浅谈底轴驱动回转启闭式钢闸门技术要点及控制措施

李学荣沈 静时爱祥郯 森

（1.江苏省水利机械制造有限公司，江苏扬州 225003；2.江苏省水利建设工程有限公司，江苏扬州 225002；3.泰州市水利局；江苏 泰州 225300）

1 概述

底轴驱动回转启闭式钢闸门不同于其它常规钢闸门上下或左右启闭的方式，因而无需在河道内或两侧河岸上设置架立或开敞式建筑物，只需在两侧河岸边设置埋置式工作井，闸门及底轴全部置于河道内。不挡水时，闸门回转平放于河底，既不妨碍通航或行洪，河道内及岸上也看不到闸门及建筑物；需要挡水时，闸门可回转启闭于任意高程，以控制和调节不同的水位；超过控制水位，门顶可溢流，形成人工瀑布景观。因此，该种门型具有：对景观视野无遮挡，对生态影响小，能与自然环境融为一体，不碍航不阻流，能双向挡水，可任意调节水位并可形成人工瀑布等特点，是近年来兴起并逐渐受到水利、市政，尤其是城市水生态环境治理工程青睐的一种新型钢闸门。

2 基本构成及功用

图1 底轴驱动回转启闭式钢闸门总布置图

底轴驱动回转启闭式钢闸门由底轴系统、门叶、拐臂、启闭系统、止水系统及附属冲淤系统、牺牲阳极和阴极保护系统等几大部分组成，参见图1。

（1）底轴系统是其中最重要的部分，也是最主要的受力部件。底轴系统包含底轴管、轴承、轴承座、穿墙套管等。底轴管套在自润滑轴承内，随轴承座固定于闸室底板上，两端通过穿墙套管伸入工作井内并与拐臂相连接，液压启闭机推拉拐臂进而带动底轴在轴承座内实现回转。底轴管根据闸室净宽及现场工况分节制造，节与节之间可采用内衬套管焊接或法兰螺栓连接。

（2）门叶是挡水的主要部件，为悬臂式结构。门叶底部设有圆弧座板与门叶焊接成一体，圆弧座板上有与底轴管配钻的螺栓孔，用于将门叶固定在底轴管上并随底轴管一同回转，实现闸门的回转启闭。

（3）拐臂以底轴管为回转中心，将液压启闭机推拉力传递给底轴管，使底轴管正反回转。拐臂小端与液压启闭机油缸通过支铰活动连接，大端与底轴管端部通过法兰螺栓固定连接。

（4）液压启闭机是闸门启闭的动力系统，通过分布于闸室两侧工作井内的油缸同步动作，推拉拐臂前后回转带动底轴管正反回转，实现闸门的启闭。为使底轴管受力均匀一致，底轴管两端油缸的运行同步十分重要，一般需采用编码传感和PLC控制等比较可靠的同步纠偏技术。

（5）止水系统在此种门型中比较特殊，不但止水结构形式复杂，而且止水的部位也比较多。

（6）附属冲淤系统是在泥沙含量较高或回淤比较严重的河流中，为防止闸室底板淤积导致闸门无法回转启闭而设置的，并非所有底轴驱动回转启闭式钢闸门都必须配备冲淤系统。冲淤系统一般由高压水泵、闸阀、管道及喷嘴等组成，通过高速喷射水流，定期对闸门底部可能淤积的底板进行冲淤。

（7）牺牲阳极和阴极保护系统是为提高闸门整体金属结构防腐能力而设置的，一般在海水、海淡水混合、重污染水质的水域中才使用。正常水质中对金属结构部分采用热喷锌加油漆涂料封闭的工艺，基本能满足防腐要求。

3 主要部件技术要点及控制措施

3.1 底轴管

底轴管是回转启闭式钢闸门的最关键部件，它两端与拐臂相连并由液压启闭机驱动回转，承受带动整个门体启闭的旋转扭矩；同时，因门叶是固定在底轴管上的，门叶上下游水位差产生的水头压力也作用于底轴管上，使其承受剪力。底轴管的直径与壁厚，由闸门单孔净宽及挡水高度和水位差决定。一般直径大于500 mm的底轴管，常采用厚钢板卷制焊接而成。采用卷焊式底轴管时，制作工艺上要注意底轴管卷制的圆柱度，焊缝的成型及焊接质量；在进行机械切削加工前，一定要进行消除焊接应力的退火处理。同时，要处理好止水贴焊弧面、轴承档贴焊圈的材质、焊接、余量、加工顺序及加工基准控制等工艺问题。分段底轴管加工完成检验合格后，要进行试组装，以检验整根底轴管的同轴度、直线度、长度、分档间距等是否符合要求，合格后才能转入装配工序。

3.2 门叶结构

回转启闭式钢闸门的门叶为悬臂式结构，依靠门叶底部的圆弧座板固定在底轴管上，门叶的两端设有止水构件，与闸室墙间形成止水密封。由于门叶的两端无支撑，在门叶宽度较长的情况下，门叶纵横梁的刚度既要满足门叶承受上下游水位差压力的强度，也要考虑在闸室宽度方向上水力及自重产生的挠度。制作过程中，要控制好门叶整体的直线度、平整度和几何尺寸。受焊缝数量及结构形式影响，门叶顶平面方向易产生挠曲变形且难以矫正，必须在焊接工艺上采取控制措施。门叶底部的圆弧座板与底轴管之间是用螺栓紧固连接的，为保证现场安装时所有螺栓都能准确对位，对圆弧座板与底轴管螺栓孔的配合加工，圆弧座板与门叶之间的焊接顺序，门叶、圆弧座板、底轴管三者各自分段之间的相互对应，都要合理考虑并采取相应的工艺保证措施，否则难以保证之后的安装质量与精度。

3.3 轴承座与穿墙套管

轴承座与穿墙套管是套装底轴管并将其固定于闸室底板上的受力部件。轴承座可采用整体铸钢件或焊接件，机械加工时，要重点控制轴承座内圆轴承孔与轴承座外圆止水圆弧区的同轴度，否则，门叶与轴承座之间的止水间隙在闸门启闭回转过程中会变化，无法保证止水效果。穿墙套管的加工要侧重考虑其止水要求，套管外圈应焊设止水环，保证与二期混凝土的防渗效果；内圆中的止水座板、挡环、压环、调节环等的加工精度与配合间隙，应严格按设计要求制造并进行预组装，保证止水的预压缩量及可调整量满足要求。

3.4底轴系统及门叶的安装

受运输条件限制，回转启闭式钢闸门一般需分段、分件运输到工地现场进行组拼、吊装，因此，现场安装质量的好坏对今后闸门的运行启闭是否正常至关重要，尤其是底轴系统及门叶的安装，更须科学合理，严格控制。

（1）测量与放样。回转启闭式钢闸门安装前应先进行基准点、线和控制点、线的测放，这一点很重要，测放工作做得仔细，点、线布置合理到位，将给后续的吊装就位、装配调整提供极大的便利。测放时闸室中心线、底轴管十字中心线、轴承座等分中心线、穿墙套管十字中心线、拐臂控制线、长度控制线等，都要交叉复测并做好牢固标记，以便安装过程中随时参照和控制。

（2）组拼与吊装。测放工作完成后，即可进行底轴系统的吊装。底轴管按分段先与轴承及轴承座进行组装并检测合格后，再按分段整体吊装就位，因两端的底轴管需从穿墙套管处伸进启闭机室，故应事先策划好底轴管吊装的顺序，才能依序将各分段对接组拼。组拼过程中，应先调整底轴管各分段间角向误差，使门叶圆弧座板固定面、底轴管止水圆弧面在同一控制弧度内，然后调整底轴管水平及侧向轴线度，同时控制好底轴管总长度、长度方向的偏移度、各轴承座之间的距离等分度等，调整时要相互兼顾，联动进行。同轴度调整要以底轴管上相同的加工面为控制基准，而不能以轴承座外加工面为控制基准，否则，同轴度调整会因为存在轴、轴承、轴承座三者累积加工误差和配合间隙而导致偏差值过大。底轴的同轴度偏差值如超标，会使底轴在回转时产生挠曲卡阻，从而使轴承组受力不匀，影响闸门的运行启闭和使用寿命。所有尺寸调整到位并符合标准后，对底轴和轴承座的临时固定点适当进行加强，然后进行拐臂的吊装。拐臂装配主要应控制好拐臂与底轴端部连接销轴孔的偏差，确保拐臂与底轴销孔的相对等分及直径误差在设计允许的范围内，保证每只销轴与销孔紧密配合并能均匀承受推力和抗剪力；左右两端拐臂都装配好后，还要检测两者之间的角度偏差，将误差控制在设计允许的范围内，以便下一步液压启闭机安装时能有效控制和调整左右油缸的同步。拐臂装配结束检测合格后，应先用手拉葫芦或其它设备牵拉拐臂，带动底轴作大于90°的回转，以检查底轴回转是否自如平稳，受力是否均匀，有无卡阻现象，底轴、轴承座组与穿墙套管的同轴度、直线度及挠曲度等是否满足设计要求。

（3）焊接。底轴经盘动回转检查和检测，确认所有指标及参数合格后，须对底轴、轴承座等临时固定点再次进行加固，对易受焊接应力影响的部位采取防变形措施，然后开始进行现场焊接工序。焊接先从轴承座的固定焊开始，由中间轴承座向两边轴承座依序进行施焊。焊缝坡口要清理干净，不得带水含杂施焊，以确保焊接质量。所有轴承座底板及抗剪板都焊接完成后，开始进行底轴管分段缝的对接焊。采用焊接组拼的底轴管，其分段缝的对接焊必须采取正确合理的焊接工艺和控制措施，才能避免因焊接应力分布不匀或过分集中而导致底轴管产生弯曲、变形等问题。施焊时应由中间节开始依序向两端同步进行，环形对接焊缝的焊接，必须对称、均匀、分层施焊，可利用牵引设备通过拐臂带动底轴回转，按区间对称施焊，多次回转多次分层施焊，层与层之间应清理、打磨干净，起弧与收弧部位应逐层错开，直至完成环形对接焊缝的全周焊接。

（4）门叶及圆弧座板装配。底轴管组拼焊接全部完成后，应对环形对接焊缝进行无损探伤检测，确保无焊接缺陷和质量问题后，才能着手进行门叶及其圆弧座板的安装。安装前，先将底轴管上圆弧座板区域的焊缝打磨平整，对隐蔽部位的焊缝进行防腐处理，然后按配对标记对号入座，依序将圆弧座板吊装于底轴管上，装配全部连接螺栓并逐一拧紧固定。圆弧座板全部固定好后，检查座板与轴承座之间预留的止水胶条间隙、座板弧面平整度、座板与底轴管的贴合度、座板总长度等是否符合设计要求，如有超标误差需进行返工修整，直至合格后才能进行门叶的吊装。吊装前，应先在圆弧座板上测放出门叶纵轴线、纵梁前后翼缘控制线、门叶分段及总长度控制线，并进行标记。门叶按工厂内制作时的分段标记吊装就位，从中间节开始向两侧进行，同时要考虑面板与横梁分段错位处的接插顺序。每节门叶吊装均应按控制线进行修正，严格控制纵横方向的扭曲度及叶面垂直度，调整到位后逐节进行临时固定。门叶全部吊装就位后，检测整体的平面度、直线度、垂直度、总长度、与各轴承座的等分度及其它几何尺寸等，全部符合要求后，对临时固定点进行加强，然后进行门叶现场拼装焊缝的焊接。焊接先从门叶与圆弧座板连接缝开始，前后两侧对称施焊。门叶对接缝的焊接的顺序是先梁系后面板，若面板为不锈钢或不锈钢复合板，应选用相应的焊材并采取合适的焊接工艺，以保证焊缝的成型与质量。

4 结语

底轴驱动回转启闭式钢闸门是近些年才兴起的一种新钢结构门型，其应用的行业、地区和范围越来越大，说明其优点正为更多的人所认识。但是，既然是新的门型，也必然会存在一些不足，需要不断改进和完善。除了笔者所述主要技术要点及设计、制造、安装控制措施外，如何进一步解决底轴驱动回转启闭式钢闸门的维修问题，如何提高其底轴、轴承及其它水下部件使用寿命，做到在寿命周期内少维护或免维护，还需要从设计到制造、从材料到工艺进行更多的研究、实践和总结，才能使底轴驱动回转启闭式钢闸门技术日臻完善，应用范围更为广阔。