水管体制改革后新技术在基层单位的发展及应用——以卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置为例

董友龙 王彦法 董超 秦景河

水管体制改革后新技术在基层单位的发展及应用
——以卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置为例

董友龙 王彦法 董超 秦景河

水管体制改革十年来，水利工程外貌发生天翻地覆的变化，工程管理水平日新月异逐步提升，自主创新能力不断提高，骄人成绩的取得主要得益于水管体制改革理顺了管理体制、稳定了经费保障、优化了人员结构。十年来，刘家道口水利枢纽管理局鼓励创新、大胆创新，激励创新、推广创新，科技创新工作逐渐成为单位事业发展的源动力和助推剂。在创新之路中刘家道口局领导重视、上下联动、齐抓共管，不仅助推单位取得了一系列骄人的成绩，而且使创新成果及时转化为科学管理的新工艺，极大促进了沂沭泗水利事业规范化、科学化、制度化管理工作的开展。

一、水闸工程管理现状

目前，我国大部分特别是中小型水闸所处外部环境较差，卷扬式启闭机的早期管理方式比较粗放，有的没有启闭机房，有启闭机房的提升孔不封闭，仍然与外界相通，总体上属于裸露式粗放型管理模式。启闭设备运行环境差，设备故障多，维修频率高。水管体制改革以来，水利工程规范化管理的发展，对水利工程设施管理和维护的要求也在逐步提高。随着科学技术迅猛发展、精细化管理、现代化管理大力推进，大量先进管理设备和技术在水闸上得到了广泛应用，现地控制单元的电器元件、遥测设备、监控设备等精密仪器，极易受到温度、湿度、灰尘和鸟虫粪便的影响，引发线路短路、设备失效和金属结构锈蚀，因此对卷扬启闭机的运行环境要求越来越高，设备管理对环境要求越来越高。

近年来，通过了解多家卷扬式启闭机的管理现状，发现目前卷扬启闭机的提升孔大都使用普通木材作为盖板，上面覆盖一层橡胶制品，开启时需要把橡胶制品撤掉，启闭机才能正常启闭。这种方式存在一定的缺陷和不足，主要表现为：不封闭、不可视、安装维护不方便、结构不美观等诸多问题，严重影响了水闸管理水平的提高。为解决上述问题，提高管理现代化水平，建设方和管理方都不断创新思维，发明了很多提升孔密封技术，如齿形橡胶式提升孔技术、平行毛刷式提升孔技术等，但是，以上技术都无法完全实现密封、可视、可调的基本管理要求。

二、创新研发目的及方案

为了彻底解决上述问题，卷扬式启闭机提升孔既要满足启闭机正常启闭运行要求，又要具有良好密封性、可视性、可调性等特点。在确立了初步的设计思路后，我局立即开展相关软件模拟和试验。

根据卷扬启闭机的构造和实际工作环境，仔细设计和选材，通过对设计、材料和可行性进行反复试验、改进和论证，研制出卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置。该装置既可以实现适应任意开度要求，又能满足可视、可控、可调，并且具有密封性好、无损伤等特点，并有适应性强、安全可靠、实用性强和性价比高等良好技术特征。

1.工作原理

卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置的工作原理是利用闸门启闭时，钢丝绳绕卷筒运动产生侧向压力来带动透视板在安装好的水平滑动轨道内左右滑动。随着闸门不断提升和下落，透视板互交水平滑动，达到自适应任意开度的目的。

2.基本构造

卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置基本构造由透视板、水平滑动轨道、伸缩挡尘板、柔性密封圈、密封条和盖板组成（见图1）。

图1　卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置构造图

3.设计理念及材料比选

卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置采用多层互交滑动透视式的设计理念，在满足使用要求的基础上主要考虑盖板、水平滑动轨道材质和透视板的质量和性价比，使该装置在使用过程中更合理、更实用、更耐用。

盖板的选材对钢板和木材进行比较，卷扬启闭机都安装在水闸上，空气湿度大，易导致钢板底部锈蚀，针对前期钢质盖板在短时间内有局部锈蚀现象和安装不便等因素，反复对比后择优选择厚松木防腐板。

图2　卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置主视图

图3　卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置俯视图

表1　经济效益分析

透视板的水平滑动轨道选用具有塑性较高的铝合金型材，抗腐蚀性能好，且易于加工。透视板则选择重量轻、具有极佳透明度、优良耐候性的有机玻璃，其工作参数均优于石英玻璃。

4.设计参数确定及制作过程

首先将已处理好的松木防腐板固定在卷扬启闭机的底座上，为了保证盖板的稳定性和拆卸维护的方便，采用螺栓固定方式，盖板尺寸与提升孔的尺寸相匹配。

其次根据启闭机的卷筒和钢丝绳的运行范围，确定透视板水平滑动轨道长度，以双吊点卷扬启闭机为例，在透视板水平滑动轨道上设计三层运动卡槽，自上而下编号1、2、3，厚度分别为H1、H2、H3。测量出闸门在全关状态下，两钢丝绳之间的距离（定义为L1）和钢丝绳与卷筒两端边缘的长度（定义为L2），测量闸门在全开状态下，两钢丝绳之间的距离（定义为L3。为了便于启闭人员观测闸门的运行状态，留取一定的观测宽度D1。

再次根据提升孔的尺寸，将已做好的水平滑动轨道（长度为L1+2×L2）固定在盖板上，并在钢丝绳的两端设长度为L2的透视板，内置于卡槽1和卡槽2两端。闸门全关状态下，确定钢丝绳贯穿透视板的位置，在透视板此处开略比钢丝绳直径大的半圆槽，在透视板和底座连接处安装可伸缩的挡尘板，一端与底座无缝隙螺栓连接，另一端与透视板L2无缝隙连接。

然后透视板分三层制作。最底层卡槽3的中间位置安装一块长度为L3的透视板，L3固定不动。在卡槽1和卡槽2中各安装一个长度为略大于（L1-L3）/2的透视板，闸门全关状态下，确定钢丝绳贯穿透视板的位置，在透视板此处开略比钢丝绳直径大的半圆槽，与已安装好的透视板牢固胶合在一起。所有的透视板横断面和开设的圆槽断面处要做防划伤、防尘处理。

最后密封装置的制作安装。在透视板和底座间加可伸缩挡尘板，在L1的外侧端与盖板处增设滚筒式可伸缩装置，用透明软玻璃将可伸缩装置和有机玻璃板胶合连接；在钢丝绳和透视板接触处设柔性密封圈，在密封圈的表面做倒圆处理，保证能够承受钢丝绳足够大的侧向压力；在透视板和运动卡槽处增设防水背胶毛条，并在L1与L3相交位置的H2处，安装横向防水背胶毛条。

三、经济、社会效益分析和对科技进步的意义

1.经济效益分析

截至目前，已制作安装了三座水闸共计50孔卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置，运行效果良好，从根本上解决了卷扬启闭机提升孔管理中的关键问题，技术回报率高，在水闸工程规范化管理中起到了重要作用。

2013年初和2013年底，为推广该技术，在彭家道口分洪闸、李公河防倒漾闸和李庄闸各制作安装了该装置。从经济效益角度粗略估算，以彭家道口分洪闸为例，装置应用后，启闭机房形成了封闭的环境，有利于减少金属构件腐蚀和保持启闭机房整洁，大大减轻了维修养护工作量，经济效益显著。

彭家道口分洪闸隶属于刘家道口水利枢纽管理局，闸室总净宽213.4m，单孔净宽10.0m，共19孔。

经济效益主要表现为减轻维修养护工作量带来的经济效益（见表1）。

说明：（1）数据来源于维修养护设计方案。

（2）提升孔改造后，启闭机日常维护频次由原来的每天减为每周一、三、五；启闭机锈蚀率明显减少，由原来的11.6%减为2.4%；启闭机房维修养护面积亦明显减少。

通过彭家道口分洪闸经济效益分析，提升孔改造产生的经济效益随着规模的增大而越明显，平均单孔的年经济效益在6000～6600元。

2.社会效益分析

卷扬启闭机提升孔多层滑动式密封装置的应用同时带来的管理效益和社会效益是无法用经费估算的，对管理单位形象提升有较大促进作用，对启闭机产业技术革新特别是在水利上的技术应用起到了重大的引导和带动作用。从水利行业来说，该装置的推广应用极大提高了启闭机管理维护水平，对水利单位技术革新起到了极好的示范引导作用。水利部、淮委、沂沭泗局等领导视察彭家道口分洪闸时，都多次肯定该装置的研发和应用；其他水利工程管理单位来参观考察时，也都对该装置赞不绝口。在刘家道口水利枢纽管理局创建国家级水管单位验收过程中，该装置得到全国评审专家的一致好评，评审专家提议将该装置在全国水闸管理单位中推广应用。

四、结语

研发成果的应用极大地改善了水闸启闭机房运行管理环境，推动了工程管理规范化、科学化、精细化，发挥了较好的经济、社会、环境效益。该成果于2015年成功获得淮委科学技术二等奖，并获国家知识产权局实用新型专利。刘家道口水利枢纽管理局将以水管体制改革这一有利契机，积极践行可持续发展治水思路，开拓进取，扎实工作，再谱水管新篇章

（作者单位：刘家道口水利枢纽管理局276004）