三江口水闸升卧式翻板闸门设计简介

贺高年,刘细龙,黄 峻

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)



三江口水闸升卧式翻板闸门设计简介

贺高年,刘细龙,黄 峻

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)

三江口水闸通航孔净宽60 m,其工作闸门采用了新型闸门-升卧式翻板闸门,闸门工作时是翻板闸门,检修时为升卧式闸门,该功能是通过工况切换机构实现的；闸门结构支承跨度大,由于采用了三边支承结构,大幅降低了闸门主梁高度。

升卧式翻板闸门;门叶;门槽;工况切换

1 概述

三江口水闸是江新联围下游四座闭口挡潮闸之一,位于江门市新会区三江镇白庙坑河(新前水道),是广东省城乡水利防灾减灾工程重点建设项目。工程的任务是以挡潮为主,兼顾排涝、泄洪、通航；水闸的防(洪)挡潮标准为100年一遇；水闸所在的新前水道为内河Ⅲ级航道,通航1 000 t级船舶；三江口水闸采用1孔60 m净宽通航孔在新前水道居中布置的方案。

经过对船闸方案和通航孔方案比较,通航孔方案具有通航条件好、运行管理方便且成本低、施工强度小、工期短和工程造价低等优点。因此,本阶段仍推荐通航孔方案作为三江口水闸的通航建筑物方案。

通过对比国内外通航孔大跨度闸门工程,三江水闸通航孔工作闸门采用了专题研究成果——升卧式翻板闸门(发明专利号：ZL 2009 1 0192766.3)[1]。升卧式翻板闸门工作时作为翻板闸门,由启闭机操作绕支铰转动,平时沉入水中躺倒在闸底板的门库内便于通航,需要时竖立起来为关闭状态；需要检修时,闸门作为升卧式闸门,可升卧到水面以上检修。这种门型结合了翻板闸门和升卧式闸门的优点,又克服了翻板闸门不易检修和升卧式闸门限制通航高度的缺点,非常适合用作通航孔工作闸门。

闸门总体布置见图1所示。三江口水闸于2013年3月通过过水验收并投入使用。见图2。

本文对闸门的门叶、门槽、工况切换机构、启闭机等设计作一简介。

图1 三江口水闸三维模型示意

图2 建成后的三江口水闸示意

2 门叶设计

2.1 结构计算工况

通过对水闸工程任务和特征水位的分析,升卧式翻板闸门主要有以下几种基本的静力计算工况：门叶关闭挡潮,门叶荷载为上下游水压力差和门叶自重及浪压力；门叶在刚开启时,门叶直立,水平方向的荷载为水压差和门叶自重；门叶平卧刚提升时,门叶结构的荷载为自重,加上门前后水压差,水压差和自重方向相同；门叶处于检修位置时,门叶结构的荷载仅为自重,以及风荷载和检修附加荷载。进行结构设计时,针对不同的工况,对相应的承载构件进行了专门的设计。

2.2 三边支承受力

为降低闸门主梁高度,减小工程量,闸门采用三边支承方式,即两侧与底边形成一个U型支承结构,若干个支承块连接成连续的U型。见图3。

图3 闸门的三边支承示意

2.3 中间支铰

为了减小闸门底部两侧悬臂轮的轮压,闸门中间设有4个支承铰,支承铰为简支轮,与悬臂轮同轴线,其支承牛腿埋设于上游底坎,与悬臂轮共同承担闸门自重。见图4。

图4 止水结构示意

2.4 止水

闸门的止水系统集成在支承系统中,在支承块中间开燕尾槽,槽内设置圆形水封,当闸门受压时,圆形水封贴压在支承轨道面上形成U型的止水系统。见图5。

图5 中间支铰剖视示意

3 门槽设计

门坎支承面与闸墩两侧的门槽支承面形成一个连续的U型支承面与闸门的U型支承块相对应,达到传递水压和止水的目的；两侧门槽还作为底部悬臂轮在闸门升卧时的行走轨道；门槽底部也设有支承轨道,与门坎处的4个中间支承组成闸门自重的支承系统。两侧闸墩还设了凹槽,使得启闭机活塞杆处于槽内,避免受到船只的撞击。见图6。

图6 门槽与活动轨道示意

4 工况切换机构设计

闸门的翻板动作和升卧动作的运行及两工况的切换，是通过闸门顶部和底部两侧的悬臂轮并与活动升卧轨道配合使用实现的。

闸门作翻板动作时启闭机与上吊叉连接,上悬臂轮与上吊叉安装于同一悬臂轴上,闸门底部两侧的悬臂轮支承在闸墩上的门槽中,两悬臂轮的轴线为闸门作为翻板闸门运行时的旋转轴；下悬臂轮亦同轴安装了吊叉,当闸门需要检修时,启闭机与吊叉连接,通过启闭机的提升,下悬臂轮在门槽内向上运动,并将升卧轨道投入工作状态,使得上悬臂轮支承于升卧轨道上作水平运动,从而实现闸门升卧动作。

4.1 上、下吊叉及悬臂轮

上、下吊叉用于连接启闭机活塞杆,上吊叉用于闸门正常工作时(作翻板运动)闸门与启闭机的连接,下吊叉用于闸门升卧时的连接。吊叉与悬臂轮安装于同一悬臂轴上,吊叉和悬臂轮都可以独自绕悬臂轴自由转动。悬臂轮轴承采用关节轴承,闸门长期卧躺于河床,轴承采取了密封措施,防止泥沙的进入。见图7。

图7 左侧上、下吊叉及悬臂轮示意

由于闸门启闭过程中,上、下悬臂轮承载所有荷载,为避免应力集中,悬臂轮轴孔处采用厚壁铸钢轴承以扩散应力,边梁也采用双腹板结构以支承悬臂轮,边梁腹板上以轴孔为中心设置了辐射状肋板,也是用于分散轴孔处应力。

4.2 升卧轨道

闸门作升卧动作时,上悬臂轮需支承于升卧轨道之上,但在闸门正常运行时,上悬臂轮绕下悬臂轮中心作翻转运动,此时与升卧轨道发生干涉。故升卧轨道有两个状态：闸门正常运行期间,升卧轨道退出工作状态,避免与悬臂轮及活塞杆干涉,见图8；闸门需升卧检修时,升卧轨道投入工作,作为上悬臂轮的行走轨道,见图9。

图8 退出状态的活动轨道示意

图9 工作状态的活动轨道示意

升卧轨道与铰接于闸墩的两连杆形成4连杆机构,在电动推杆的推拉下,升卧轨道可平行转动至闸墩内侧,退出工作状态；或可平行转动至升卧工作位置。

5 启闭设备

启闭设备采用液压启闭机,型号为QHLY-2×2 500 kN-10.75 m。主油缸活塞杆表面采用镀金属陶瓷防腐蚀,检测装置采用内置钢丝绳式绝对值型行程传感器。

闸门宽度比较大,启闭机两侧闸墩内各布置1个液压泵站和现地控制柜。两侧现地控制柜之间采用光纤通讯。闸门启闭时比例流量控制阀，根据实时检测两侧液压缸开度偏差信号动态，实时调节各油缸的进出流量，实现两侧油缸的同步和速度调整。

启闭机机架上还设置了1根辅助油缸，用于改变油缸解除与闸门连接时的倾斜角度,便于与闸门上或下吊叉连接时的角度变换。当切换至与下吊叉连接时,在活塞杆吊叉上安装1套水下自动穿轴装置，完成水下与下吊叉的连接。辅助油缸和水下穿轴装置都利用启闭机液压泵站提供动力。

6 结语

三江口水闸升卧式翻板闸门安装调试表明：闸门启闭、升卧及工况切换等各项动作准确、可靠,至今已运行3 a,状况良好,达到了设计要求。

[1] 刘细龙，贺高年. 论升卧式翻板闸门[J]. 广东水利水电,2011(10):54-55.

(本文责任编辑 王瑞兰)

the Design Briefs of the Lift-Lie Flap Gate at Sanjiangkou Sluice

HE Gaonian, LIU Xilong, HUANG Jun

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute, Guangzhou 510635, China)

The width of Sanjiangkou Sluice is 60meters. A new design has been introduced to its service gate - the Lift-Lie Flap gate. Under the operation condition, it is a flap gate; however it can be switched to a lift-lie gate when it is under maintenance. The functionality is enabled via an operation mode switching mechanism. The supporting span of the gate structure is very wide. As the trilateral supporting structure has been implemented, the height of the main grinder is significantly reduced. This article describes the design features of the gate leaf, the gate slot, the operation mode switching mechanism and the hoist of the new service gate.

lift-lie flap gate； gate leaf；gate slot；operating mode switching mechanism

2016-03-16;

2016-04-06

贺高年(1978),男,本科,高级工程师,从事水工金属结构设计工作。

TV663

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1008-0112(2016)03-0050-03