常闭式液压伸缩止水装置设计

管华明

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088)

塘西河河口闸站枢纽工程位于合肥市滨湖新区中心区域，肩负合肥市城市防洪、蓄水、泄水、排洪等重任，建筑物等级I级。根据规划设计条件，工程的功能有巢湖水位低时拦蓄河水，保持湿地生态水位；巢湖水位高于内河防洪水位时，关闸拦洪；内河洪水位高于巢湖水位时，开闸泄洪；当巢湖水位高于内河防洪水位河水不能自排时，配套的排涝泵站可进行抽排，防止内涝。结合工程功能及周边景观要求，闸门采用新型立轴式双向旋转闸门，闸门直径50m，门高9m，具有大门开启泄洪、小门调节景观水位的双向挡/泄水功能，是集水利工程功能化、景观化、生态化为一体的新门型，属国内外首创。闸门平面布置如图1所示(上方为上游塘西河侧，下方为下游巢湖侧)。

图1 闸门平面布置图

由于闸门上部被建筑结构覆盖，无法采用插拔式止水。因此止水装置采用何种解决方案成了设计难点之一。

1 背景技术

止水装置是水工闸门的重要部件之一，用以封堵闸门门体与埋件止水面之间因相对运动时所留出的配合间隙，使闸门门体在封闭水工建筑物的孔口时无漏水现象或使渗漏量减至最少。为适应闸门及埋件止水座面的制造、安装误差，通常闸门止水橡皮都预留3～5mm可压缩量，在水压力作用下止水橡皮产生压缩变形，方可使之与止水面密封严实，从而达到理想止水效果。

因工程布置需要闸门止水需设置在高水位一侧时，则闸门上的水压力无法作用于止水橡皮，其与水座面之间的配合过盈量只有通过给定外力，强制使止水橡皮发生压缩变形来实现，也就是通常概念中的“预压式前止水”。闸门每一次开启、关闭均为完成因止水橡皮强制压缩变形产生的摩阻力。过大的压缩摩阻力不仅使得闸门运行过程中启闭机容量发生急剧增大，而极易造成闸门运行时发生剧烈震动、卡阻，同时也将加速止水橡皮磨损，从而大大缩短了闸门的大修周期。

2 常闭式液压伸缩止水装置设计方案

根据本工程闸门特点，闸门止水装置采用了新型常闭式液压伸缩止水设计方案，包括液压机构、止水座机构、密封滑动机构和止水导向槽。结构如图2所示。

图2 常闭式液压伸缩水止装置结构及系统图(油缸伸出水止抵紧止水座状态)

液压机构包括依次连接的液压泵、单向阀、液压蓄能器、减压阀和三个液压伸缩油缸，减压阀的出口通过液压管道连通着一个以上的液压油缸。减压阀将蓄能器高压油转换成油缸工作油压；单向阀在液压泵不工作期间，将液压回路闭锁，防止蓄能器泄压。

止水导向槽为槽钢状，且沿轴向固定安装在上游门叶(图1中件号1)或下游门叶(图1中件号2)的外侧面；三个液压油缸固定连接着止水导向槽，液压油缸的活塞杆伸至水止导向槽内。

在密封滑动机构中，滑动支座采用焊接工字钢，Ω型条状止水橡皮通过两块压板固定在滑动支座的一侧端面上。止水橡皮长度方向两侧的压板上分别设有垂直于压板的行程限位块，其高度小于止水橡皮的直径。当闸门止水与埋件止水面密封严实时，行程限位块控制油缸不再外伸，防止闸门止水压坏。滑动支座的另一侧端面通过密封件压板连接着三个液压油缸的活塞杆，侧端面和密封件压板之间设有条状的滑动支座密封件。液压油缸驱动密封滑动机构实现往复移动。

止水座机构包括止水座板和止水埋件。止水座板为焊接工字钢，其一侧面为内端面，另一侧外端面和止水橡皮对应配合。在三个液压油缸同步的驱动下，当止水座板的外端面和止水橡皮压紧配合时为止水密封状态，当止水座板的外端面和止水橡皮脱离时为解除密封状态。止水埋件采用焊接工字钢，其一侧端面连接着止水座板的内端面，且二者之间设有止水埋件密封件；另一侧端面通过一期插筋、连接板和连接锚栓固定安装于止水混凝土基础内。

3 实现的功能

该止水装置可实现：当闸门将启、闭运行时，操作液压顶伸油缸使闸门止水橡皮沿导轨回缩20mm，使止水橡皮与埋件止水面不发生接触，如图3所示，闸门运行无须克服因止水橡皮强制压缩变形产生的摩阻力；当闸门进入封堵孔口指定位置时，操作液压顶伸油缸使闸门止水橡皮沿导轨伸出20mm，使止水橡皮与埋件止水面产生压缩变形而确保密封严实；当止水橡皮压紧后，在行程限位装置和液压顶伸油缸工作油压限压的双重作用下，油缸停止运动并维持工作压力(限压3MPa)，使闸门止水始终处于压紧状态。

图3 油缸缩回止水脱离止水座板

当闸门在防洪、蓄水时处于长期挡水状态，液压油缸则处于长期工作状态，当油缸因系统泄漏而失压，止水橡皮将会缓慢地脱离止水面，导致闸门发生泄漏。为维持油缸工作压力则需要频繁地启动液压泵补压。“常闭式液压顶伸闸门止水装置”设置了一套液压蓄能器，一次性将蓄能器压力提高至12MPa，通过减压阀将输送至工作油缸回路压力长期维持在3MPa，时间可长达数月，当蓄能器压力低于油缸工作压力时，可启动液压泵对蓄能器补压。单向阀用于封闭回路，防止液压蓄能器因回流而泄压。

4 具体实施方式

本工程中常闭式液压伸缩止水装置具体实施过程为：以埋件止水座位置确定闸门止水在门体的相应位置，来满足闸室孔口止水要求；将导轨与闸门门体焊接，严格控制两导轨板间垂直度、平行度和平面度，并保证焊缝的密封性；再将3只伸缩液压缸分上、中、下通过螺栓连接固定于门体上，以便今后拆卸维修，连接面间设有止水密封件，防止高压水渗漏进门体；闸门止水橡皮与工字形止水座螺栓连接，以便于今后拆卸、更换橡皮，闸门止水橡皮底板两侧和工字形止水座密封件与导轨构成双层密封，以防止高压水渗漏进导轨内腔；工字形止水座底板与伸缩油缸活塞杆螺栓连接，油缸可带动闸门止水作伸、缩运动。

5 结语

常闭式液压伸缩止水装置新型设计方案主要优点如下：

(1)闸门运行时，伸缩油缸使闸门止水橡皮收回，无须克服因止水橡皮强制压缩变形产生的摩阻力。

(2)闸门进入指定位置时，伸缩油缸使止水橡皮伸出与埋件止水面产生压缩变形而确保密封严实。

(3)蓄能器可长期维持液压油缸的工作压力，确保止水密封严实。

(4)伸缩液压缸可拆卸、维修，止水橡皮可拆卸、更换。

本设计方案结构形式新颖独特，使闸门运行时无须克服因止水橡皮强制压缩变形产生的摩阻力，解决了强制性使止水橡皮发生压缩变形所造成的启闭机容量急增，闸门剧烈震动、卡阻，橡皮磨损等问题，已获得国家发明专利(专利号ZL201410438318.8)。