向家坝升船机C型水封更换及改造

陈伟

摘 要：对接密封装置是向家坝升船机闸首航槽与船厢水域形成连通器的关键设备，而C型橡皮是对接密封装置的重要组成部分，C型橡皮的使用寿命及运行可靠性则是保证通航效率的关键，对于金沙江流域沿岸经济发展具有举足轻重的意义。本文通过向家坝升船机上闸首对接密封装置C型橡皮撕裂破损事件的现象进行分析并提出改造优化解决方案。

关键词：升船机;对接密封;C型水封;改造;优化;更换;向家坝水电站

中图分类号：U642           文献标识码：A            文章編号：1006—7973（2020）09-0110-03

向家坝水电站升船机布置在枢纽左岸，采用全平衡齿轮爬升螺母柱保安式一级垂直升船机。升船机中心线与坝轴线垂直，其左、右两侧分别与冲沙孔坝段和厂房坝段相邻。升船机由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道几部分组成，全长约1530米。

升船机按IV级航道标准设计，过坝代表船型为2×500吨级一顶二驳船队和1000吨级单船。升船机最大提升高度为114.2米;最小提升高度为92.75米。上游最高通航水位为380米，即水库正常蓄水位;上游最低通航水位为370米;下游最高和最低通航水位分别为277.25米和265.8米。

1对接密封装置的布置与参数

对接密封装置设置于闸首工作闸门顶节门叶的U型结构中，用于上、下闸首航槽与船厢水域的连通。对接密封装置主要由U形密封框及其支承导向装置、水封装置、驱动装置、弹簧柱等组成。

闸首工作闸门节门叶上共布置10套驱动装置，每套驱动装置的液压缸活塞杆经过弹簧柱与密封框腹板连接，液压缸除驱动密封框运行外，还用于向弹簧柱和密封框施加压力，其布置见图1。

2 C型橡皮的使用情况及撕裂事件原因分析

向家坝升船机自投入试通航运行到C型橡皮撕裂事件发生时，上闸首对接密封装置C型水封累计往复运行1148厢次，如果加上调试期间的往复运行次数，约2000次，撕裂的对接密封装置C型橡皮采用的是LD-19橡胶，强度比防100高4Mpa，撕裂部位处于转角处（图2圆圈标记处，实物图片见图3所示）。

闸首对接密封装置转角部位结构受力较为复杂，该部位C型橡皮受到的弯拉应力较为集中，水封橡皮频繁往复运动产生磨损;同时，水封压紧不锈钢螺栓因往复运动出现弯曲、伸长，导致水封压板与座板压紧程度减弱（转角区域尤为突出），使水封螺栓孔承受螺栓集中载荷，加剧水封的磨损;此外，船厢与闸首对接过船，船只进厢进行速度调整及船只加速出厢时，螺旋桨旋转推动的水流进入升船机承船厢与闸首工作门间隙时C型橡皮受到的附加载荷也大大增加（如图4及图5）。多种原因叠加导致橡胶水封紧固螺栓孔处发生撕裂，C型橡皮螺栓撕裂处细节如图6所示。

另外，对接密封装置左岸侧及右岸两侧转角附近水封压板处C型橡皮均有可见凹陷区域，说明此区域内的C型橡皮同样存在一定程度的受拉变形，细节如图7所示。

综上所述，水封破损原因主要有：原设计中C型橡皮为单一橡胶结构，对于频繁性往复运动及较大的集中拉应力的抗拉性能较低;水封压板刚度不够，C型橡皮压紧力不均匀;不锈钢压板螺栓偏软，密封装置来回往复运动时，螺栓有松动的可能。

3  C型橡皮的优化改造

针对上述分析结果，对C型橡皮及其安装附件进行了如下优化。

3.1 增加T型头

在发生撕裂的一端做成T型头，防止水封受力后向内缩动，原结构无T型头与优化后的结构如图8所示。

3.2 降低橡皮硬度，全面增加化纤织物骨架

C型橡皮材料选用6674，物理力学性能符合NB/T35086-2016的有关规定，且应满足HG/T3096水闸橡胶密封件的相关要求，适当降低了C型橡胶的硬度，以改善水封工作适应性，同时在整个C型橡皮固定区域增设化纤织物作为加筋，其物理力学性能符合NB/T35086-2016的有关规定，用以增加C型橡皮的抗拉强度，织物里衬在橡皮分段接头处连续设置，以保证织物在橡胶内的整体连续性，最大限度增加橡皮抗拉强度，即使出现表面断裂射水现象，也可以采取紧急措施关闭船厢门及闸首通航门泄除间隙水，但不会发生撕裂情况，从而保证设备的安全，避免事故扩大，原结构无织物内衬与优化后带织物内衬如图9所示。

3.3 采用镀锌铬螺栓并增加锁紧螺母

将不锈钢螺栓更换为镀锌铬螺栓，提高螺栓的强度，克服不锈钢螺栓偏软的隐患，并增设锁紧螺母，防止螺栓因频繁的往复运动而松动。

3.4 增加水封压板的厚度

将水封压板的厚度由原来的12mm增加至20mm，提高水封压板的刚度，使水封压紧力均匀。

4 新C型橡皮及附件的安装调整

4.1 水封压板

原水封压板已不再适用，新水封压板需进行基面配钻，现场基本无可操作空间，需将原有水封压板进行编号后与新压板进行配钻，原有水封压板编号内容包括位置及方向信息，同时还应包含相邻水封压板的信息，以保证新水封压板与原水封压板可以准确替换。

由于新水封压板厚度增加，因此在制作转角弧形压板时，应保证新水封压板与橡皮接触面圆弧半径等于原水封压板与橡皮接触面的圆弧半径，以保证新水封压板紧固后C型橡皮受力均匀，如图10所示。

4.2  C型橡皮定位及配钻

基本工序：座板划线→C型橡皮划线→C型橡皮吊装→C型橡皮定位调整→全长区域固定→配钻

座板划线：主要对座板水平段中点及转角部位的圆弧中点及切点划线;

C型橡皮划线：主要对C型橡皮水平段中点及转角部位圆弧中点及切点划线;

C型橡皮定位调整：将C型橡皮中点与座板中点对齐，橡皮圆弧中点及切点与座板圆弧中点及切点对齐;

全长区域固定：将调整定位好的C型橡皮用F型夹将其固定，见图11。

配钻：C型橡皮与水封压板进行配钻时，先将中线位置及转角位置进行配钻，固定好关键位置后，再向其他方向延伸配钻。

4.3 螺栓安装

螺栓安装时，橡皮与座板、橡皮与水封压板之间应涂上专用密封胶，防止螺栓孔漏水，螺栓应使用150N·m的力矩进行预紧，然后旋上扣紧螺母并用手拧紧，再用扳手旋紧90°。

5 效益分析

新型C型橡皮优化改造完成安装后，充水动作调试，未发现明显漏水现象，复航近半年时间，新C型橡皮运行良好，密封严密。

目前，向家坝升船机上、下闸首对接密封装置C型橡皮已全部更换为全断面添加织物骨架里衬的新型C型橡皮，其稳定安全运行为升船机的通航效率奠定了基础，向家坝升船机至今还在不断刷新单日通航量的新高。

6结语

在具有高频率往复运动的橡皮水封场合，向家坝升船机原设计采用单橡胶结构水封橡皮在实际应用中遇到问题，橡皮出现螺栓孔处撕裂破损事件，水封未达到预期使用效果，这种单一结构的水封橡皮在此应用值得商榷。结合各地升船机现场实际使用情况，向家坝升船机对接密封装置C型橡皮将单一橡胶结构改造优化为全断面增加化纤织物骨架的结构，在目前看来应用效果十分明显。

向家坝升船机已成为金沙江通航业务的代名词，升船机设备的稳定运行势必大幅提升金沙江航运的动力，为西部经济的腾飞，推动长江经济带发展添上浓墨重彩的一笔。

参考文献：

[1] NB/T35086-2016，水电工程闸门置水装置设计规范[S].

[2] HG/T3096-2011，水闸橡胶密封件[S].