门滚轮摩阻力、止水摩阻力等归并为混合摩阻力，并以混合摩擦系数fH来代替滚轮、止水等部分的摩擦系数。再利用启门力计算公式，计算闸门在设计水位和校核水位下的启门力。

3.2 计算结果与分析

由于启闭力3次检测结果基本接近，以实测值相对较大的第3次测值为准进行计算。

在设计水位（40.3m）和校核水位（43.4m）下，闸门最大启门力的计算结果见表2。

表2 最大启门力计算成果

由表2可见，在设计和校核水位下，两扇闸门的最大启门力均未超过启闭机的额定启闭力40t，表明输水洞工作闸门启闭机在设计和校核水位下没有超载现象发生。

4 输水洞工作闸门启闭机运行状况检查

4.1 启闭机外观检查

输水洞工作闸门启闭机已运行了51年，由于管理措施得当、规章制度齐全、严格按操作规程运行，启闭机的外观形态完好，机架无变形和损伤，卷筒表面、幅板、轮缘无裂纹及损伤，钢丝绳在卷筒上固定牢靠，压板、螺栓齐全，开式齿轮齿面润滑良好，无严重磨损和锈蚀，齿轮啮合良好，转动平稳，无冲击声及异常噪声，减速箱密封良好，无渗漏。制动器工作准确可靠，动作灵活。启闭机附属设施完善。

4.2 启闭机电机参数检测

检测内容包括电机绝缘电阻、电机电流和电压、电机转速，电机电流、电压、转速与启闭力检测同步进行。电机绝缘电阻的检测结果见表3，启闭机电机参数检测结果见表4。

从表3、表4的检测数据可见：

a.电机的绝缘电阻均符合《起重机械安全规程》（GB6067—85）的要求。

b.电机的电流、电压和转速均符合运行要求。

5 结语

闸门运行多年后，由于闸门支承装置和止水装置的变形、损坏等原因，闸门启闭时的摩阻力变大，启闭机的

表3 电机绝缘电阻检测结果单位：MΩ

表4 启闭机电机参数检测结果

启闭力将会增加，从而容易引起启闭机超载，造成启闭机失事。陡河水库通过实测得出正常水位下输水洞工作闸门的启闭力，通过反演计算求出的设计水位和校核水位下的启闭力，均小于启闭机的额定启闭力。在启闭力检测的同时对启闭机电机电流、电压、转速进行检测，检测结果表明电机参数符合运行要求。输水洞工作闸门的启闭机是安全的，仍可继续使用。2008年输水洞工作闸门的启闭机启闭40次，闸门启闭灵活，运行平衡。通过全面的检测，为领导决策提供了科学依据，避免了盲目更换闸门启闭机，提高了经济效益。