某泄洪深孔防射水装置试验性改造研究

董彦同，贺小平，于忠敏

(三峡水力发电厂，湖北 宜昌 443133)

0 引 言

泄水闸是水利枢纽安全运行的重要保证[1]，因此保证水利枢纽泄洪深孔的弧形闸门稳定运行极其重要。

弧形闸门的门楣止水防射水装置(防射流装置)的作用是保证闸门在全关或局部开启时，闸门顶部止水严密不产生射流现象[2]，从而防止门振以及闸门和门槽空蚀、锈蚀等现象的发生。闸门如果锈蚀严重还会导致闸门漏水，整体结构承受水压力的能力大大减弱，甚至引起闸门振动破坏[3]。

几种典型门楣防射水装置见图1所示，均是利用上游水压力使件4的止水橡胶压紧在弧门面板上，保证闸门开启时不漏水[2]，但这些结构的止水橡胶直接安装在胸墙上，仅靠橡胶自身的压缩补偿闸门向下游侧的挠性变形量，补偿量较小不能适应高水头大型闸门的需求。因此出现了补偿量较大的门楣防射水装置见图2所示，活动止水座板通过销轴绕胸墙固定点旋转使复合止水橡胶的活动范围变大，适应了闸门向下游侧的挠性变形，但其弹簧钢片下的密封腔承压面积无法调节，不能控制限位支撑轮与面板的接触力。近期也出现了采用两道水封的结构[4,5]，但没有综合考虑活动止水座承压面积的调节和活动止水座的限位。

1-门体；2-胸墙；3-门叶止水；4-胸墙止水(防射水装置)图1 几种典型门楣防射水装置Fig.1 Several typical examples of preventing water jet device

本文通过分析某泄洪深孔弧形闸门防射水装置存在的问题，提出改造措施，设计出一种背压可调式防射水装置，通过调整活动转铰止水座的承压面积，控制其所受水压力，保证其在闸门的运行水头范围内达到封水的目的，解决了原装置对弧形闸门面板破坏的问题。

1 某泄洪深孔门楣防射水装置存在的问题

某泄洪深孔现有的弧形闸门门楣止水防射水装置是在弹簧钢片上装复合橡胶密封，使其在库水压力的作用下压紧弧形闸门面板从而起到密封作用，为防止复合橡胶密封压紧力过大使其损坏，通过限位支承轮贴紧弧形闸门面板达到限位的目的，如图2所示原弧形闸门防射水装置。

1-复合止水橡胶；2-限位支撑轮；3-活动止水座板；4-弹簧钢片图2 原防射水装置结构Fig.2 The original structure of preventing water jet device

但是此装置存在如下缺点：

(1)防射水装置限位支承轮的补偿量无法适应弧形闸门水头变化产生的变形，活动转铰承压面积过大，无法通过自身结构使其改变，所受库水压力较大，使其压紧弧形闸门面板，而限位支承轮大部分锈蚀卡死，压损弧形闸门面板防腐涂层，导致弧形闸门面板局部防护失效。

(2)弧形闸门面板受损之后加速了其上的密封磨损，进而使其破坏。严重影响了弧形闸门门楣防射水装置的使用寿命，同时也影响了弧形闸门面板的使用寿命，增加了弧形闸门运行过程中的危险性。

2 改造方向及措施

2.1 改造需考虑的问题

针对目前某泄洪深孔弧形闸门门楣止水防射水装置存在的问题，结合现场埋件布置情况和施工需要，着重从以下几方面考虑进行改造：

(1)减小活动转铰所受水压力。由于活动转铰承压面积较大导致其所受库水压力较大，使其压紧面板，而限位支承轮锈蚀卡死，压损弧门面板防腐涂层。因此需从结构上进行改善，减小活动转铰所受水压力。

(2)选用其他方式的限位结构。由于限位支承轮压损弧门面板防腐涂层，导致弧门面板局部防护失效，因此取消限位轮，改用其他形式的限位装置，以保证面板不受损坏。

(3)方便施工及后期维护。由于泄洪深孔弧门门楣位置空间狭小，为方便施工，结构不能进行大的变动，在原有件的基础上进行改动，同时可以节约一定的材料费用。还要充分考虑各零部件的结构及加工工艺，方便现场施工及后期维护。

2.2 改造措施

(1)改变活动转铰的承压面积。采用两道水封封水的结构[4,5]，同时重新设计两道水封结构，变为承压面积可调式结构[6]。

减小活动转铰所受水压力：在活动转铰上增加可调式止水座，减小活动转铰所受水压力。新型闸门门楣防射水装置如图3所示，为了改善活动转铰止水座所受水压力，可通过调节止水座板(图3件1)和楔形止水座板(图3件5)的相对于活动止水座板(图3件4)的位置，来改变其受压面积(图3中X所示)。

圆头P型止水和楔形止水座板贴合：复合止水橡胶和楔形止水座板装在活动止水座板上，即使在库水压作用下弧门向下游产生位移时，在水压作用下P型止水贴紧楔形止水座板，复合止水橡胶贴紧弧门面板。复合止水橡胶仍能够贴紧弧门面板。将P型止水和楔形止水座板贴合，楔形止水座板向下游的位移越大，与P型止水贴合的越紧，从而保证密封的有效性，同时在一定程度上限制了复合止水橡胶的压缩量。

1-止水座板；2-P型止水；3-复合止水橡胶；4-活动止水座板；5-楔形止水座板；6-调整螺母；7-限位拉杆；8-弹簧钢片图3 新型防射水装置结构Fig.3 The new structure of preventing water jet device

(2)取消限位支撑轮。由于活动转铰承压面积过大，所受库水压力较大，使其压紧弧形闸门面板，而限位支承轮大部分锈蚀卡死，压损弧形闸门面板防腐涂层，导致弧形闸门面板局部防护失效。因此取消限位支撑轮，改用其他形式的限位装置，使其所处位置不干扰其他部件的运行，同时保证复合止水橡胶的压缩量，防止压力过大压损复合止水橡胶，并且保证复合止水橡胶破坏后活动转铰结构碰撞弧形闸门面板。新型的限位装置如图3所示的限位拉杆。

(3)弹簧钢片采用分段结构。弹簧钢片用于保证复合止水橡胶与弧形闸门面板密封的预压缩量。同时为了保证P型止水和楔形止水座板密封前后的压差，将弹簧钢片分段间隔均匀布置，使圆头P型止水和楔形止水座板密封之后的空腔与大气相通，从而使圆头P型止水在水压作用下贴紧楔形止水座板。

3 应用情况

就目前已完成的弧形闸门门楣防射水装置改造情况来看，设备运行稳定，未出现射水、振动及面板和水封破坏的现象。

改造前后运行情况见图4所示。在运行后检查修补后的弧门面板未见新的锈蚀情况发生，图4(b)右所示为面板运行1年后状况。

图4 改造前后运行情况对比Fig.4 The comparison of operation before and after transformation

本结构同样可适用于靠水压力作用密封的闸门顶止水或门楣止水的其他形式闸门中。

4 结 语

本新型弧形闸门门楣防射水装置，主要实现了以下几方面的创新：

(1)利用水库水压力的作用达到封水目的，并且使活动密封装置所受压力可调、可控。

(2)限位装置不接触相互作用的密封面，安装在结构内部，消除了对关键部件破坏的影响。

(3)将P型止水和楔形止水座板贴合，通过楔形密封面保证楔形止水座板向下游旋转时P型止水密封的可靠性。

此结构在安装时通过调整活动转铰止水座的承压面积，进而控制其所受水压力，保证其在闸门的运行水头范围内达到封水的目的，解决了原装置对弧形闸门面板破坏的问题。

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