垂直提升开启闸门的技术发展趋势研究

马腾蛟

摘 要：直立式闸门结构简单、施工及维护方便，该型闸门已在水利工程中得到广泛运用。随着近年来对水利工程景观化和智能化的要求不断提高，传统的直立式闸门得到了较快发展。通过对垂直提升开启闸门的材料、启闭机和结构形式3个方面技术发展的梳理，研究了垂直替身开启闸门的技术发展趋势，介绍了新技术在垂直提升开启闸门中的运用情况。

关键词：垂直提闸门；启闭机；闸门结构；水利工程

中图分类号：TV663 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.028

垂直提升的闸门结构简单，闸室结构施工和维护方便，在水利工程中得到了广泛的运用，分析闸门结构受力情况可知，其启动和关闭与竖直方向的受力有关，而闸门的重力与闸门的材料息息相关，克服重力所需的提升力则与启闭设备密切相关，因此，近年来垂直提升闸门的技术发展除了闸门构造以外，还与闸门材料和启闭机的发展息息相关。

1 闸门材料的发展

垂直提升式的闸门具备悠久的历史，最早可追溯到公元前598—公元前591年，楚令尹孙叔敖在今安徽省寿县建芍陂灌区时，即设5个闸门引水，即为最简单的上、下提升闸板闸门。随着材料技术的不断发展，闸门材料由木板、石板逐渐发展为混凝土闸门。20世纪70年代，波浪形钢丝网水泥面板闸门得到了广泛推广，其能提高惯性矩，承受较大的弯矩，但该种闸门为了减轻质量，砂浆保护层太薄，易使钢丝网锈蚀、耐久性差，现已较少使用。现代的水工闸门多为金属结构，20世纪80年代初，国内开始推广铸铁闸门。铸铁闸门具有耐腐蚀性，可在pH为6～8的流体酸碱中使用，止水效果好，安装简单，使用寿命长。但铸铁闸门在长期关闭状态或不经常开启时易发生锈蚀、锈死现象，造成闸门打不开，启闭设备不能正常运行直至损坏等问题，鉴于此，河南禹王水工机械有限公司研发了一种铸铁镶不锈钢闸门，通过在铸铁闸框外表面上镶嵌不锈钢止水带的方法减少了铸铁闸门的锈蚀。

此外，陈争军在总结铸铁闸门在水利工程中的应用时也指出，铸铁闸板可加装止铜、尼龙材料水密封条形成镶铜、尼龙闸门。然而，铸铁闸门较为笨重，铸铁材料抗弯强度较低，所以，在面对现代大跨度大开度水闸时不适用，而钢闸门正好弥补了这一缺点，钢闸门强度高、抗弯能力强，但防腐蚀效果差。因此，新型材料的运用迫在眉睫。2003年，天津市水利局研发完成了新型无金属水工闸门，该闸门采用FRP材料，具有强度高、质量小、制造工艺简单等特点。如图1所示，闸门门板材料的研究路程呈现出从非金属到金属再到复合材料的总体趋势，这与多数工程领域的材料发展状况相符合。

2 闸门启闭机的发展

水工闸门，尤其是垂直提升闸门，启闭机在闸门开启闭合的过程中起着举足轻重的作用。随着高坝的兴建，大型水利枢纽的建造，闸门无论是在跨度、高度和水头方面都有明显的增大，这就对启闭设备的启闭能力和安全性提出了更高的要求。

螺杆式启闭机是较早出现的启闭机类型，具有结构简单、造价低廉以及操作方便等优点，其缺点是启闭力不能太大、速度较低、行程受限制。因此，在启闭机发展过程中，为了提高启闭能力，增大启闭行程，卷扬式启闭机应运而生，然而，卷扬式启闭机也有其缺点，其最主要的缺点是不能产生下压力，自重相对较大，尤其是大容量的固定卷扬式启闭机更是如此。鉴于此，结合了螺杆式启闭机和卷扬式启闭机优点的液压式启闭机得到了长足发展，液压启闭机具有传动效率高、运行平稳、启闭容量大、结构紧凑及用钢量少等优点，特别是它具有布置简单、适应性强、体积小、附属土建简单的优点得到了日益广泛的应用。随着水利信息化和自动化技术的普及，启闭机推陈出新，现有新型启闭机多基于上述3种类型的启闭机而发展，与探测器、自动化控制电路配合，形成了新型自动化启闭机，对闸门开启及开度都有精确化、自动化的改进。启闭机改进路线如图2所示。

3 闸门构造形式的发展

直升式闸门结构简单、维修方便，但其启闭设备一般置于闸门上方，需要搁置建筑，比如排架等与之配套。其净空高受到限制，如果闸门深度较大，则排架需要非常高，严重影响了闸门的安全，同时，较高的排架会与周边环境不匹配，影响环境美观。然而，该型闸门也有不可避免的缺点，即为了将闸门升起后翻转，闸门需采用曲线轨道，导致检修、安装和维护不便，施工精度要求高，施工复杂。近年来，隨着启闭技术的发展，既可转动，又可升降的升卧式翻板闸门得到了广泛的研究和关注。广东省水利电力勘测设计研究院研发的升卧式翻板闸门即可提升直立，又可平卧于闸底板和闸墩顶；协和制作所株式会社研发的方案则是通过沿闸门竖直方向设置双吊点，实现闸门的提升和翻转，从而摒弃了复杂的曲线轨道。

上述既可转动又可升降的升卧式翻板闸门虽然简化了闸门运行轨道，但对启闭机的构造或同步性提出了更高的要求，为了使建筑结构与启闭系统均简化，双扉门结构得到了广泛发展，最初的双扉门构造为需要2台启闭机，分别控制上、下扉闸门的升降。

上、下扉闸门分别在各自独立的门槽内运行，即需要2套门槽结构，两扉间的止水安装在上扉下部的止水梁。由于需要2套启闭机，增加了机架桥的荷载，使机架桥和排架断面加大，机架桥的布置繁杂，为了进一步简化结构，山东省水利勘测设计院对这一传统的双扉门结构进行了改进，研发了异型门槽双扉门，该型闸门仅有1个门槽，门槽上段宽，下段窄，进一步简化了上部结构。

4 结束语

垂直提升的闸门技术成熟、结构简单、可靠性高，因此，该型闸门在水利工程中得到了广泛研究和应用，其技术发展路线如图3所示。

参考文献

[1]李晓明.水闸施工管理问题探析[J].中国水运（下半月），2011（11）.

[2]陈争军.水利工程中铸铁闸门的选择应用[J].陕西水利，2015（08）.

[3]王蓓.新型水闸在水利工程中的应用研究[D].济南：山东大学，2011.

〔编辑：张思楠〕