陡河水庫輸水洞工作閘門啟閉機(jī)檢測分析

趙鵬云

（唐山市陡河水庫管理處 063021）

1 基本情況

陡河水庫位于唐山市東北15km的陡河上游，是一座以防洪為主、兼有供唐山市區(qū)生活用水及下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水等綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫總庫容5.152億m3，設(shè)計(jì)洪水位40.3m，校核洪水位43.4m。水庫工程1956年10月竣工。初建時(shí)樞紐工程主要由攔河壩和輸水洞兩項(xiàng)工程組成。輸水洞在攔河壩左端的鳳山腳下，全長640m。進(jìn)水塔設(shè)兩個(gè)寬1.75m、高3m的長方形進(jìn)水洞口，底高程22.54m，由兩扇平面定輪鋼閘門和兩臺(tái)啟閉機(jī)控制。閘門尺寸2.55m×3.2m（寬×高），啟閉機(jī)為兩臺(tái)2×20t固定式卷揚(yáng)機(jī)。每扇工作閘門前均設(shè)有檢修閘門。建庫以來，陡河水庫輸水洞工作閘門的啟閉機(jī)已使用了51年，近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展和市區(qū)環(huán)境用水的增加，閘門啟閉越來越頻繁，為了解啟閉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，確保工程安全運(yùn)行，2008年1月，管理處對(duì)啟閉機(jī)的啟閉力及運(yùn)行狀況進(jìn)行了安全檢測。

2 啟閉力檢測結(jié)果與分析

2.1 檢測設(shè)備

閘門在開啟過程中的啟閉力是不斷變化的，因此，啟閉力檢測應(yīng)對(duì)啟閉全過程的啟閉力進(jìn)行采集，以確定閘門的實(shí)測最大啟閉力。根據(jù)啟閉力的這一特性，采用自行研制開發(fā)的動(dòng)態(tài)信號(hào)測試系統(tǒng)進(jìn)行啟閉力檢測。動(dòng)態(tài)信號(hào)測試系統(tǒng)由信號(hào)傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀（YD—28）、數(shù)據(jù)采集卡（HY1232）、筆記本微機(jī)和打印機(jī)組成（見下圖）。

動(dòng)態(tài)信號(hào)測試系統(tǒng)框圖

2.2 檢測工況

檢測時(shí)，閘門上游水位32.45m，下游無水，閘門作用水頭9.91m。閘門全關(guān)擋水時(shí)檢測系統(tǒng)調(diào)零，受現(xiàn)場條件的限制，閘門不能全開度啟閉，最大啟門高度約為0.5m。因此，在實(shí)測水位下，閘門從全關(guān)狀態(tài)至0.5m，再至全關(guān)狀態(tài)為一次檢測過程。每一檢測過程重復(fù)進(jìn)行3次。

2.3 檢測結(jié)果與分析

兩扇閘門啟閉力實(shí)測值列于表1。由表1所列檢測結(jié)果可見：

a.右閘門實(shí)測最大啟閉力為18.488tf，左閘門實(shí)測最大啟閉力為17.092tf。

b.閘門兩側(cè)吊點(diǎn)啟吊力相差不多，說明閘門受力均衡，兩側(cè)吊點(diǎn)基本同步。

c.閘門啟閉力的3次檢測結(jié)果基本接近，說明檢測系統(tǒng)可靠，檢測成果真實(shí)可信。

3 設(shè)計(jì)和校核水位下最大啟閉力的計(jì)算分析

啟閉力檢測時(shí)，閘門上游水位32.45m，閘門作用水頭僅9.91m，因此，必須根據(jù)實(shí)測啟閉力推算設(shè)計(jì)水位和校核水位下的最大啟閉力。由于實(shí)測啟門力大于閉門力和持住力，因此，僅需對(duì)最大啟門力進(jìn)行分析計(jì)算。

表1 兩扇閘門啟閉力實(shí)測值

3.1 計(jì)算分析方法

平面閘門啟門力計(jì)算公式為

式中FQ——閘門啟門力，tf；

nT——摩阻力安全系數(shù)，取nT＝1.0；

Px——下吸力，取Px＝0；

G——閘門自重；

Gj——加重塊重量，取Gj＝0；

Ws——作用在閘門上的水柱壓力，Ws＝0；

Tzd——滑動(dòng)軸承的滾輪摩阻力

Tzs——止水摩阻力，Tzs＝f3Pzs；

P，Pzs——作用在閘門和止水上的水壓力；

R，r——滾輪和滾輪軸半徑；

f1，f3——滑動(dòng)摩阻系數(shù)；

f2——滾動(dòng)摩擦力臂。

受現(xiàn)場檢測條件的限制，我們只能獲得實(shí)測水位下的啟門力而無法獲得多個(gè)水位下的啟門力，但在啟門力計(jì)算公式中有f1、f2、f3三個(gè)摩阻系數(shù)未知，因此，要直接利用啟門力計(jì)算公式求得閘門的摩擦系數(shù)是不可能的。為此，我們采取近似的方法，將閘門滾輪摩阻力、止水摩阻力等歸并為混合摩阻力，并以混合摩擦系數(shù)fH來代替滾輪、止水等部分的摩擦系數(shù)。再利用啟門力計(jì)算公式，計(jì)算閘門在設(shè)計(jì)水位和校核水位下的啟門力。

3.2 計(jì)算結(jié)果與分析

由于啟閉力3次檢測結(jié)果基本接近，以實(shí)測值相對(duì)較大的第3次測值為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

在設(shè)計(jì)水位（40.3m）和校核水位（43.4m）下，閘門最大啟門力的計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 最大啟門力計(jì)算成果

由表2可見，在設(shè)計(jì)和校核水位下，兩扇閘門的最大啟門力均未超過啟閉機(jī)的額定啟閉力40t，表明輸水洞工作閘門啟閉機(jī)在設(shè)計(jì)和校核水位下沒有超載現(xiàn)象發(fā)生。

4 輸水洞工作閘門啟閉機(jī)運(yùn)行狀況檢查

4.1 啟閉機(jī)外觀檢查

輸水洞工作閘門啟閉機(jī)已運(yùn)行了51年，由于管理措施得當(dāng)、規(guī)章制度齊全、嚴(yán)格按操作規(guī)程運(yùn)行，啟閉機(jī)的外觀形態(tài)完好，機(jī)架無變形和損傷，卷筒表面、幅板、輪緣無裂紋及損傷，鋼絲繩在卷筒上固定牢靠，壓板、螺栓齊全，開式齒輪齒面潤滑良好，無嚴(yán)重磨損和銹蝕，齒輪嚙合良好，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，無沖擊聲及異常噪聲，減速箱密封良好，無滲漏。制動(dòng)器工作準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作靈活。啟閉機(jī)附屬設(shè)施完善。

4.2 啟閉機(jī)電機(jī)參數(shù)檢測

檢測內(nèi)容包括電機(jī)絕緣電阻、電機(jī)電流和電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)電流、電壓、轉(zhuǎn)速與啟閉力檢測同步進(jìn)行。電機(jī)絕緣電阻的檢測結(jié)果見表3，啟閉機(jī)電機(jī)參數(shù)檢測結(jié)果見表4。

從表3、表4的檢測數(shù)據(jù)可見：

a.電機(jī)的絕緣電阻均符合《起重機(jī)械安全規(guī)程》（GB6067—85）的要求。

b.電機(jī)的電流、電壓和轉(zhuǎn)速均符合運(yùn)行要求。

5 結(jié)語

閘門運(yùn)行多年后，由于閘門支承裝置和止水裝置的變形、損壞等原因，閘門啟閉時(shí)的摩阻力變大，啟閉機(jī)的

表3 電機(jī)絕緣電阻檢測結(jié)果單位：MΩ

表4 啟閉機(jī)電機(jī)參數(shù)檢測結(jié)果

啟閉力將會(huì)增加，從而容易引起啟閉機(jī)超載，造成啟閉機(jī)失事。陡河水庫通過實(shí)測得出正常水位下輸水洞工作閘門的啟閉力，通過反演計(jì)算求出的設(shè)計(jì)水位和校核水位下的啟閉力，均小于啟閉機(jī)的額定啟閉力。在啟閉力檢測的同時(shí)對(duì)啟閉機(jī)電機(jī)電流、電壓、轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明電機(jī)參數(shù)符合運(yùn)行要求。輸水洞工作閘門的啟閉機(jī)是安全的，仍可繼續(xù)使用。2008年輸水洞工作閘門的啟閉機(jī)啟閉40次，閘門啟閉靈活，運(yùn)行平衡。通過全面的檢測，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了科學(xué)依據(jù)，避免了盲目更換閘門啟閉機(jī)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。