三峡船闸人字闸门关终门缝调整工艺简析及优化实践

杨全林+程勇

摘 要：人字闸门的关终门缝调整是三峡船闸运行维护的常见工作，也是所有采用人字型闸门船闸的重要维护工作。本文对原有三峡船闸人字闸门关终门缝调整工艺进行了详细分析，并介绍了优化方案，为船闸行业的人字门闸门关终门缝调整工艺提供参考。

关键词：人字闸门 关终门缝调整 延时调整法

三峡船闸是世界上最大的双线五级船闸，由五个闸室，六个闸首组成。每个闸首的工作闸门采用人字型闸门（简称人字门）结构，即每个闸首两扇独立的门体在液压系统的驱动下绕顶、底枢构成的门轴进行旋转，实现人字门的开、和关动作。

在三峡船闸人字门运行工艺中，人字门关终时，两扇门体之间必须保留一定的缝隙，待闸首人字门门体前后形成水位差后，在水压的作用下自然合拢。而在实际应用中，由于人字门系统设备固有特性及外在环境影响，人字门关终门缝会时常产生变化，导致门体合拢工况较差，引起闸首上、下游闸首输水阀门紧急关阀，降低船闸通航效率。因此，人字门关终门缝调整就成了船闸运行维护的一项重要工作。

三峡船闸常用人字门关终门缝调整工艺

要想对人字门关终门进行缝调整，就必须对影响其门缝大小的因素进行分析，找出关键因素，给出相应的解决办法。

1、关终门缝产生的由来

三峡船闸人字门关门原理为两扇门体在液压启闭机的推动下，按给定的v-t变速特性曲线运行。工作动力由两台比例变量泵提供，通过控制比例变量泵的给定电压值，即可实现对人字门关门速度的控制。其运行曲线见下图：

图1

由图1可知，人字门关门电压有7段变速，即低速—中速——中高—高速—中高—中速—低速。

当人字门关运行至终位后，液压驱动系统检测到关终传感器信号，随即卸荷停机。此时人字门并未完全合拢，人字门两扇门体之间还有一定缝隙（此时开度大于0%）。这个缝隙就叫人字门关终门缝。只有待船闸充、泄水时，在人字门门体前后形成水位差压力的作用下人字门完全合拢，关终门缝才会消失。

2、影响三峡船闸人字门关终门缝大小的主要因素

人字门末端运行速度。由物体的运动特性可知，当人字门的末段运行给定电压越大，运行速度越快，其停机时的惯性距离越长。

人字门淹没水深。当人字门末段运行速度恒定时，人字门运行时的淹没水深越大，其停机惯性距离越短。

人字门关终传感器发讯时机。由图1可知，当人字门关终传感器发讯后，液压系统才会停机。即只要对人字门关终传感器发讯时机进行调整，就可以有效控制人字门关终门缝的大小。

门体变形对人字门关终门缝的影响。三峡船闸人字门门体为钢制平板主横梁式结构，由金属的受热特性可知，人字门门体结构温度变化影响会发生热胀冷缩而产生变形。当人字门产生横向变形时，其关终门缝会随之变化。

3、通用的人字门关终门缝的调整工艺

在船闸人字门关终门缝调整中，通用的调整方法为改变人字门关终信号发讯时机（即通过调整人字门关终开关位置）来确定人字门关终门缝大小。这种方法又叫“开关调整法”，它是一种最直接，最简单的调整方法，在船闸行业的运行维护中广泛运用。但这种方法的缺陷也十分明显。

一是由于人字门关终传感器安装于门枢位置，人字门开、关运行是绕人字门门枢运动，在门枢部位进行微调整都会使人字门关终门缝产生较大变化，致使人字门关终门缝准确调整难度较大，运行维护人员需要反复调整、测试才能最终完成人字门关终门缝的调整。三峡船闸人字门开、关门到位单次过程需耗时8分钟左右，采用“开关调整法”调整人字门门缝一般需要3到4次的反复测试才能使人字门关终门缝处于正常范围，严重影响船闸运行效率。二是这种调整方法需要在人字门门头、门枢、控制室等部位均布置人员，对维护的人力资源占用较高。

有鉴于此，三峡船闸在多年的运行维护经验基础上，逐渐探索出了一种新型人字门关终门缝调整方法——“延时调整法”。

“延时调整法”的应用实践

“延时调整法”是通过人字门控制系统（PLC）延时采纳关终传感器发讯信息，从而准确控制人字门关终门缝的大小。这种方法也是改变人字门关终传感器发讯时机的一种，但它与“开关调整法”的不同之处主要在于它是通过修改程序人字门关终程序巧妙地将传感器讯息采纳时机转换为可人为设置的变量参数，由维护人员综合各种关联因素，来最终确定合适的变量参数。

由此可知，“延时调整法”的主要控制因素为PLC延时程序优化和延时停机参数设置。

1、PLC程序优化

三峡船闸的人字门控制系统（PLC）程序中，关终信号是人字门停机的必要条件，只要人字门关终传感器发讯，则人字门必然停机。“延时调整法”就是在PLC程序中，加入延时采纳关终信号的程序段，使人字门停机时机可自由调整而不是由关终信号直接触发。程序示意图如下。

2、延时停机参数设置

由上文分析得出影响三峡船闸人字门关终门缝大小的主要考虑因素为环境温度、人字门淹没水深、人字门关门末段速度等，其中人字门关门末段速度为可调恒定参数，环境温度、人字门淹没水深为常变参数。延时停机参数主要受这两个常变因素影响。

2.1、不同季节下温度差异对三峡船闸人字门的变形影响理论计算

三峡船闸人字门结构主要为船用钢DH32＼DH36以及Q345B、Q345D材料，其变形量计算可以考虑统一采用铁性材料膨胀系数。

铁的膨胀系数系数为α=11.76*10-6 /℃ 门体钢结构应略小于小于他，但可取近似值。冬夏季气温差最大约为40℃，日温差最大约15℃，以此系数估算

日气温差门体宽度变化量估算：△B1=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*15≈3.5mm；

冬夏季气温差门体高度变化量估算：△B2=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*40≈9.4mm；

2.2、不同淹没水深下人字门惯性停机距离分析

由人字门所受停机阻力分析可知，人字门淹没水深越大，其惯性停机距离越短。在其他环境条件不变的情况下人字门惯性停机距离可近似估算为△S= K /△H。K为固定的经验系数，△H为人字门淹没水深。

三峡船闸完建通航后，根据上下游水位组合不同，船闸常年运行在上游175.0～145.0米、下游65.0～67.0米水位之间，各闸首的主要淹没水深根据船闸运行级数不同也固定在相应的区间。各闸首人字门淹没水深见下表。

一闸首只有在五级运行是才投入运行，三峡库水位降至152.4以下后就切除运行；六闸首下游水位由于葛洲坝的水位调节常年水位变幅不大。二至五闸首人字门淹没水位变化主要是以汛期、枯水期为时间边界不断来回波动。汛期主要集中在春夏季，枯水期主要集中在秋冬季。

2.3、三峡船闸各闸首不同时间下延时停机时间参数表制定

由上述分析可知，三峡船闸人字门运行环境（环境温度、人字门淹没水深）在夏春季和冬秋季差异较大，其延时停机的时间参数也应有较大变化。结合多年船闸运行实践，我们制定了相应的人字门关终门缝调整延时参考表做为不同季节船闸人字门关终门缝调依据（见下表）。经运行实践证明，此参数在三峡船闸人字门关终门缝调整中较可靠、便捷，极大地提高了船闸人字门关终门缝调整工作的效率。

表2 不同季节延时停机参数表

结语

以上介绍了常用的人字门门缝调整工艺，列出了此工艺存在的不足，同时在分析中，详细分析了影响人字门关终门缝大小的各项因素，提出了相应的人字门关终门缝调整工艺优化措施及实践经验，可以为船闸行业人字门关终门缝调整提供一种新的工艺参考。（作者单位：长江三峡通航管理局）

摘 要：人字闸门的关终门缝调整是三峡船闸运行维护的常见工作，也是所有采用人字型闸门船闸的重要维护工作。本文对原有三峡船闸人字闸门关终门缝调整工艺进行了详细分析，并介绍了优化方案，为船闸行业的人字门闸门关终门缝调整工艺提供参考。

关键词：人字闸门 关终门缝调整 延时调整法

三峡船闸是世界上最大的双线五级船闸，由五个闸室，六个闸首组成。每个闸首的工作闸门采用人字型闸门（简称人字门）结构，即每个闸首两扇独立的门体在液压系统的驱动下绕顶、底枢构成的门轴进行旋转，实现人字门的开、和关动作。

在三峡船闸人字门运行工艺中，人字门关终时，两扇门体之间必须保留一定的缝隙，待闸首人字门门体前后形成水位差后，在水压的作用下自然合拢。而在实际应用中，由于人字门系统设备固有特性及外在环境影响，人字门关终门缝会时常产生变化，导致门体合拢工况较差，引起闸首上、下游闸首输水阀门紧急关阀，降低船闸通航效率。因此，人字门关终门缝调整就成了船闸运行维护的一项重要工作。

三峡船闸常用人字门关终门缝调整工艺

要想对人字门关终门进行缝调整，就必须对影响其门缝大小的因素进行分析，找出关键因素，给出相应的解决办法。

1、关终门缝产生的由来

三峡船闸人字门关门原理为两扇门体在液压启闭机的推动下，按给定的v-t变速特性曲线运行。工作动力由两台比例变量泵提供，通过控制比例变量泵的给定电压值，即可实现对人字门关门速度的控制。其运行曲线见下图：

图1

由图1可知，人字门关门电压有7段变速，即低速—中速——中高—高速—中高—中速—低速。

当人字门关运行至终位后，液压驱动系统检测到关终传感器信号，随即卸荷停机。此时人字门并未完全合拢，人字门两扇门体之间还有一定缝隙（此时开度大于0%）。这个缝隙就叫人字门关终门缝。只有待船闸充、泄水时，在人字门门体前后形成水位差压力的作用下人字门完全合拢，关终门缝才会消失。

2、影响三峡船闸人字门关终门缝大小的主要因素

人字门末端运行速度。由物体的运动特性可知，当人字门的末段运行给定电压越大，运行速度越快，其停机时的惯性距离越长。

人字门淹没水深。当人字门末段运行速度恒定时，人字门运行时的淹没水深越大，其停机惯性距离越短。

人字门关终传感器发讯时机。由图1可知，当人字门关终传感器发讯后，液压系统才会停机。即只要对人字门关终传感器发讯时机进行调整，就可以有效控制人字门关终门缝的大小。

门体变形对人字门关终门缝的影响。三峡船闸人字门门体为钢制平板主横梁式结构，由金属的受热特性可知，人字门门体结构温度变化影响会发生热胀冷缩而产生变形。当人字门产生横向变形时，其关终门缝会随之变化。

3、通用的人字门关终门缝的调整工艺

在船闸人字门关终门缝调整中，通用的调整方法为改变人字门关终信号发讯时机（即通过调整人字门关终开关位置）来确定人字门关终门缝大小。这种方法又叫“开关调整法”，它是一种最直接，最简单的调整方法，在船闸行业的运行维护中广泛运用。但这种方法的缺陷也十分明显。

一是由于人字门关终传感器安装于门枢位置，人字门开、关运行是绕人字门门枢运动，在门枢部位进行微调整都会使人字门关终门缝产生较大变化，致使人字门关终门缝准确调整难度较大，运行维护人员需要反复调整、测试才能最终完成人字门关终门缝的调整。三峡船闸人字门开、关门到位单次过程需耗时8分钟左右，采用“开关调整法”调整人字门门缝一般需要3到4次的反复测试才能使人字门关终门缝处于正常范围，严重影响船闸运行效率。二是这种调整方法需要在人字门门头、门枢、控制室等部位均布置人员，对维护的人力资源占用较高。

有鉴于此，三峡船闸在多年的运行维护经验基础上，逐渐探索出了一种新型人字门关终门缝调整方法——“延时调整法”。

“延时调整法”的应用实践

“延时调整法”是通过人字门控制系统（PLC）延时采纳关终传感器发讯信息，从而准确控制人字门关终门缝的大小。这种方法也是改变人字门关终传感器发讯时机的一种，但它与“开关调整法”的不同之处主要在于它是通过修改程序人字门关终程序巧妙地将传感器讯息采纳时机转换为可人为设置的变量参数，由维护人员综合各种关联因素，来最终确定合适的变量参数。

由此可知，“延时调整法”的主要控制因素为PLC延时程序优化和延时停机参数设置。

1、PLC程序优化

三峡船闸的人字门控制系统（PLC）程序中，关终信号是人字门停机的必要条件，只要人字门关终传感器发讯，则人字门必然停机。“延时调整法”就是在PLC程序中，加入延时采纳关终信号的程序段，使人字门停机时机可自由调整而不是由关终信号直接触发。程序示意图如下。

2、延时停机参数设置

由上文分析得出影响三峡船闸人字门关终门缝大小的主要考虑因素为环境温度、人字门淹没水深、人字门关门末段速度等，其中人字门关门末段速度为可调恒定参数，环境温度、人字门淹没水深为常变参数。延时停机参数主要受这两个常变因素影响。

2.1、不同季节下温度差异对三峡船闸人字门的变形影响理论计算

三峡船闸人字门结构主要为船用钢DH32＼DH36以及Q345B、Q345D材料，其变形量计算可以考虑统一采用铁性材料膨胀系数。

铁的膨胀系数系数为α=11.76*10-6 /℃ 门体钢结构应略小于小于他，但可取近似值。冬夏季气温差最大约为40℃，日温差最大约15℃，以此系数估算

日气温差门体宽度变化量估算：△B1=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*15≈3.5mm；

冬夏季气温差门体高度变化量估算：△B2=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*40≈9.4mm；

2.2、不同淹没水深下人字门惯性停机距离分析

由人字门所受停机阻力分析可知，人字门淹没水深越大，其惯性停机距离越短。在其他环境条件不变的情况下人字门惯性停机距离可近似估算为△S= K /△H。K为固定的经验系数，△H为人字门淹没水深。

三峡船闸完建通航后，根据上下游水位组合不同，船闸常年运行在上游175.0～145.0米、下游65.0～67.0米水位之间，各闸首的主要淹没水深根据船闸运行级数不同也固定在相应的区间。各闸首人字门淹没水深见下表。

一闸首只有在五级运行是才投入运行，三峡库水位降至152.4以下后就切除运行；六闸首下游水位由于葛洲坝的水位调节常年水位变幅不大。二至五闸首人字门淹没水位变化主要是以汛期、枯水期为时间边界不断来回波动。汛期主要集中在春夏季，枯水期主要集中在秋冬季。

2.3、三峡船闸各闸首不同时间下延时停机时间参数表制定

由上述分析可知，三峡船闸人字门运行环境（环境温度、人字门淹没水深）在夏春季和冬秋季差异较大，其延时停机的时间参数也应有较大变化。结合多年船闸运行实践，我们制定了相应的人字门关终门缝调整延时参考表做为不同季节船闸人字门关终门缝调依据（见下表）。经运行实践证明，此参数在三峡船闸人字门关终门缝调整中较可靠、便捷，极大地提高了船闸人字门关终门缝调整工作的效率。

表2 不同季节延时停机参数表

结语

以上介绍了常用的人字门门缝调整工艺，列出了此工艺存在的不足，同时在分析中，详细分析了影响人字门关终门缝大小的各项因素，提出了相应的人字门关终门缝调整工艺优化措施及实践经验，可以为船闸行业人字门关终门缝调整提供一种新的工艺参考。（作者单位：长江三峡通航管理局）

摘 要：人字闸门的关终门缝调整是三峡船闸运行维护的常见工作，也是所有采用人字型闸门船闸的重要维护工作。本文对原有三峡船闸人字闸门关终门缝调整工艺进行了详细分析，并介绍了优化方案，为船闸行业的人字门闸门关终门缝调整工艺提供参考。

关键词：人字闸门 关终门缝调整 延时调整法

三峡船闸是世界上最大的双线五级船闸，由五个闸室，六个闸首组成。每个闸首的工作闸门采用人字型闸门（简称人字门）结构，即每个闸首两扇独立的门体在液压系统的驱动下绕顶、底枢构成的门轴进行旋转，实现人字门的开、和关动作。

在三峡船闸人字门运行工艺中，人字门关终时，两扇门体之间必须保留一定的缝隙，待闸首人字门门体前后形成水位差后，在水压的作用下自然合拢。而在实际应用中，由于人字门系统设备固有特性及外在环境影响，人字门关终门缝会时常产生变化，导致门体合拢工况较差，引起闸首上、下游闸首输水阀门紧急关阀，降低船闸通航效率。因此，人字门关终门缝调整就成了船闸运行维护的一项重要工作。

三峡船闸常用人字门关终门缝调整工艺

要想对人字门关终门进行缝调整，就必须对影响其门缝大小的因素进行分析，找出关键因素，给出相应的解决办法。

1、关终门缝产生的由来

三峡船闸人字门关门原理为两扇门体在液压启闭机的推动下，按给定的v-t变速特性曲线运行。工作动力由两台比例变量泵提供，通过控制比例变量泵的给定电压值，即可实现对人字门关门速度的控制。其运行曲线见下图：

图1

由图1可知，人字门关门电压有7段变速，即低速—中速——中高—高速—中高—中速—低速。

当人字门关运行至终位后，液压驱动系统检测到关终传感器信号，随即卸荷停机。此时人字门并未完全合拢，人字门两扇门体之间还有一定缝隙（此时开度大于0%）。这个缝隙就叫人字门关终门缝。只有待船闸充、泄水时，在人字门门体前后形成水位差压力的作用下人字门完全合拢，关终门缝才会消失。

2、影响三峡船闸人字门关终门缝大小的主要因素

人字门末端运行速度。由物体的运动特性可知，当人字门的末段运行给定电压越大，运行速度越快，其停机时的惯性距离越长。

人字门淹没水深。当人字门末段运行速度恒定时，人字门运行时的淹没水深越大，其停机惯性距离越短。

人字门关终传感器发讯时机。由图1可知，当人字门关终传感器发讯后，液压系统才会停机。即只要对人字门关终传感器发讯时机进行调整，就可以有效控制人字门关终门缝的大小。

门体变形对人字门关终门缝的影响。三峡船闸人字门门体为钢制平板主横梁式结构，由金属的受热特性可知，人字门门体结构温度变化影响会发生热胀冷缩而产生变形。当人字门产生横向变形时，其关终门缝会随之变化。

3、通用的人字门关终门缝的调整工艺

在船闸人字门关终门缝调整中，通用的调整方法为改变人字门关终信号发讯时机（即通过调整人字门关终开关位置）来确定人字门关终门缝大小。这种方法又叫“开关调整法”，它是一种最直接，最简单的调整方法，在船闸行业的运行维护中广泛运用。但这种方法的缺陷也十分明显。

一是由于人字门关终传感器安装于门枢位置，人字门开、关运行是绕人字门门枢运动，在门枢部位进行微调整都会使人字门关终门缝产生较大变化，致使人字门关终门缝准确调整难度较大，运行维护人员需要反复调整、测试才能最终完成人字门关终门缝的调整。三峡船闸人字门开、关门到位单次过程需耗时8分钟左右，采用“开关调整法”调整人字门门缝一般需要3到4次的反复测试才能使人字门关终门缝处于正常范围，严重影响船闸运行效率。二是这种调整方法需要在人字门门头、门枢、控制室等部位均布置人员，对维护的人力资源占用较高。

有鉴于此，三峡船闸在多年的运行维护经验基础上，逐渐探索出了一种新型人字门关终门缝调整方法——“延时调整法”。

“延时调整法”的应用实践

“延时调整法”是通过人字门控制系统（PLC）延时采纳关终传感器发讯信息，从而准确控制人字门关终门缝的大小。这种方法也是改变人字门关终传感器发讯时机的一种，但它与“开关调整法”的不同之处主要在于它是通过修改程序人字门关终程序巧妙地将传感器讯息采纳时机转换为可人为设置的变量参数，由维护人员综合各种关联因素，来最终确定合适的变量参数。

由此可知，“延时调整法”的主要控制因素为PLC延时程序优化和延时停机参数设置。

1、PLC程序优化

三峡船闸的人字门控制系统（PLC）程序中，关终信号是人字门停机的必要条件，只要人字门关终传感器发讯，则人字门必然停机。“延时调整法”就是在PLC程序中，加入延时采纳关终信号的程序段，使人字门停机时机可自由调整而不是由关终信号直接触发。程序示意图如下。

2、延时停机参数设置

由上文分析得出影响三峡船闸人字门关终门缝大小的主要考虑因素为环境温度、人字门淹没水深、人字门关门末段速度等，其中人字门关门末段速度为可调恒定参数，环境温度、人字门淹没水深为常变参数。延时停机参数主要受这两个常变因素影响。

2.1、不同季节下温度差异对三峡船闸人字门的变形影响理论计算

三峡船闸人字门结构主要为船用钢DH32＼DH36以及Q345B、Q345D材料，其变形量计算可以考虑统一采用铁性材料膨胀系数。

铁的膨胀系数系数为α=11.76*10-6 /℃ 门体钢结构应略小于小于他，但可取近似值。冬夏季气温差最大约为40℃，日温差最大约15℃，以此系数估算

日气温差门体宽度变化量估算：△B1=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*15≈3.5mm；

冬夏季气温差门体高度变化量估算：△B2=B*α*△T=20*103 * 11.76*10-6/℃*40≈9.4mm；

2.2、不同淹没水深下人字门惯性停机距离分析

由人字门所受停机阻力分析可知，人字门淹没水深越大，其惯性停机距离越短。在其他环境条件不变的情况下人字门惯性停机距离可近似估算为△S= K /△H。K为固定的经验系数，△H为人字门淹没水深。

三峡船闸完建通航后，根据上下游水位组合不同，船闸常年运行在上游175.0～145.0米、下游65.0～67.0米水位之间，各闸首的主要淹没水深根据船闸运行级数不同也固定在相应的区间。各闸首人字门淹没水深见下表。

一闸首只有在五级运行是才投入运行，三峡库水位降至152.4以下后就切除运行；六闸首下游水位由于葛洲坝的水位调节常年水位变幅不大。二至五闸首人字门淹没水位变化主要是以汛期、枯水期为时间边界不断来回波动。汛期主要集中在春夏季，枯水期主要集中在秋冬季。

2.3、三峡船闸各闸首不同时间下延时停机时间参数表制定

由上述分析可知，三峡船闸人字门运行环境（环境温度、人字门淹没水深）在夏春季和冬秋季差异较大，其延时停机的时间参数也应有较大变化。结合多年船闸运行实践，我们制定了相应的人字门关终门缝调整延时参考表做为不同季节船闸人字门关终门缝调依据（见下表）。经运行实践证明，此参数在三峡船闸人字门关终门缝调整中较可靠、便捷，极大地提高了船闸人字门关终门缝调整工作的效率。

表2 不同季节延时停机参数表

结语

以上介绍了常用的人字门门缝调整工艺，列出了此工艺存在的不足，同时在分析中，详细分析了影响人字门关终门缝大小的各项因素，提出了相应的人字门关终门缝调整工艺优化措施及实践经验，可以为船闸行业人字门关终门缝调整提供一种新的工艺参考。（作者单位：长江三峡通航管理局）