南水北调淇河退水平面闸门运行故障分析与处理

吴志强

（南水北调中线局河南分局鹤壁管理处，河南鹤壁458030）

1 引言

南水北调中线干线工程退水闸的功能是保证建筑物和渠道安全而退泄渠水，工作闸门实现上述退水闸的功能，并在汛期挡堤外河水。退水闸工作闸门主要形式是平面闸门，平面闸门按止水形式可分为双向止水平面闸门和开放式单向止水闸门。闸门全部水平载荷通过主支承行走传达到轨道上，考虑到闸门工作环境恶劣，每年运用次数少，支承部件维护对水质的污染等因素，南水北调平面闸门基本上都采用滚轮式支承，滚轮式支承的轴承采用自润滑滑动轴承。

淇河退水闸采用潜孔式平板滚动焊接钢闸门，门叶结构采用多主横梁同层布置，单吊点，闸门行走支承选用8套悬臂滚轮，轴承选用无油润滑滑动轴承。滚轮轴套采用MGB工程塑料。止水选用双向止水，闸门门叶前后均布置止水橡皮，顶、侧止水采用P型复合止水橡皮，底止水采用刀型止水橡皮。每扇闸门自重38t。

由于闸室孔口为半开放式，闸门与建筑结构之间空间有限。闸门安装采用现场拼装焊接施工，闸门安装到位后如要提出门槽，需要对闸门结构进行切割。闸门投入运行后，发现闸门密封有缺陷，闸门漏水的问题较为突出。经现场检查发现造成闸门漏水的主要原因，一是闸门下落过程中阻力大，关闭过程不畅，闸门经常发生关门不到位的情况；二是闸门的底水封安装有缺陷，密封功能不满足。针对漏水问题，首先是采取更换闸门水封，当更换完水封后，仍出现闸门不定期漏水情况。现场分析认为，闸门关闭到位漏水现象消失，如出现不到位情况，闸门漏水依然存在，需要对闸门运行工况进行维修。

2 缺陷故障分析及处理

2.1 问题描述

淇河退水闸工作闸门关闭动力是靠闸门自重，闸门自重38吨，正常情况下闸门在动水工况下关闭应顺利到位。但实际操作闸门关闭过程中发现闸门存在卡顿现象，通过观察闸门荷重仪发现，在动水工况下闸门下落至距底水封有1m时，多次出现荷重仪数字发生突变趋于0载荷，然后瞬时载荷值恢复正常。

2.2 问题分析

2.2.1 闸门增加自重克服动水阻力

在过水动态工况下，闸门关闭过程中，水流流速会随过流截面面积减小而增大，当流速增大到一定极值后会逐步减小至完全截留。按照伯努利原理描述，当流速大时，压强小，压力也会变小，导致浮力也发生变化。据此理论分析，可能当闸门关闭到1m以下时，除了水压力外，水流上部流速明显加快，造成底部与水面流速产生压力差，对闸门形成托举力最大，闸门本身重量可能与动水产生的托举力瞬间产生平衡，造成闸门卡顿现象发生。

图1 伯努利原理图

2.2.2 闸门本身故障产生额外的阻力影响闸门下落

淇河退水工作闸门配备定向轮四组共8个悬臂式滚轮，每个滚轮直径为0.35m，采用自润滑MGB工程塑料制成的滑动轴套，轴套与轴设计间隙为0.1mm。现场检查发现每个滚轮在人工测试下均不能正常转动，基本处于抱死状态。

闸门设计工况是滚轮在门槽中应该为滚动摩擦状态，而实际工况滚轮与轨道成了滑动摩擦状态，与原设计工况不符。由于滚动摩擦变为滑动摩擦，增加了闸门下滑时的阻力。当闸门下落自底部1m以下时，水流力在闸门底部产生的顺流推力加大，使闸门处于微倾斜的受力不均衡状态，这时滑动摩擦力就会增大，使闸门下落受阻。

3 处理方案

3.1 在闸门下游侧安装配重，增加闸门自重

经与设计沟通，闸门启闭力为800kN，闸门自重可换算为380kN，考虑动水启闭情况下，复核闸门启闭机的启闭力及建筑物的承重能力后，设计对平面闸门增加了配重块50kN，配重块固定在闸门中间横梁结构内，经现场测试增加配重后，闸门动水关闭中卡顿现象减少，但仍未彻底解决该问题。

3.2 维修滚轮将滑动摩擦工况修复为滑动摩擦工况

对滚轮与悬臂滚轮轴进行检查发现，该工作闸门滚轮及轮轴存在的主要问题：一是滚轮表面锈蚀较重，轮面出现鼓泡点蚀最深有10mm，如对锈蚀进行修复需要机加工处理；二是轮毂与轴套明显有锈迹存在；三是滚轮轴承原设计为自润滑轴套，轮轴与轴套之间配合间隙0.1mm。现场由于四季温差大，轴套与轴的膨胀系数不同，设计间隙可能会造成轴套与轴抱死。

要解决轴套抱死问题必须更换滚轮轴套，结合现场工况环境和维护经验，轴套与轴的间隙由0.1mm变更为0.15mm，即使温差变化也不会产生抱死现象，并且不影响滚轮的运行，造成轴套漏水情况。

经过更换滚轮轴套并加大滑动间隙后，现场测试闸门关闭已无卡顿现象发生，闸门荷重仪数据反应连续无跳变，闸门可顺利关闭到位。

4 更换轴套过程中其他问题的处理

4.1 问题描述

淇河退水闸闸站为半开放式闸站，闸门是分节放入门槽后现场焊接安装的。闸门左右滚轮外端面与建筑物承重墙间隔只有0.3m，滚轮轴长为0.5m，闸门检修平台上下游各有0.5m宽。现场维修存在三个问题，一是无法将闸门全部提出门槽，而闸门与建筑物之间的间隙小于滚轮轴长，不能无损取出滚轮机构；二是检修平台维修空间只能容纳1人施工，机械辅助工具不能使用；三是每个滚轮与轮轴质量有200kg以上，拆卸必须用起吊设备，但现场无空闲场地配备移动式起吊设备。

4.2 处理方案

①滚轮与轮轴抱死无法正常拆卸，必须采取破坏性切割滚轮轴的方式拆卸。

②滚轮表面已经锈蚀，机加工修复后直径将小于设计要求，现场施工场地有限，需人力采用5磅铁锤两侧同时敲击拆卸滚轮，滚轮不再保留。

③重新设计滚轮轴，解决闸门与建筑物之间距离小于滚轮轴长的问题。经与技术人员讨论，设计出分段式滚轮轴取代原整体滚轮轴，悬臂式滚轮轴分为两节，中间采用盲孔式螺纹连接，轴上设有辅助孔，便于轴螺纹的连接，要求其他尺寸与原设计保持一致，保证悬臂轴孔在正常工况下无漏水现象发生。

图2 分段式滚轮轴制造图

④在闸门左右门槽上方至闸孔外制作两个简易可移动式电动葫芦吊具，解决在狭窄空间搬运滚轮的难题。

简易可移动式电动葫芦吊具承重梁采用250mm的工字钢，支撑梁采用200mm的工字钢，电动葫芦为钢丝绳电动葫芦，工作级别M3，起升重量1吨，起升高度6m；支架现场焊接成“┏┳”型结构，用膨胀螺栓固定在工作平台和承重墙上，方便滚轮拆卸并能及时移出门槽。

通过上述方式的实施，圆满解决了闸门与建筑物之间距离小于滚轮轴长、滚轮人工拆卸搬运劳动强度大、轴套间隙与环境温差不匹配等问题，使得退水闸工作闸门因闸门自重及滚轮抱死原因造成的下落卡顿，闸门关闭不到位的问题得到圆满解决。