充压式弧型闸门制作

卢开争，幸能旺

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

充压式弧型闸门通常用于设计水头较深的大型水电站中，如国内的观音岩水电站、红石岩堰塞湖整治工程等工程泄洪底孔闸室中都应用了这种抗渗性强、抗压强、刚性强、密封性强的闸门。其水封工作原理为充压密封，故充压闸门由此而闻名，其中闸门的制作控制和金加工成为了闸门能成功运行的关键工作。

1 制作流程说明

充压弧型闸门的制作是一个流程相对复杂，施工工序相对较繁琐的工作，从设计图纸抵达制造厂，充压弧型闸门的制作工作就进入到施工环节中，从技术部对图纸的审核、细节拆分、闸门工作原理分析等识图工作，进入到充压弧门材料采购、外协件购买、外协厂家等材料采购加工阶段，再到材料入场后检验，车间施工人员开始数控切割，充压弧门的各部件拼装、焊接、矫形，到关键的充压弧型闸门整体拼装焊接、支臂整体拼装焊接等施工工序，充压弧型闸门门叶结构与支臂结构金加工，充压弧门的水压试验等多而复杂的施工工序和制作流程。

2 各施工工序浅析

2.1 材料进厂检验

闸门材料是决定充压弧型闸门质量的主要因素之一，故材料的把控是充压弧型工作闸门的控制重点。钢板的尺寸、外形及允许偏差应符合国家标准中规定的公称尺寸，钢板的化学成分应按照设计图纸相关文件要求进行检测，并满足标准规范要求。另外弧型闸门主要部件使用的材料，如面板、主梁、边梁、吊耳板、支臂等，还应进行钢板的力学性能检测，必须采用各项检测结果均满足要求的钢板，保证闸门的施工质量。

2.2 材料的数控切割、构件拼装

（1）材料切割：材料到厂后，根据拆图后得到的构件尺寸并根据各个制造厂的施工工艺增加适当的工艺收缩余量确定各板材的下料尺寸，如在弧门支臂箱型梁的焊接工艺采用气保焊，则在拆解设计图纸后在原图的基础上增加适当的焊接收缩、矫形收缩等余量。材料数控下料完成后，后续还应按照设计图纸进行坡口切割、打磨等工序。

（2）后续进入腹板与翼板等构件拼装焊接工序。该工序主要为减少弧门整体拼装时，整体焊接热量集中，避免了弧形闸门整体焊接变形较大，质量控制要求不易等难点。

2.3 弧形闸门的整体拼装焊接

弧形闸门的拼装采用卧装的形式进行拼装，详见图1所示，支臂的拼装同样采用卧式的方式组装，支臂的组装见图2所示，拼装时需做好以下工作：

图1 充压弧形闸门制作过程拼装示意图

图2 支臂制作过程组装示意图

（1）焊接收缩余量的控制：因充压弧型闸门的工作环境压力相对较大，钢板材料都相对较厚，在整体拼装时闸门的焊接受热相对集中，焊接收缩变形量较大，拼装时需对充压弧门的曲率半径放适当的余量，保证焊接后弧门的曲率半径满足设计图纸要求；弧门曲率半径的放样计算可参考图3所示方法进行计算得出。

图3 弧门曲率半径计算示意图

（2）支臂的拼装加工余量的控制方法：支臂与闸门结构和支铰配合，配合面均为金加工面，故在控制支臂的金加工尺寸时，应在支臂整体焊接完成后再进行控制两端头连接板的加工余量的加工方法。基本原则是以支铰连接处端头板向闸门连接板处尺寸为主要控制目标，同时与闸门连接板的跨距应和弧形闸门制作的跨距保持一致。

2.4 弧形闸门的整体组装

充压弧形闸门的厂内整体预组装具有以下优势：

（1）模拟现场安装状态，通过厂内预组装可以检验加工是否正确和精度是否符合图纸规范要求；对冲压弧型闸门的质量缺陷更易发现，方便厂内消缺工作的开展；

（2）通过预组装后可在闸门节间各部位安装定位板或安装线等，给工地现场安装时提供相关的技术数据及组装控制点，安装单位通过定位板或者安装线可直接将闸门按照预组装时的状态进行整体组装，提高了工地现场施工的效率，方便现场安装；

（3）完成充压试验检查弧型闸门水压的密封性检测，为安装现场水封安装提供检测数据及安装指导书。

充压弧型闸门整体组装分为地样放样、支臂平台搭建、支臂吊装、闸门吊装、整体加固、调整测量、各部件拆除等工序。

1）地样放样工作：主要工作为规划施工现场平面布置，对支臂的中心线、支臂的高程控制点、弧门面板控制线、弧门的中心线、支铰的中心控制线等通过在刚性平台进行放样和规划，详见图4所示。

图4 弧形闸门组装地样放样控制示意图

2）支臂平台的搭建：支臂平台主要目的为后面支臂的吊装摆放提供支承，也是控制闸门整体组装高度的控制点，是整体闸门组装后主要的支撑受力点，故支臂平台的搭建是弧型闸门组装工序的基础。

3）支臂、支铰吊装：支臂和活动支铰可在吊装前通过紧固件组装成整体后再进行整体吊装到组装工位上；支臂吊装后须及时进行调整就位后采用缆风绳或者其它加固材料进行加固，避免长时间的吊装。

4）充压弧型闸门的吊装：根据闸门的分节从底节开始逐节向上安装，单节吊装完成后及时地调整门叶中心和曲率半径，调整合格后进行门叶的连接加固，保证闸门节间连接牢固，顶节闸门吊装调整就位加固稳定，完成整体闸门的组装工作。安装过程中需注意吊装安全，做好相关安全防护措施。

5）闸门的整体组装质量验收：以设计图纸规范和标准规范为控制标准和公称偏差形成与冲压弧门对应的检测表格，根据检测表格进行控制闸门的整体组装质量，整体组装详见图5 所示。

图5 充压弧门整体组装示意图

6）闸门整体组装验收完成后，按照先装的后拆，后装的先拆的解体原则进行闸门拆除。

2.5 充压弧门门叶结构和支臂结构的金加工

充压弧门门叶结构曲率半径整体控制要求精度较高，公称允许偏差为±2 mm，门叶整体组装后需对门叶的整体曲率半径进行统计，并确定加工余量。金加工时按照组装标记尺寸对闸门的连接板、支臂的连接板进行加工。

2.6 充压弧门水压试验

充压水封主要在充压腔内保持一定的压力值，推动山型水封产生一定的变形保证与门叶面板压缩量，在压力作用下严密封堵闸门面板与冲压水封之间的间隙，通过充压腔内的压力值保证闸门与水封之间无穿线渗漏、射水等情况发生，以达到闸门的封水效果。闸门下闸蓄水前，水封处于自由状态，无压缩余量，待下闸蓄水后利用充压管路对水封与水封座之间的充压腔进行充压，达到设计指标时即可推动山型水封达到设计所需的压缩量，保证门叶与门槽之间的水封达到封水目的。充压水封详见图6所示。

图6 充水水封工作示意图

3 施工过程中注意事项

3.1 充压弧型闸门曲率半径的确定

充压弧形闸门的曲率半径的确定影响较大，从闸门各部件板材最开始的数控下料工序、弧门的整体拼装、过程焊接到闸门的金加工余量加工工序等都受到了曲率半径的影响。同时曲率半径的选择受制造工厂的制作水平、焊接工艺参数、控制效果等多种因素的影响。确定相对合适的曲率半径会优化闸门金加工的加工量，提高制作施工效率。

3.2 充压弧型闸门的整体消应

充压弧形闸门因整体焊接热量比较集中，焊接应力难以消除，故弧形闸门在金加工前的消应是一道必备的施工工序。常规的消应方式为自然消应、振动消应、退火消应等，根据目前的施工效果，建议采用退火消应的方式进行应力消除。

4 总结

充压弧型闸门目前在国内水电站金属闸门中，属制作工序复杂、制作难度最大的闸门种类之一，充分了解充压弧形闸门的整个制作工艺流程和质量控制要求，是该类型闸门制作的必修课，通过本文简单的阐述，望对读者提供一些帮助。