水力发电厂水工金属结构闸门基础知识介绍

水工金属结构闸门基础知识介绍
1水工金结闸门分类、主要技术参数、结构组成与布置
1.1闸门分类
闸门分类方法较多，主要有：
①按闸门的工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门。

工作闸门(也称主要闸门)是水工建筑物正常运行时能够在动水中启闭的闸门。

检修闸门是供建筑物或工作闸门检修时短期挡水，在静水中启闭的闸门。

事故闸门是在建筑物或有关设备出现事故，能在动水中关闭而在静水中开启的闸门，也称事故检修闸门。

水电站进水口的快速（关闭）闸门是限定关闭时间(如两分钟)的事故闸门。

②按闸门关闭时门叶所承受挡水位的状况分为露顶式闸门和潜孔式闸门。

③按闸门门叶外观形状分为平面闸门、弧形闸门、人字闸门、拱形闸门、球形闸门和圆筒闸门等。

④按制造闸门门叶的材料分为钢闸门、铸造(钢、铁)闸门、木闸门、钢筋混凝土闸门和组合材料闸门。

⑤按闸门门叶启闭时运动方式分为垂直升降闸门、转动闸门、横拉闸门、滚动闸门和升卧式闸门。

⑥按闸门门叶控制方式分为机械操作闸门（手动或电动）和水力自动闸门等。

另外，有些闸门如翻板闸门可借助水力自动启闭，称为水力自动闸门。

选择闸门形式需要考虑其在水工建筑物中的位置、尺寸、设计水头、运用条件、制造能力和安装技术水平等因素，要求做到泄流时水流条件好、止水严密、启闭力小、操作简便灵活、检修维护方便等。

平面闸门和弧形闸门是最常用的门型。

在工作闸门中，大型露顶式闸门和高水头潜孔式闸门多用弧形闸门，船闸上多用人字闸门和横拉闸门，检修闸门和事故闸门一般都用平面闸门。

制造门叶的材料近代多用钢材，而钢筋混凝土多用做需要借自重关闭施工导流底孔的封堵闸门。

此外，在压力管道中使用的将门叶、外壳和启闭机械组成一体的控制设施，通称阀门。

闸门是装于溢流坝、岸边溢洪道、泄水孔、水工隧洞和水闸等建筑物的空口
上，用以调节流量，控制上、下游水位、宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物等，是水工建筑物的重要组成部分。

在水闸工程中，闸门是主体部分，常占挡水面积的大部。

闸门又分为平板闸门和弧形闸门。

1.2闸门的主要技术参数
常用b×h-H表示闸门的主要特征：
b为闸门所封水道口的宽度(m)，
h为闸门所封水道口的高度或挡水位的高度(m),
H为从闸门底缘算起的设计水头(m)。

工程上常用分类结合建筑物的部位以综合的方式命名闸门，如：溢洪道14×10.5-10弧形工作闸门，泄洪洞3.5×11-50平面事故检修闸门等。

（1）平面闸门的主要技术参数
平面闸门的主要技术参数有孔口尺寸、支承跨度、止水宽度、止水高度、设计水头、总水压力、启闭力、吊耳间距和闸门自重等。

①、孔口尺寸：闸门所要关闭的过水孔口尺寸，一般用孔口的宽度×孔口的高度来表示，计量单位为米（m）。

②、支承跨度：闸门两侧行走支承装置的中心线之间的距离，计量单位为米（m）。

③、止水宽度：闸门两侧止水橡胶中心线之间的距离，计量单位为米（m）。

④、止水高度：对于潜孔闸门而言，是指从底止水到顶止水中心线的垂直距离；对于露顶闸门，其止水高度就是挡水高度，在数值上等于露顶闸门的设计水头。

计量单位为米（m）。

⑤、设计水头：闸门设计所能承受的最大工作水头，即闸门前后的最大水位差，计量单位为米（m）。

⑥、总水压力：闸门在设计水头作用下，闸门面板上所承受的水压力总和，计量单位为牛「顿」（N）。

⑦、启闭力：一般指的是开启或关闭孔口时提升或下放闸门所需要的力的大小。

实际上，把启闭机械的提升力（额定起重量）看作闸门的启门力；而闭门力往往被看作是闸门的自重、加重块和作用在门体上的水柱重量之和；对于液压启闭机来说，闭门力又被看作是油缸下行时对门体的作用力。

启闭力一般用千牛
（KN）来计量。

⑧、吊耳间距：对于双吊点闸门，两吊耳之间的距离称为吊耳间距，计量单位为米（m）。

⑨、闸门自重：闸门所有活动不见重量的总和，计量单位一般用吨（t）来表示。

⑩、闸门的外形尺寸：整个闸门在宽度、高度和厚度单方面的最大尺寸，计量单位为（m）。

另外，对于滑动支承闸门，滑块的线压强是指滑块沿竖直方向单位长度所承受的水压力，计量单位为牛「顿」/米（N/m）。

对于滚动支承闸门，滚轮的轮压是指一个滚轮上所承受的水压力的大小，计量单位为牛「顿」（N）。

（2）弧形门的主要技术参数
弧形闸门的主要技术参数与平面钢闸门基本相似，但还有几个特殊的参数，如支铰高程、弧面半径、支臂长度等。

1.3钢闸门的结构组成与布置
（1）平面钢闸门
平面钢闸门由门叶主体、支承、止水装置和吊耳四个部分组成。

门叶主体一般由面板、主横梁、边梁（柱）和次梁组成有面板的梁格结构。

设计水压力通过板梁支承传至门槽埋件，门叶支承部分应用较多的是滑动支承、滚轮支承和链轮支承等。

支承部分也是门叶移动的行走部分。

滑动支承是装在门叶主体边梁处的滑块。

其在固结于门槽内的支承轨道上作滑动摩擦运动，接触处是面或线。

滑动支承多用压合胶木或铸钢块制成，也有用铸铁、尼龙等材料的。

一般工作闸门（包括快速闸门）采用压合胶木滑动支承。

其单位承压强度大，可达4吨/厘米,摩擦力小，结构紧凑。

铸钢块支承多用于受力较小的闸门或检修闸门。

滚动支承是装在门叶边梁上的轮子，其在门槽轨道上作滚动摩擦运动，接触处是点或线。

滚动支承分简支轮支承、悬臂轮支承和轮式台车支承 3种。

简支轮支承能承受较大的闸门压力（每轮可承受100吨以上），滚动摩擦系数小,可减少启门力，因此应用较多。

但其门槽尺寸相对较大，耗钢较多，制造安装要求较高。

悬臂轮支承适用于压力较小的闸门。

轮式台车支承要求门槽尺寸大，布置较困难。

链轮支承是环绕门叶边柱由一系列圆柱滚子组成的形似链条式的闭合链环。

这种支承的闸门也称履带式闸门。

滑动支承的闸门摩擦阻力大，启门力大；滚轮支承摩擦阻力小，启门力也小，但闸门门叶较重；链轮支承也作滚动摩擦，其优点是由数目较多的小滚柱承受闸门的水压力,单个轮压小,使得门槽内敷设的轨道断面小、重量轻。

滚轮支承的闸门，根据闸门特征及梁格布置设有悬臂（外伸）轮、简支轮和台车式轮组。

装设在闸门门叶主体上密封孔口的止水装置一般均为特殊制造的可压缩耐磨橡胶制品，就其布置部位分为顶止水、侧止水和底缘止水。

各止水的接头部位衔接处均在现场配装时进行热胶合处理，以保证周围止水的效果。

平面闸门的吊耳一般均设在闸门门叶主体结构上端的顶横梁上，根据结构尺寸大小和形式可直接焊固在顶梁上或单独制造。

（2）弧形钢闸门
弧形闸门挡水面为圆柱体的部分弧形面的闸门。

其支臂的支承铰位于圆心，启闭时闸门绕支承铰转动。

弧形闸门由转动门体、埋设构件及启闭设备三部分组成。

弧形闸门不设门槽，启闭力较小，水力学条件好，广泛用于各种类型的水道上作为工作闸门运行。

弧形闸门的分类有以下几种：
①按门顶以上水位的深度分为露顶式和潜孔式。

水库水位不超过门顶称露顶式弧形闸门（也称表孔弧形闸门）水库水位高于门顶称潜孔式弧形闸门(也称深孔弧形闸门或高压弧门)（见图3）。

②按传力支臂形式分为斜支臂式和直支臂式。

前者多用于宽高比较大的孔口。

后者多用于宽高比较小的孔口。

③按支承铰轴的形式分为圆柱铰、圆锥铰、球形铰和双圆柱铰式弧形闸门。

④按门叶结构分为主纵梁式和主横梁式弧形闸门等（受背水压的称反向弧门）。

弧形闸门的本体由门叶、支臂、支承铰和止水装置四部分组成。

门叶是近似平面体系的弧形受压面，由弧形面板和主次梁的梁格体系构成。

门叶梁格布置有主横梁系与主纵梁系两种形式（见图4）。

弧形闸门的埋设构件包括侧止水座、底坎止水座、顶止水装置和支铰座承重构件，一般均埋入混凝土相关部位表面以内，起止水严密和承重作用。

中、小型及承受总水压力不大的弧门止水装置用一般橡皮，潜孔式高压力弧形闸门用特制密封橡皮。

露顶式弧形闸门的支铰座承重构件一般均埋入闸墩的悬伸牛腿内；潜孔式弧形闸门支铰座承重梁有的直接埋入大体积混凝土内，有的两端插入边墙内锚固。

主横梁系多用于露顶式或宽高比较大的弧形闸门；主纵梁系常用于高水头宽
高比较小的潜孔式弧形闸门。

弧形闸门的支臂支承门叶并传递径向合力于支铰轴上。

特窄的弧形闸门也有做成一个支臂框架的，称为独支臂弧形闸门。

支臂有直支臂和斜支臂之分（见图5）,后者多用于孔口宽度大的露顶式弧形闸门。

每侧支臂多由两根承压构件（柱）组成。

对高度较大的，每侧也有用三根承压构件的。

支承铰由连接支臂的铰链、固定轴和固定铰座组成。

铰座牢固地与建筑物上的埋设构件联接，并传力于基础上。

支铰要转动灵活，其安装位置应高出下游水面。

支承铰的形式有圆柱铰和圆锥铰等（见图6）。

圆柱铰构造比较简单，制造、安装也较方便，应用普遍；圆锥铰多用于大跨度（宽）露顶式弧形闸门上。

2水工金结闸门止水装置介绍
止水装置的作用是在闸门关闭后，堵塞闸门周边的空隙防止漏水。

闸门的止水装置设置在闸门门叶上，以便于维修更换。

止水也称水封，它的主要作用是封堵闸门与门框之间的间隙以阻止漏水。

止水的材料一般为橡胶，如果止水失效，闸门就会出现大量漏水，严重可导致埋件的汽蚀破坏，也是引起闸门振动的根源之一。

按止水装置的设置位置有顶止水、侧止水、底止水和节间止水。

按材质分有普通水封、橡塑复合水封、无节型橡塑复合水封、夹高强尼龙帆布水封、夹高强尼龙帆布橡塑复合水封、纯塑料水封和金属水封。

按型式分有常规水封、压紧型水封、液压伸缩水封。

3水封粘结工艺及标准
橡胶水封热粘合的操作工艺流程为：端部切平----锉毛----清洗----涂胶浆----模具预热----加胶对接----加压----加热硫化---卸模。

a)端部切平——按图纸所需的尺寸将端部切平，切除时要扣除加胶对接的厚度，长度以取负公差为宜。

b)锉毛——这道工序不仅能去掉接头部位表面的污渍，更主要的是能成倍地增加接头部的面接触，因此要格外认真。

c)胶浆制作——首先用剪刀将胶料剪成碎片，放在容器内，然后用汽油或苯作溶剂，按照“胶料：溶剂”为(20—30)：(80—70)的比例混合，经过一定时间的膨胀，充分搅拌成浆糊状。

如果胶浆太浓可加溶剂搅拌稀释；如果胶浆太稀，可在涂刷时多刷两遍。

在时间紧，接头数不多时不必专门配制胶浆，可采取下述简易获取胶浆法。

将一块对接用的胶料放在一凹处或敞口容器内，上面倒少许溶剂，用漆刷旋转磨擦2---3分钟，即可得到所需的胶浆。

d)涂胶浆——涂胶浆的目的是浸润接头部位表面，增加其接触面的活性，以期获得良好的接头效果。

涂胶浆一般涂刷两遍，每涂一遍要充分凉干，凉干的时间根据气候，温度和通风条件而定，一般为10分钟即可，这时接头部位切忌沾水。

e)对接与加压——进行对接时，要将对接用的胶片剪成需要对接的水封断面形状，周围略放大3mm---4mm，然后将剪好的胶片放在两根需要对接的水封中间，两头用力向中心顶紧，以防缺胶或海棉的情况发生，再合模并用夹具夹牢，用紧螺栓的办法加压。

如用千斤顶的办法则应事先做好框架。

f)加热硫化——加热的热源可根据实际条件，采用电炉，喷灯，氧气乙炔烤枪等一切可以产生热源的方法。

加热温度一般控制在130℃-160℃。

有条件的地方用蒸汽热板加热，饱和蒸汽压力一般控制在0.5Mpa左右。

测试温度可用数字式温度计或表式温度计。

另外，观察温度还可以采用下述方法。

由于用火直接加热升温快，且温度不易控制，可用在加热的模具上洒冷水的方法观察温度。

当模具加热5分钟后(可根据模具大小适当控制时间)，用漆刷蘸一点冷水洒在模具上，如果模具表面的水慢慢地由外缘向中心蒸发掉，说明温度还不够，需要继续加热。

以后每隔二分钟用洒水的方法观察一次，若水一洒上很快就干，说明温度可以了，则停止加热，待硫化反应15分钟后再加热一次，最后硫化反应15分钟后卸模。

冬天露天作业时要加热三次时间也要适当延长。

加热时切忌模具温度过高，因为温度太高会使橡胶水封表面碳化，卸模时橡胶水封接头部位表面发粘, 呈糊状。

当水洒在模具上，小水珠在模具上直跳，说明温度太高，需要即时停止加温，并迅速用浇冷水的办法降温。

g)硫化时间——可根据模具的大小，橡胶水封的外形尺寸和加热的温度灵活掌握。

伸缩缝用的桥形橡胶制品一般硫化30分钟；P60的橡胶水封控制在50 分钟。

另外，橡胶水封的热接头最好在低温130℃-150℃长时间下进行，这样即使出现一些接头质量上的问题还可以补救。

4参考资料
[1]水工机械检修[M]．北京：中国电力出版社，2003．。