水工金属结构新技术及新型设备的应用探讨

刘鸿鹏

安徽省交通航务工程有限公司 安徽 合肥 230000

1 概述

伴随着国家对水利行业的重视，生态环保意识的提高，水利工程的要求及安全也得到相应的提高，同时对工程管理要求也大幅度提升，国家相关部门颁布的相关规范越来越完善，也就在工程设计及施工、生态环保、景观等要求大大提高，更大程度上刺激了整个水利工程金属结构新技术及新型设备新技术的迅速发展。

2 新型门型

随着城市的发展及扩大，水利、市政及交通工程的相结合，闸门的设计孔口逐渐扩大，工程运行条件相对限制，对环境及景观要求逐步提高，工程设计人员对闸门的门型选择有了新的认识和创新，则在工程实际中衍生了多种新的门型。如上海苏州河的挡潮闸底轴式驱动翻板闸门、南京三汊河互镜闸门、合肥塘西河轮盘式闸门、常州钟楼对开式弧形闸门、船闸航运工程空间网架弧形三角闸门等。这些相对低水头大孔口的闸门在设计之初，其目的就是为了全方位的结合多种使用场景，航运方面大幅度增强整体的运输速率，提升各方面的质量和稳定性。还兼顾外观是否美观，是否可以起到装点和美化城市的作用。

3 设备的在线监测系统

水利工程水库含挡水建筑物大坝、船闸及水闸的闸室等，在工厂施工期间均配备各种观测设备，设备含水轮发电机、泵站等设备，均配备在线监测系统，通过相关运行数据的传输，在监测终端及时发现各种故障或异常等型号，便于及时发现问题进行处理，满足建筑物设备正常可靠运行。

在金属结构设备方面，主要包括闸门、启闭机等设备。水库等建筑物金结设备正常运行在30年以上，大部分设备尺寸及重量较大，维修较困难。常规的检查仅检测设备的表面，基本运行状况，通过设备磨损、异响等进行判断是否维修及加固，但是无法判断设备的结构强度是否满足规范运行要求，故设备内在存在的运行缺陷无法判断，只能通过零部件的拆除检查等手段进行排除，不可避免的存在维修成本高，耗时长，影响设备的正常运行。目前在新建水电行业已大规模使用，效果明显，部分水利工程金属结构设备均投入配备该系统，提高运管层次及效率。

4 无电应急操作设备

规范要求具备防洪功能的水利水电工程金属结构设备应配备两路电源，同时配备应急备用电源，确保设备在紧急情况下的供电可靠，满足其正常运行要求。

通过在2019年8月20日四川龙潭水电站大坝的应急抢险情况，由于强将暴引发洪涝灾害，部分道路、通讯、电力中断，启闭控制设备泡水，无法供电，闸门无法开启的情况，无电应急操作系统在抢险中发挥重要作用。通过这案例表明，在电力保障完善的情况下，电力控制设备存在故障或意外的情况下，存在启闭设备完好的在紧急情况下无法工作的可能性。无电应急操作器在该条件下能满足启闭设备的正常运行要求，在极端情况下，该设备满足启闭设备正常运行的最后一道保障措施，且适应不同类型的启闭机应用，确保工程运行安全。故存在有极端条件运行的情况下配备该设备系统是有必要的。同时在较小的具有防洪功能的工程，启闭设备均为手电两用，在紧急情况下手动操作，避免增设备用电源，减少设备的维护管理。但手动装置存在效率低、劳动强度大，特别是稍大容量的启闭机更明显。随着社会的发展已逐渐淘汰手动控制启闭机运行的趋势，无电应急操作器可作为该情况下替代设备的可能性。

5 新型启闭机设备

水利水电工程传统的启闭设备包括卷扬式、液压式及螺杆式等启闭机设备。随着建筑物及设备的外观及维护要求越来越高，传统的开式卷扬式启闭机逐渐被闭式卷扬机所替代的趋势，常规的蜗轮蜗杆被螺旋伞齿螺杆式启闭机所替代，且有条件的情况下选用暗杆式螺杆机。

闭式卷扬式启闭机无大齿轮传动，多种型式的减速机传动及布置技术均非常成熟，可根据启闭机方布置空间进行选择，优化启闭机房布置。螺旋伞齿传动比较高，且满足单次长时间运行，寿命长。同时闭式卷扬式启闭机机及螺旋伞齿螺杆启闭机外观简洁、安装及维护简单、外观性能优越、视觉性好，故该类型的新型设备在大中型水利水电工程得到广泛的应用。

随着金属结构设备的安全运行要求提高，常规的卷扬式启闭机仅配备工作制动系统，满足设备制动要求。在容量较大及比较重要的设备中，如大型门机、泄洪设施大型闸门卷扬启闭机等均配备安全制动，主要是满足在设备长期运行过程中，出现工作制动器失灵、电机传动高速轴断裂等意外情况时闸门失去控制，确保闸门启闭及多孔闸门共用时移动安全运行。

6 生态环保

随着社会及科技的发展，生态环保的作用也越来越明显，水利水电行业也为生态环保加强技术的革新和提高。在水工金属结构设备产品的的应用积极使用环保型产品，避免污染河道、水源地等。主要是在金属结构设备的润滑系统，闸门运转件采用的自润滑轴承，减少灌注润滑油脂，卷扬式启闭机的钢丝绳润滑油及液压机液压油均采用环保食品级润滑油，且具备生物可降解，对水质不存在污染，有利于生态环境的维护。

由于水工钢闸门及其埋件大部分存在水下工作，设备表面需进行防腐处理工作，故对防腐材料的要求也使用相应的环保材料，淘汰长期使用有毒的材料，避免污染生态环境。

7 其它

在金属结构设备电力驱动等方面，严格按国家环保部门要求，采用低碳节能型设备，降低能效。

部分水库大坝、罐区等发电、取水口等根据不同水深水温要求，取水口设置叠梁闸门、分层取水闸门等型式，在不同季节水位水深的情况下开启相应的闸门，满足下游水生物对不同水温繁殖等生态需求。

8 结束语

水工金属结构设备在传统的水利工程中传统要求主要是满足工程功能性及安全需要，随着现代社会的飞速发展，水利工程不仅仅是民生工程，而是结合民生、环保、生态、建筑、景观等需求，水工金属结构势必会迎来越来越大的发展趋势。在已经开工或者是面临开工的项目方面而言，需要面临的难度会更大，故对设备的选择、布置、新技术应用、信息化系统等提出更高的要求。在水利工程建设中，对水工金属机构新型设备、新技术的运用，对提升工程质量和安全、管理维护更加便利是一种发展的方向。