水利工程铸铁闸门应用研究

江 宁 王 煦

（1.水利部综合事业局水利机械管理处,北京 100053;

2.江苏省水利勘测设计研究院有限公司,江苏扬州 225009）

水利工程铸铁闸门应用研究

江 宁1王 煦2

（1.水利部综合事业局水利机械管理处,北京 100053;

2.江苏省水利勘测设计研究院有限公司,江苏扬州 225009）

本文通过对水利工程中铸铁闸门使用情况的介绍,分析铸铁闸门的结构特点,总结设计与制造铸铁闸门的控制要点,为设计、制造及监造过程提供一定的经验,以使其能水利工程广泛使用铸铁闸门。

铸铁闸门;设计;制造;标准

铸铁闸门最初使用于给排水工程,逐步推广至市政工程、农田水利工程。因其具有良好的耐腐蚀,止水密封好,安装简单,使用寿命长,日常维护简单等特点也渐渐使用于中小型水利工程。特别是在底水头涵闸工程中使用铸铁闸门较为方便,已经得到广泛的使用。

多年来仅城乡建设部门制定了 《供水排水用铸铁闸门》（CJ/T3006-1992）规范,该规范主要针对给排水工程而制定,适用的范围比较窄,特别是对中小型水利工程,该规范还存在较多的问题需要解决。由于多方面的原因,铸铁闸门和启闭机的质量问题在水利工程使用工程已发生一些问题,铸铁闸门和启闭机的质量管理亟待加强。项目法人及设计、咨询、监理、设备制造、施工安装等单位,要提高对铸铁闸门和启闭机质量管理重要性的认识,采取有效措施加强对铸铁闸门和启闭机的质量管理。本文主要介绍闸门结构特点,设计制造过程,总结制定铸铁设计与制造验收规范的必要性。

1 铸铁闸门结构布置与特点

1.1 铸铁闸门结构型式

铸铁闸门主要由门框、门板、密封圈及可调式锲型压块等部件组成。门框采用经浇铸加工,门框两侧自带导槽,加工之后作门体升降的轨道。在门框密封平面加工一道槽,镶入金属密封座,作为止水密封兼支承面,密封座材料采用ZCuSn5Pb5Zn5（青铜）。同样在门体平面加工成槽并安装金属密封座,作为门板的止水密封面。门板两侧经加工后与门框侧槽配合,形成上下滑轨。为达到闸门的止水效果,闸门两侧设置楔块,楔紧副采用螺栓分别与门体和门框上的楔座固定。门体上端自带有吊耳,与螺杆启闭机相连。

铸铁闸门面板型式根据设计水头和孔口尺寸,大致分为两种型式,一种为是平板高筋型,即门板为前面板加筋,门板整体铸造成方形平板,面板布置在整个门板的前面,在面板的后面布置 “#”字形的加强筋,面板的厚度以及加强筋的数量与结构尺寸视闸门规格大小而定;另一种是后拱内筋型,即面板布置在门板的后面,面板浇铸成拱形,在拱形面板内布置 “#”字形的加强筋;两种型式面板的厚度以及加强筋的数量与结构尺寸视闸门规格大小根据所承受的水压力进行计算确定。

1.2 铸铁闸门材料

根据 《供水排水用铸铁闸门》 （CJ/T3006-1992）规范要求,铸铁闸门主要零部件的材料不得低于:门板:HT200（灰铸铁）,门框:HT200（灰铸铁）,导轨:HT200（灰铸铁）,密封座:铜合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）（厚度不小于10mm）,楔块:铜合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）,导轨、吊耳:HT200（灰铸铁）。本工程闸门大都为承受双向水头,结合工程的主要特点和使用要求,尽量减少闸门断面尺寸,节省工程投资,保证闸门的使用寿命,对铸铁闸门的材料作了详细的要求和规定,具体为门体:QT450球墨铸铁,门框:QT450球墨铸铁,导轨:QT450球墨铸铁,密封座:铜合金 （厚度不小于10mm）,楔块:铜合金 （ZCuSn5Pb5Zn5）,导轨、吊耳:QT450球墨铸铁。

1.3 铸铁闸门使用特点

相对于钢闸门来说,铸铁闸门的门框相当于钢结构闸门的埋件,门板相当于钢闸门的门叶;铸铁闸门大都采用刚性止水,一般采用镶铜 （或不锈钢等方式）止水兼支承面,而钢结构闸门一般采用橡皮止水,采用滑块或滚轮支承;与钢结构闸门相比具有结构合理坚固、具有耐腐蚀,止水密封好、安装简单、使用寿命长等优点,有单、双向止水,止水采用精加工后自身或镶铜、止水。铸铁闸门用久磨损后,其密封面可通过锲型压块的调整来保证正常工作。铸铁闸门与焊接钢闸门相比,因其为整体铸造而成,受铸造等条件的限制,其结构相对型式比较简单,所能承受的水压力相对较小,相对比较笨重。因其造价较低,对于孔口尺寸相对较小的、闭门力不足以及防腐要求较高的闸门采用铸铁闸门也是比较可行的。铸铁闸门原大都用于市政给排水工程,现在也广泛地运用于水利工程。

《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》（DL/T5018-94）规定,闸门在承受设计水头的压力时,通过任意1m长止水橡皮范围内漏水量不应超过0.1L/s。 《供水排水用铸铁闸门》 （CJ/T3006-1992）第5.3条对渗漏试验的要求:密封面应清除任何污物,不得在两密封面间涂抹油脂。将闸门全闭,使门框孔口向上,然后在门框孔内逐渐注入清水,以水不溢出为限,其密封面的漏水量应不大于1.25L/min·m（密封长度）,即任意1m长密封面范围内漏水量不应超过0.02L/s。可见,铸铁闸门的止水效果要远远优于钢闸门,更符合本工程的使用与运行要求。

2 铸铁闸门设计要点

水利工程中使用铸铁闸门还没有颁布设计和制造相关标准,铸铁闸门的设计参照建设部颁布 《供水排水用铸铁闸门》 （CJ/T 3006-92）中的有关条文执行。但该标准较为简单,要想在水利工程中使用还有几个问题需要明确。

铸铁闸门安装的高程和孔口应与土建结构相吻合,闸门的门槽尺寸应足够大,应留有检修空间。铸铁闸门门板、门框、导轨等部件应有足够的强度和刚度,其拉伸、压缩和剪切强度的安全系数应大于5,以保证设备正常工作。门板饶度应不大于构件的1/1500,导轨应有足够的长度,以保证门板全开时,导轨的顶端仍高于门板的水平中心线。

铸铁闸门应在门板和门框上分别安装金属密封座,密封座工作表面不得有划痕、裂缝和气孔等缺陷,在启闭过程中,不得变形和松动。应设楔紧装置或强制密封装置,保证门板关闭时与门框密封面紧密接触,其间隙不得大于0.08mm,楔紧装置或强制密封装置应可调。门板局部开启时应采取保护装置防止闸门产生振动。

3 铸铁闸门制造质量控制

根据铸铁闸门主要是整体铸造,整体加工的特点,参照钢闸门制造、验收规范,铸铁闸门在制造过程中应从以下几个方面进行控制,分步进行检查验收。

（1）在铸铁闸门浇铸前,严格控制原材料,对原材料进行抽检,根据设计要求确定不同材质的要求确定配比方案,浇铸时跟班旁站,和浇筑混凝土一样进行检查控制。

（2）铸铁闸门的门板和门框浇铸时要求浇铸连体试棒,并对试棒进行检测。主要包括理化试验、力学性能试验,按规范进行检测,以此为依据判断材质是否满足规范和设计要求。

（3）主要结构尺寸的检查,在浇铸拆模后,应进行清砂打磨,对铸件进行测量,测量的数据与设计图纸进行对比,对小于设计图纸的铸件进行报废处理。

（4）在铸件金加工前应对铸件进行消除内应力处理,有条件的进行回火处理,也可进行时效处理,但大多铸铁闸门都不可能存放很长时间,可采取高频激振的方法进行处理,虽然不能改变铸件的晶相组织,但对铸件内应力的消除、防止铸件加工后的变形有很大的好处。

（5）金加工时,注意检查铸件的铸造缺陷。制定铸造缺陷的修补原则和报废标准。对非加工受力构件表面进行探伤检查,检查其内部缺陷。

（6）在铸铁闸门的门板与门框形成的空间内注满水,检查闸门的止水效果,按规范的要求检查漏水量。

（7）铸铁闸门装配后,按规范规定的试验方案与检测要求进行检查和验收,对门板与门框密封座的结合面得间隙检修检测。

（8）装配完成后,连接安装上导轨,进行全行程启闭试验,检查、是否存在卡阻现象。检查门板在全启全闭位置的楔紧状况和门板在导向槽内间隙。

4 结 语

铸铁闸门具有结构合理坚固、具有耐腐蚀,止水密封好、安装简单、使用寿命长等优点,作为闸门的一种特别型式,作为钢闸门使用的有效的补充,已广泛得到使用,但目前水利行业还未颁布设计与制造验收规范,只能参照相近的规范执行,但对铸铁闸门的设计必须引起足够的重视,防止事故的发生。尽快研究制定制造验收规范,更好的方便于制造单位的检查,更好地发挥作用。

目前,在水利部门还没有制定相关设计与制造验收规范的情况下,制造单位应加强管理、严格按先有规范和设计单位的要求组织生产,工程工程设计单位要进一步深化铸铁闸门和启闭机设计与选型,细化设计内容,保证设计深度。设计文件中要有设计与选型的主要计算过程,明确主要结构尺寸或型号、主要技术指标和参数。对于由制造企业自行负责设计的内容,工程设计单位应对其提供的设计计算书、技术文件和图纸进行复核确认。对于制造所使用的原材料,应提出具体的适用标准和技术指标。对于设计选用的新技术、新材料、新工艺,设计单位要进行充分的论证,并提出相应的技术要求和质量保障措施。

[1]水利水电工程钢闸门设计规范.中国水利水电出版社,1995

[2]水工金属结构防腐蚀规范.中国水利水电出版社,1995

[3]水工钢闸门防腐蚀.水利电力出版社,1979

[4]小型水闸工程设计[M].江苏省水利厅.北京:水利电力出版社,1998

[5]杨文渊.土木工程设计手册[M].北京:人民交通出版社,1985

TV663

A

1008-1305（2011）01-00552-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2011.01.017

江宁 （1954年-）,男,高级工程师。

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