水利人字闸门的设计制作与安装技术的探讨

水利人字闸门的设计制作与安装技术的探讨

周翔辉

广东江海机电工程有限公司510500

摘要：结合现当代众多水利设施建设成功的例子，在水利建设中水利人字闸门在其中是占有举足轻重的地位，根据众多案例分析人字闸门的设计要点、制作、安装和维护，从这几点出发对人字闸门的整体施工过程进行有利的探讨，为今后的闸门安装工程累积丰富的经验。

关键词：人字门闸；门制作闸；门安装水利工程

引言：人字闸门是通航船闸中的工作闸门的重要形式，船闸通航时，人字闸门就会在较短的时间里关闭、开启，结构就将加载、卸载，在每次加载前和卸载后，人字闸门尚要承受扭矩的作用，这种荷载的循环频繁，每天约有20至50次。在启闭过程中，人字闸门则依靠顶枢、底枢支承，由水平荷载(壅水荷载、风压力)及竖直荷载(偏心、自重)引起的扭矩主要由背拉杆承受。

1水利闸门的设计特点概述

1.1旋转中心位置的确定。人字闸门旋转中心应设置在三铰拱支铰总推力线的上游侧，且偏离的距离不宜过小。这样布置有两个目的：一是闸门关闭时，门轴柱上的支垫块能迅速与枕垫块接触，使底枢蘑菇头不承受挡水时产生的拱推力；二是闸门开启时，支、枕垫块能迅速脱开，减少支枕块间磨擦阻力，减少枕块间磨损速度。

1.2门体的结构，人字闸门主横梁有两种布置型式：等荷载法与分组荷载法。当闸门门体较高时，由于上部主梁无法根据等荷载原理随意加大主横梁间距，导致上部主横梁的应力较小，达不到主梁变形协调的意图，会引起竖向联结系产生较大的内应力。因此，在门体较高的闸门一般采用分组荷载法布置主梁。根据承受载荷的大小对闸门中间主梁进行分类，并兼顾考虑制造的难度对闸门进行分组布置，达到经济效益和功能上的协调目的。闸门端柱则采用组合截面，并沿推力方向设置推力隔板。主梁之间通过横向隔板相互联系，另外在面板侧布置了水平次梁及竖直次梁，减小面板的区格。闸门的材料主要采用低合金钢Q345B。

1.3扭抗，人字闸门在启闭过程中由于水平荷载和竖向荷载产生的扭矩会导致门体发生挠曲，从而影响闸门的正常运行，甚至出现挠曲过大而使两扇门叶无法准确对中，因此人字闸门的抗扭设计非常重要。

1.4支枕垫是人字闸门关闭挡水时的重要传力构件，也是部分人字门的止水装置，其设计是否合理、安装是否精确、开关过程能否顺利对中均对整个闸门的受力体系有很大影响。

1.5顶、底枢是人字闸门最为重要的部件，其设计的合理性及耐久性直接关系到闸门的正常运转，也影响着闸门整体的维修周期和后期维护成本。

2水利闸门的制作材料与制作工艺

2.1钢板主材料为Q345B，机械性能与化学成分符合GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》的规定要求。焊接使用材料为：焊丝型号为ER50-6，直径为Φ1.2mm。保护气体为CO2，纯度不低于99.8％，露点温度不高于－40℃。

2.2人字闸门主横梁的制造，人字闸门主梁结构形式为工字梁。因人字门结构受力和止水形式的特殊性，工字梁在选材上两端的腹板比中间段腹板要厚，顶、底主梁两端处的腹板比中间段腹板要厚得多。翼板和腹板下料时，板材在长度方向留出焊接收缩量。焊接采用埋弧自动焊，要求背面清根，焊完后进行板材矫正，保证直线度和平面度要求。主梁的装配采用搭设卧拼平台的方式进行拼装，在船型胎架上进行焊埋弧焊接，焊接完成后用型钢矫正机进行矫直。

2.3面板的制造。面板的下料按绘制的分块图进行，分缝处尽量布置在主梁（次梁）腹板处，逐块将其吊放到总拼平台上，逐条拼接纵向焊缝，在拼接横向焊缝，拼接过程中控制面板的局部平面度。下料时考虑焊接收缩量和面板的最后修边量，保证平行焊缝的间距大于500mm。面板对接焊缝的坡口为V形坡口，采用埋弧自动焊，背面清根，焊后进行检查矫正。

2.4端隔板、竖隔板的制造，端隔板是人字门中重要的受力件，结构形式为工字梁，其焊缝不仅要保证结构的水密性，而且要保证结构的受力强度，所以端隔板的焊接质量要求较高，其制作工艺参照主梁工艺。竖隔板是门业的一个纵向联系结构，为T形梁。在单件下料后，对翼板和腹板进行组装，两侧采用埋弧自动焊一次焊接完成，翼板焊接后在型钢矫正机上进行矫正，合格后交给门叶总拼装。

2.5推力隔板、端板等单件制造，推力隔板和端板在人字门中都是重要的构件，一般不允许拼接，在备料时候要特别注意。推力隔板在总组装前，四边都先制备坡口，采用半自动切割或者机加工，端板与支枕块配做的螺栓孔在单件制作时采用机加工完成，所有部件制造检验合格后参与门叶总拼装。

3人字闸门的总拼装技术

3.1门叶的拼装。门叶拼装采取卧拼位，面板在平台上拼装焊接完毕、修正检查合格后进行门叶的部件总拼装。用经纬仪放样划出门叶以及顶底主横梁的中心线，再放出各主横梁、次梁、隔板、端隔板的位置线，按L/1000（L指长度尺寸）留焊接收缩余量。测量对角线，检查无误后，打样冲做出标记，将各构件重合部位的焊缝磨平。

门叶构件的拼装顺序为：先吊装底主横梁，调整、就位、支撑固定；在吊装次梁就位、固定；从中间向两边依次吊竖隔板，就位、固定；吊装端隔板，调整、就位、固定；吊装下一根主梁，就位、支撑固定；按照之前的步骤进行组装；最后吊装顶主梁。从顶主梁开始依次组装两侧的推力隔板，组装各腹板的纵向、横向加筋板等。组装各节的后翼缘板、顶主梁外的顶枢座板及其筋板，门叶整体焊接，检查合格后对主梁端部进行修整，组装端板及挡板，严格控制端板的角度。焊接推力隔板与端板的组合焊缝拆分成单节，局部焊缝进行修补和打磨，翻面，再次总拼，完成未焊接的焊缝。以门叶主衡量中心线为基准，在底主横梁的腹板面内划线组焊底止水座装置。

3.2门叶的焊接。为保证门叶的焊接质量，防止变形过大，在焊接时采取以下措施：施焊人员为偶数，保证左右相对施焊，焊接电流、电压、速度基本保持相同；从中间开始逐步向四周扩散施焊：采用对称、分段逆焊的焊接方法；填充较大的焊缝，采用多层多道焊；采取二氧化碳气体保护焊；

焊接顺序，焊接顺序为：焊接隔板后翼缘与主横梁后翼缘平角焊及隔板腹板与主梁后翼缘角焊缝。焊接主梁腹板与竖隔板的组成逆焊缝，由内向外焊接。角焊缝要求分层对称施焊，第一层分段逆焊，其余各层自下而上一次焊完。主梁腹板与端隔板组成的逆焊缝，由两侧同时对称焊完。粱系之间的焊缝全部完成后，进行门叶几何尺寸检查，在进行面板与粱系框架连接缝的焊接。先焊主梁前翼板与面板连接的平角焊缝，竖隔板、端隔板与面板之间的平角焊缝，分区对称、分段逆焊。其次焊接次梁与面板的平角焊缝，采用分区间断焊、分段逆焊。完成所有的平角焊和逆焊缝。所有的焊缝在检验合格后进行焊接。

3.3门叶的总装工艺。焊接完成之后，检查整扇门叶的宽度、高度、对角线尺寸、纵向隔板和面板等的错位情况。合格后再门叶组合出做上明显的标记、编号，设置可靠的定位块装置。在门叶上测放出门叶的中心线、顶底主梁中心线，再在顶底主横梁上测放出门轴柱和斜接柱的支撑承压连线，以此为基准，确定门轴柱和斜接柱支枕垫的位置中心，并做好标识。以底主横梁腹板中心线为基准划出底止水座的装配线，以顶底主横梁的横向中心线为基准确定顶底枢的旋转位置中心线等，并以此为基准，确立底枢顶盖、顶枢架及倒卡座与顶、底主横梁的连接面。采用专门镗铣设备对底主横梁腹板与底枢顶盖接触面进行铣洗削加工。加工完毕后，按规范及图纸要求，检查平面度，表面粗糙度等。吊装底枢顶盖到位调整固定，然后配置螺孔。在分节位置，打样冲眼做好相关安装标志，门叶结构转入防腐工序。

结束语：水利人字门质量标准高，从众多工程人字门的制作安装结果检验，该工艺是可行、成功的。焊接技术焊接变形得到了良好的控制，各个重要部件重要尺寸满足规范要求，各项指标均达到了设计标准，是水利工程船闸人字闸门制作安装的成功经验。

参考文献：

[1]《水利水电工程钢闸门制造、安全及验收规范》GB/T14173-2008

[2]《钢结构焊接规范》GB50661-2011

[3]《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74-2013

[4]刘孟穆.船闸人字闸门设计{M}.北京.中国水利水电出版社，2007.