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关于船闸输水调节阀工作异常原因分析及对策

0概述

船闸的金属结构设备中,输水调节阀是船闸的主要设备之一。一般来说,对于中、低水头的船闸,其输水阀门大多数是采用平板式钢闸门,阀门门页的横梁等间距布置,在边柱上设行走轮(4个)。其启闭方式[2]采用液压操作或卷扬机操作。在运行中,由于输水阀门工作较为频繁,当其工作一段时间后,会因为各种原因,造成其工作异常而不能正常运行,并且会由此而经常检修,进而影响船闸的通行状况和运输能力。以下针对输水阀门在运行中出现的一系列工作异常情况,对其原因进行分析,并提出处理措施。

1输水阀门工作异常的具体情况

输水阀门在运行中,所出现的工作异常情况主要有以下几种:在提门和落门时出现油缸压力增大并有爬行和跳动现象(且伴有较大声响);阀门及油缸有较大的振动和摆动;阀门漏水等;而在有些有拉杆抱箍的输水阀门中,还会出现阀门不能下落或提升的问题。如湖南的大源渡船闸(1998年12月投运),在2003年10月,下右输水阀门出现较大漏水,并在提门时,其压力偶尔会增大到16MPa(正常情况下为12MPa),且伴有爬行和跳动现象;在2008年12月,上左输水阀门出现不能下落的问题,并将抱箍支承梁破坏。又如广西的桂平船闸(1989年2月投运),在2005年1月,上左输水阀门和下右输水阀门在提门时,其压力增加到15MPa(正常情况下为7MPa),并有较大振动和爬行跳动情况。

2输水阀门工作异常的原因

从一系列的检查和分析情况来看,造成输水阀门在运行时出现油缸压力突然增大,在落门和提门时有爬行跳动现象(同时伴有声响),甚至有不能下落或上升的情况时,其主要原因如下。

2.1滚轮磨损引起输水阀门工作异常

滚轮是输水阀门的主要工作部件之一,在运行时,其轴套和踏面会在滚动中不断磨损,工作一段时间后,当其磨损量超过水封的压缩量时(以水封压板螺栓头为基准,水封的压缩量一般为4~8mm),便会造成水封被挤压过度而磨损,并且使水封的固定螺栓与水封面摩擦,甚至造成顶水封的螺栓被门楣剪断,从而破坏顶水封和水封门槽。在运行中的表现是:在提门时会出现油缸压力增大,并有爬行跳动现象(且伴有较大声响),若水封受到损坏,则会有漏水现象。另外,由于滚轮轴套和其踏面磨损较大,相应地会使门体与门槽的间隙增大(一般的间隙是5~10mm),这样就容易使输水阀门在充、泄水时受紊态水流的影响而产生较大晃动,并带动拉杆摆动,引起油缸产生摆动或振动。

2.2门体垂直度超标引起输水阀门工作异常

阀门正常运行时,吊杆与阀门重心呈一直线,所以能在门槽里顺畅通行。但若其左右垂直度超标,即超过门体与门槽的间隙(一般为20mm左右),则会使输水阀门上下斜对角的两个滚轮强行往门体中心靠,并与门叶和侧水封以及主轨边缘发生摩擦接触,使其出现卡阻,从而在提门时,出现压力增大或是有爬行跳动现象;而在落门时,同样由于卡阻原因,会引起在落门时的抖动和爬行现象(同时伴有较大声响),且当其垂直度超标越大时,影响也越大。如大源渡船闸的下左输水门,在2006年10月就因这种原因而造成门在下落时的爬行和振动问题。

2.3门槽主轨受损引起输水阀门工作异常

门槽主轨是水下预埋部件,一般采用工字钢预埋。在运行中,受到滚轮压力和摩擦的作用,也会出现磨损或变形等问题,经过长时间运行后,当其磨损和变形较大时,便会造成水封挤压过度而磨损,且使水封的把合螺栓与水封面摩擦,甚至使顶水封的螺栓被门楣剪断,从而破坏水封和顶水封门槽。在运行时的异常表现是,在提门时出现压力增大和爬行跳动现象(并伴有异常声响)。如广西桂平航运枢纽船闸的上左和下右输水阀门,就在2004年12月份同时出现这种问题。

2.4拉杆抱箍引起输水阀门工作异常

有些船闸,由于输水阀门重量较轻,为了考虑动水时加压落门,便在设计时将输水阀门的拉杆上设置抱箍,以做导向用。在运行时,因抱箍与拉杆的间隙一般只有0.2~2mm,受门体晃动的影响,抱箍就会对拉杆产生卡阻,再加上液压系统的操作力非常大,当拉杆受到卡阻时,便会将力作用到抱箍上,这样就会引起连锁反应,一是门在下落和提升的过程中出现压力增大,并有爬行和跳动情况;二是抱箍基座及其基础也会受到损坏。如此形成恶性循环,使输水阀门的运行工况越来越差,甚至不能运行。在大源渡船闸中就曾多次出现这样的问题,如2004年11月份因抱箍引起上右输水阀门落门跳动,2005年8月因抱箍引起上右输水阀门提门跳动,2008年12月因抱箍引起上左输水阀门落不下去,且在以上几起问题中都将支承梁破坏了。

3 防止输水阀门工作异常的整改措施

针对以上所出现的问题,为了减少输水阀门的异常情况,改善其运行工况,可采取以下措施。

3.1 取消抱箍

在设计和改造时,在启闭力和门槽主轨允许的情况下,取消拉杆抱箍,增加输水阀门重量(加配重块),使其不管在什么情况下,都通过自重闭门,这样就可以消除抱箍对拉杆的不良影响。

3.2 减薄水封压板和固定螺栓头部

对水封压板和其固定螺栓,可减少压板的厚度(将8mm改为6mm),将螺栓头车薄5~6mm,以增加水封的可压缩量,留足滚轮及门槽的磨损余量,这样就可以避免因滚轮及门槽过度磨损所引起的水封螺栓剪断问题。大源渡船闸输水阀门都采用了这种处理方法,效果较好。
3.3选用具有良好润滑和耐压耐磨特性的轴套在目前的许多船闸中,其滚轮轴套多采用铸铝青铜ZQAL9—4。这种轴套,其润滑和耐磨耐压特性都不是很好,特别是在水头较高和无润滑情况下,较易磨损。而相对于普通的铸铝青铜铜瓦来说,铸型油尼龙轴瓦、自润滑铜基轴瓦、具有自润滑特性的球墨铸铁轴瓦(经过调质处理)等一系列新工艺、新材料的轴套,则具有较好的润滑和耐磨耐压特性,可优先选用。

3.4 在设计时增大主轨和滚轮的宽度

阀门运行时,对于滚轮、轴套、门槽主轨等部件的磨损,以门槽主轨磨损量为参考,在一个检修周期(10年)内为7.0mm时,属正常现象;而若发现其磨损情况加快,则为非正常情况。在处理时,除了考虑其工作异常外,还可在设计和改造中,针对这种磨损超标问题,采取适当增大门槽主轨、主轮及轴套的宽度,以增加主轮与主轨的接触面积,从而增加主轨、主轮、轴套的持久耐磨性。另外,还可以考虑增加1对滚轮,以减轻原有4个滚轮承受的荷重,减缓磨损。

3.5 保证门槽主轨的承压特性

对于门槽主轨的处理,如果是单纯的磨损问题,一般可采用在其表面加焊薄钢板的办法;而若存在变形问题,则可能是在安装时,其混凝土浇灌不饱满且埋筋数量过少而造成的。所以对于这样的问题,最好是重新对受损段门槽进行加工安装和浇灌二期混凝土,以保证其质量。如广西的桂平航运枢纽船闸,其上左和下右输水阀门在2004年12月所出现的工作异常问题,就是由于门槽主轨预埋质量不好(主轨内侧混凝土浇灌不饱满)所引起的,在重新加工和浇筑后,运行情况良好。

3.6 及时做好常规检修

输水阀门所出现的一系列工作异常情况,除了有些是由于设计不当或选材不当等某些特殊原因所致,主要还是由常规缺陷渐变而引起的。所以为了减少其工作异常情况的发生,在日常工作中,应及时对阀门及其辅助设施的常规缺陷进行检查和处理。一般来说,阀门及其辅助设施的常规缺陷主要有:橡胶水封磨损、阀门主轮踏面磨损、主轮轴磨损、主轮轴套磨损、门槽主副轨道磨损等。另外,还应对输水阀门的垂直度、拉杆垂直度、油缸垂直度、滚轮踏面的平面度、各部位的螺栓紧固情况等进行检查,发现问题及时处理,以保证其在良好状态下运行。

4 结语

从多年对多处船闸[5]输水阀门的工作情况来看,大多数船闸在运行一段时间(5~10年)后,都会出现上述异常情况,而其原因也主要为以上所分析的几种。在实际工作中,由于有些原因具有一定的隐秘性,不易被发现,希望以上分析和对策,为查找船闸工作异常的原因及选择处理措施提供参考。

参考文献

[1] JTJ305—2001船闸总体设计规范[S].
[2] 周华兴.船闸输水阀门开启方式的研究[J].水道港口,1989(2):39-46
[3] 齐俊麟.三峡船闸通航后的运行管理[J].中国三峡建设,2003(6):20-23
[4] 钮新强,宋维邦.三峡船闸的主要技术特色[J].湖北水力发电,2007(5):33-36
[5] 刘元绘.三河船闸阀门主轨道磨损原因分析及处理[J].江苏水利,1997(4):15-16