水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝技術(shù)研究

摘 要：水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的制作及安裝技術(shù)，對(duì)于水利工程的穩(wěn)定運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要?；诖耍ㄟ^(guò)深入探討水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的設(shè)計(jì)與制作要點(diǎn)，總結(jié)出安全可靠的閘門的安裝方法，從而提高水電站工程的施工效率、可靠性和安全性的基礎(chǔ)。結(jié)合相關(guān)資料，總結(jié)水電站金屬閘門的基本結(jié)構(gòu)，并對(duì)其設(shè)計(jì)與制作關(guān)鍵要點(diǎn)進(jìn)行分析。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇適宜的金屬材料，提高金屬結(jié)構(gòu)閘門的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并闡述關(guān)鍵的安裝方法，確保閘門的準(zhǔn)確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：水電站；金屬結(jié)構(gòu)閘門；制作；安裝技術(shù)

中圖分類號(hào)：TV7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）12-0050-03

0 引言

水電站作為水力發(fā)電的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到能源供應(yīng)的可靠性和持續(xù)性。水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門作為水電站的關(guān)鍵組成部分，不僅直接影響水利工程的運(yùn)行效率，還與工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的制作及安裝是綜合性的工程，涉及材料科學(xué)、機(jī)械工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)與安裝，可以使金屬結(jié)構(gòu)閘門在不同水位、流量條件下穩(wěn)定運(yùn)行，確保水電站的正常發(fā)電運(yùn)行。

1 水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門結(jié)構(gòu)分析

在水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門中，平面閘門是最常見(jiàn)的一種閘門類型，其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，操作方便，適用于各種類型的壩體和水電站?；⌒伍l門的門體呈弧形，具有較高的水密性和止水性能，適用于大型水電站和高水頭水電站。快速閘門是一種能夠快速關(guān)閉的閘門，適用于需要快速切斷水流的情況，如洪水或事故處理。拍門是一種特殊類型的閘門，適用于河流倒流、潮汐等特殊情況。

水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的結(jié)構(gòu)形式多樣，常見(jiàn)的包括滑門、升降閘、旋轉(zhuǎn)閘等，不同的結(jié)構(gòu)形式適用于不同的水利工程需求。例如滑門適用于水位較大的情況，升降閘適用于需要頻繁調(diào)節(jié)水位的場(chǎng)合，旋轉(zhuǎn)閘適用于水流較大的情況。結(jié)構(gòu)形式的選擇需要根據(jù)具體工程情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理搭配。

閘門需要能夠承受水流、氣候變化、潮汐等多種環(huán)境因素的影響。制作閘門常用的結(jié)構(gòu)材料包括高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、鋁合金等。材料的選擇要考慮其強(qiáng)度、耐腐蝕性、可焊性等因素，以滿足閘門在不同工況下的工作要求[1]。

2 水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門設(shè)計(jì)及制作

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1.1 閘門設(shè)計(jì)

水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門主要包括平板閘門和弧形閘門兩種類型。平板閘門又分為單向閘門和雙向閘門，適用于不同的情況?；⌒伍l門具有較高的水密性和止水性能，適用于大型水電站和高水頭水電站。

在閘門設(shè)計(jì)中，材料需要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受外力和變形。選取材料時(shí)，需要根據(jù)閘門的使用環(huán)境和受力情況，選擇具有足夠強(qiáng)度和剛度的材料，例如，高強(qiáng)度鋼、不銹鋼等材料。需根據(jù)工程的具體情況和要求，確定閘門的形狀和尺寸，比如對(duì)于大型水電站和高水頭水電站。可采用弧形閘門，以獲得更好的止水性能和水密性能。需要根據(jù)水電站的運(yùn)行要求，確定閘門的尺寸和厚度等參數(shù)。

金屬結(jié)構(gòu)閘門需要設(shè)置止水裝置，以防止水流泄漏。需要根據(jù)水電站的具體情況和使用要求，設(shè)計(jì)合理的止水裝置。例如可以在閘門的上游和下游設(shè)置橡膠止水或金屬止水等裝置。閘門設(shè)計(jì)還需要考慮到止水裝置的維護(hù)和更換方便性[2]。

2.1.2 門槽設(shè)計(jì)

門槽設(shè)計(jì)時(shí)，需要明確所采用的門槽結(jié)構(gòu)類型，常見(jiàn)的門槽結(jié)構(gòu)類型包括斜坡式門槽、垂直式門槽以及特殊結(jié)構(gòu)式門槽。結(jié)構(gòu)類型的選擇應(yīng)綜合考慮水流條件、場(chǎng)地地形、材料可行性等因素，確保所選結(jié)構(gòu)既能有效控制水流，又能滿足工程的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

在門槽設(shè)計(jì)中，流體力學(xué)分析是重要環(huán)節(jié)。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定水流在門槽中的流動(dòng)情況，預(yù)測(cè)水流對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，合理的流體力學(xué)分析有助于優(yōu)化門槽形狀，降低水流對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊力，提高閘門運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。為了保證門槽正常運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)科學(xué)的排水系統(tǒng)，合理設(shè)置排水口的數(shù)量和位置，確保在需要排水時(shí)，能夠迅速有效地排除水位，避免閘門的過(guò)度壓力和沖擊。

門槽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)過(guò)程中的重中之重。需要確保門槽能夠承受水壓力、水流沖擊以及其他外部力的作用，防止發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞或變形。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的評(píng)估應(yīng)考慮材料的強(qiáng)度特性，采用合適的安全系數(shù)，結(jié)合實(shí)際工程條件進(jìn)行綜合分析。

2.1.3 啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，動(dòng)力系統(tǒng)的選擇非常重要。常見(jiàn)的動(dòng)力系統(tǒng)包括液壓、電動(dòng)、氣動(dòng)等，每種系統(tǒng)都有其適用的場(chǎng)景。液壓系統(tǒng)通常用于大型水電站，具有承載能力強(qiáng)、調(diào)節(jié)精度高的特點(diǎn)。電動(dòng)系統(tǒng)靈活性較高，適用于小型水電站。氣動(dòng)系統(tǒng)則常用于特殊環(huán)境，如易燃易爆區(qū)域。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是會(huì)直接影響閘門的啟閉速度和力學(xué)性能。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型包括蝸桿傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、液壓缸等，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的緊湊性、效率以及維護(hù)成本，來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型的選擇。在設(shè)計(jì)時(shí)，合理配置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布局，要確保其能夠穩(wěn)定、高效地傳遞動(dòng)力。水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的啟閉速度直接關(guān)系到水流的調(diào)控效果，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需要確定合適的啟閉速度，并考慮到啟閉過(guò)程中的平穩(wěn)性，以防止因過(guò)快啟閉引發(fā)的水流沖擊或結(jié)構(gòu)振動(dòng)。良好的調(diào)節(jié)性能能夠使得閘門在不同水位下都能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的啟閉，適應(yīng)不同工況的需要。

2.1.4 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌的材料選擇直接關(guān)系到其抗磨損、耐腐蝕、承載能力等性能。導(dǎo)軌材料包括碳鋼、不銹鋼、聚四氟乙烯等。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)具體工況和要求進(jìn)行綜合考慮，導(dǎo)軌的類型包括槽形導(dǎo)軌、V形導(dǎo)軌、懸掛導(dǎo)軌等，需謹(jǐn)慎選擇以適應(yīng)不同的閘門結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式。

合理處理導(dǎo)軌表面，有利于減小摩擦、延長(zhǎng)導(dǎo)軌使用壽命。表面處理方式包括鍍鋅、噴涂聚氨酯、硬鉻鍍等。選擇處理方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的材料和使用環(huán)境進(jìn)行合理搭配。潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同樣重要，通過(guò)設(shè)置合適的潤(rùn)滑裝置，可以降低導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，提高啟閉效率，并減少能耗。

導(dǎo)軌的精度要求直接關(guān)系到閘門的啟閉穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)精度，在設(shè)計(jì)中需要充分考慮導(dǎo)軌的制造工藝和加工精度，確保導(dǎo)軌的表面平整度、直線度、平行度等符合要求。導(dǎo)軌的配合間隙也需要合理控制，以防止運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的摩擦力或者松動(dòng)現(xiàn)象[3]。

2.1.5 密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要考慮密封材料的選擇。密封材料包括橡膠、聚氨酯、氟橡膠等，其選擇應(yīng)根據(jù)工程要求、介質(zhì)性質(zhì)、工作溫度等綜合考慮。密封材料需要具備優(yōu)異的耐磨性、耐腐蝕性和彈性，以確保長(zhǎng)時(shí)間的可靠密封性能。

密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到水閘的密閉效果，密封結(jié)構(gòu)包括橡膠密封條、膨脹式密封、液壓密封等。設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)水閘的結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行合理選擇。密封結(jié)構(gòu)還應(yīng)具備壓力適應(yīng)性，以確保在不同水位下保持穩(wěn)定的密閉效果。密封系統(tǒng)需要能承受來(lái)自水壓力的作用，因此需要特別關(guān)注密封系統(tǒng)的耐壓性能。通過(guò)合理的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封材料的選擇，可確保密封系統(tǒng)在水壓力的作用下保持穩(wěn)定的密閉性能，防止水流泄漏。

為了保持密封系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，還需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的防污染措施。水電站運(yùn)行過(guò)程中水中可能攜帶有泥沙、雜質(zhì)等，這可能對(duì)密封系統(tǒng)造成磨損或堵塞。通過(guò)設(shè)置過(guò)濾裝置、清洗系統(tǒng)等措施，可以有效防止污染，提高密封系統(tǒng)的使用壽命。

2.1.6 應(yīng)急啟閉裝置設(shè)計(jì)

應(yīng)急啟閉裝置的設(shè)計(jì)要考慮啟閉速度和響應(yīng)時(shí)間，在緊急情況下能迅速關(guān)閉或打開(kāi)閘門，以確保水電站安全運(yùn)行。設(shè)計(jì)時(shí)需要確保應(yīng)急啟閉裝置具有足夠的啟閉速度，并在接收到緊急信號(hào)時(shí)迅速響應(yīng)，以減小潛在風(fēng)險(xiǎn)。

在設(shè)計(jì)中，應(yīng)急啟閉裝置需要設(shè)置完善的安全保護(hù)系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況，包括但不限于過(guò)載保護(hù)、溫度保護(hù)、防護(hù)裝置等。安全保護(hù)系統(tǒng)有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，防止因故障而引發(fā)更大的安全問(wèn)題。為確保應(yīng)急啟閉裝置在停電等緊急狀況下仍能正常工作，應(yīng)考慮應(yīng)急電源的設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置備用電源、蓄電池系統(tǒng)等手段，保障應(yīng)急啟閉裝置在緊急情況下的自主供電能力[4]。

2.2 制作要點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，采用精密的切割和成形技術(shù)，確保金屬結(jié)構(gòu)閘門的各個(gè)部件精準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)要求。閘門的結(jié)構(gòu)通常需要通過(guò)焊接進(jìn)行組裝。應(yīng)采用高質(zhì)量的焊接工藝，確保焊縫牢固、無(wú)裂紋，提高金屬結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。某些金屬材料需要進(jìn)行熱處理，以提高其硬度、強(qiáng)度和耐腐蝕性。制作金屬結(jié)構(gòu)閘門時(shí)，應(yīng)根據(jù)材料特性合理進(jìn)行熱處理工藝。

在金屬結(jié)構(gòu)閘門制造的每個(gè)階段，都需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。采用先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，如超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等，對(duì)制造過(guò)程中的關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在缺陷。精確測(cè)量尺寸能夠確保金屬結(jié)構(gòu)閘門的各個(gè)部件符合設(shè)計(jì)規(guī)格，達(dá)到裝配要求。

在安裝與調(diào)試階段，需要采用科學(xué)合理的安裝工藝，確保金屬結(jié)構(gòu)閘門能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地安裝到預(yù)定位置，與其他設(shè)備協(xié)同運(yùn)行。進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試和檢測(cè)，便于確保金屬結(jié)構(gòu)閘門的運(yùn)行穩(wěn)定、靈活，且符合設(shè)計(jì)要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決運(yùn)行中的問(wèn)題。

3 水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的安裝步驟

3.1 安裝前準(zhǔn)備

在安裝開(kāi)始前，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，確認(rèn)安裝位置、地形地貌，了解工程環(huán)境和周邊條件，為后續(xù)施工提供詳細(xì)的實(shí)地信息。經(jīng)過(guò)安全評(píng)估后，制定詳細(xì)的施工計(jì)劃，明確安裝過(guò)程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)措施，確保施工過(guò)程的安全性，并準(zhǔn)備好所需的安裝材料和設(shè)備，包括吊裝設(shè)備、起重機(jī)械、安全防護(hù)設(shè)備等，確保設(shè)備完好并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)閘門的實(shí)際情況，確定合適的吊裝點(diǎn)。吊裝點(diǎn)的設(shè)置需要考慮金屬結(jié)構(gòu)的平衡，防止在吊裝過(guò)程中發(fā)生不穩(wěn)定情況。根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)閘門的質(zhì)量和形狀，選擇適當(dāng)?shù)钠鹬卦O(shè)備，起重設(shè)備的噸位和工作半徑要滿足實(shí)際需要，以確保吊裝過(guò)程中的安全性。在實(shí)際吊裝過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控設(shè)備和人工操作，及時(shí)調(diào)整吊裝設(shè)備的動(dòng)作，保持金屬結(jié)構(gòu)閘門的平衡狀態(tài)，防止發(fā)生傾斜或擺動(dòng)。吊裝完成后，進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)閘門的整體檢查，確認(rèn)其在吊裝過(guò)程中是否受到損壞，并采取必要的修復(fù)和保養(yǎng)措施[5]。

3.2 閘門安裝

閘門的基礎(chǔ)施工工作包括基礎(chǔ)開(kāi)挖、混凝土澆筑等工程。基礎(chǔ)的質(zhì)量和穩(wěn)定性直接關(guān)系到閘門的后續(xù)安裝和運(yùn)行，因此在基礎(chǔ)施工過(guò)程中需要確保地基的承載力滿足設(shè)計(jì)要求，確?；炷恋膹?qiáng)度和密實(shí)度等指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的實(shí)際安裝之前，需要進(jìn)行充分的安裝預(yù)備工作，包括對(duì)安裝現(xiàn)場(chǎng)的勘察和清理，確保安裝場(chǎng)地的平整度和安全性。還需要對(duì)安裝工具和設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，確保在安裝過(guò)程中能夠順利使用。

吊裝完成后，將金屬結(jié)構(gòu)閘門準(zhǔn)確定位到設(shè)計(jì)位置，使用定位工具、測(cè)量?jī)x器等設(shè)備，確保金屬結(jié)構(gòu)與其他工程結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置準(zhǔn)確無(wú)誤。金屬結(jié)構(gòu)閘門的安裝需要進(jìn)行連接工作，將其與水電站的其他部分進(jìn)行緊密連接包括螺栓連接、焊接等工藝，確保連接牢固、穩(wěn)定。在定位與連接完成后，進(jìn)行安裝質(zhì)量檢查，通過(guò)對(duì)連接部位的細(xì)致檢查，確保金屬結(jié)構(gòu)的每個(gè)連接點(diǎn)都符合設(shè)計(jì)要求，不存在缺陷和安全隱患。

由于水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門在水中長(zhǎng)期工作，其表面容易受到腐蝕，所以在安裝完成后，需要對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理。防腐處理包括噴涂防腐漆、涂覆防腐涂料等，以提高金屬結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性，延長(zhǎng)使用壽命。

3.3 運(yùn)行調(diào)試

對(duì)金屬結(jié)構(gòu)閘門的電氣連接進(jìn)行詳細(xì)檢查。確保所有電纜、接線端都連接牢固，排除因電氣問(wèn)題導(dǎo)致的潛在故障。金屬結(jié)構(gòu)閘門控制系統(tǒng)的測(cè)試工作，包括對(duì)開(kāi)關(guān)、傳感器、自動(dòng)控制程序等進(jìn)行逐一檢查，以確?？刂葡到y(tǒng)各項(xiàng)功能正常。如果涉及通信系統(tǒng)，需要驗(yàn)證其與水電站整體通信網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通性，確保金屬結(jié)構(gòu)閘門能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)來(lái)自監(jiān)控中心或其他系統(tǒng)的指令。對(duì)金屬結(jié)構(gòu)閘門的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性檢查，確保各個(gè)部件沒(méi)有松動(dòng)、變形等現(xiàn)象，保證整個(gè)結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試工作包括齒輪、軸承、傳動(dòng)帶等。應(yīng)科學(xué)調(diào)整機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，確保金屬結(jié)構(gòu)閘門的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)卡阻。測(cè)試金屬結(jié)構(gòu)閘門的閉合與打開(kāi)過(guò)程，驗(yàn)證其運(yùn)動(dòng)軌跡和速度是否符合設(shè)計(jì)要求，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，確保金屬結(jié)構(gòu)閘門的運(yùn)動(dòng)符合水電站的實(shí)際需求。安全性測(cè)試就是模擬各種突發(fā)狀況，檢查金屬結(jié)構(gòu)閘門的安全性能，確保在緊急情況下，金屬結(jié)構(gòu)閘門能夠迅速、有效地停止運(yùn)動(dòng)，以保護(hù)水電站和設(shè)備的安全。應(yīng)急處理演練目的是培訓(xùn)操作人員在發(fā)生突發(fā)情況時(shí)的應(yīng)對(duì)能力，演練中要包括對(duì)緊急停機(jī)、故障排除等方面的處理流程。

4 結(jié)束語(yǔ)

水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝技術(shù)的研究對(duì)于水力發(fā)電工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用，通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)、優(yōu)化的制作工藝以及先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可以提高水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的性能，確保其長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，從而為清潔能源的生產(chǎn)貢獻(xiàn)力量。

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收稿日期：2023-11-02

作者簡(jiǎn)介：邱志強(qiáng)（1984—），男，甘肅天水人，本科，工程師，研究方向：水工金屬結(jié)構(gòu)制造及安裝。