船闸人字门运行振动原因及故障对策处理

船闸人字门运行 振动原因及故障 对策处理

梁梅莉

（ 南宁交通资产管理有限责任公司 广西 南宁市 530000 ）

摘 要：人字门是船闸工程中的组成部分，具有技术先进、工艺合理、结构紧凑、安装可靠、维修方便等优点。本文对船闸人字门在充水和泄水过程中所出现的振动问题进行分析对其情况进行介绍，并提出预防和整改措施，以供参考。

关键词：船闸；人字门；安装控制；振动原因；浮箱；解决措施

引 言

随着我国经济的快速发展，水路运输以其运输能力大、运输成本低的优势，得到迅速发展，相继开工建设了一系列航电枢纽和船闸，以此来渠化河道，提髙航道等级，提升水路运输能力。在各地所建的船闸中，尤其是对承受单相水头的大、中型船闸，由于人字形钢闸门具有受力明确、运转灵活可靠、节省费用、制造安装方便等优点，已得到广泛使用，并且整体使用情况良好。人字闸门是船闸的一种挡水设备，挡水时会形成“人”字形。闸门工作时，两扇门叶构成三铰拱，从而承受水压力；水道开放时，两扇门叶位于边壁的门完内，不承受水压力。人字门在长期使用中，受到水流、环境等因素的影响，容易发生振动现象，不仅威胁结构安全，还会缩短使用寿命,应当引起重视。

1、船闸人字门振动的综合性因素分析

1.1充水泄水操作

船闸人字门的自振频率是固定的，充水、泄水时的水力脉动和自振频率相重叠，就会引起振动现象。例如：人字门的基频是5-16Hz，而充水、泄水时的最小、最大水力脉动为1Hz－20Hz。对于此类原因，通过调整充水、泄水的时间，来改变水力脉动特征值，使其偏离人字门的自振频率即可。

1.2水封问题

1. 水封选型不合理，以常用的P型空心水封为例，由于硬度大、反弹系数高，抵抗变形的能力小。一旦人字门发生变形，就会出现间隙和漏水现象；如果背水压力小，会导致人字门弹开漏水。

2. 预埋水封面时，如果平整度不达标，随着背水压力减小，水封会反弹出现间隙而漏水，甚至造成汽蚀、损坏等现象。

3. 水封压板、垫板结构不合理，运行时底板刮擦出现翻边现象，继而损坏水封

1.3对中位置不准

人字门的设计遵循对称性原则，精确安装到位，才能促使水封和工作面紧密贴合。安装期间，如果对中位置不准确，可能出现一边到位、另一边不到位的情况。对于不到位的一侧，水封和工作面之间会产生间隙，继而出现漏水现象。人字门错位严重，是引起振动的重要原因。

1.4背拉杆松动

人字门的运行，是依靠门体和背拉杆的应力作用，实现开门、关门的效果。随着工作时间延长，背拉杆在反复作用下可能发生松动，降低了门体和背拉杆的结构强度。在此影响下，门体会发生变形，当斜接柱下角点的位移量超出限定值，底水封就会出现间隙，继而产生漏水和振动问题。

1.5油路不畅

人字形闸门启闭机油缸行程开关为前后双限位布置。正常情况下，行程监测由前置的限位开关负责，基本触发不到后置的开关。但是，当前置限位开关供电故障时，闸门关闭动作发生，限位挡块虽触发前置限位开关，但中继不吸合，无反馈信号入PLC设备，油缸未收到行程到位的信号，继续运行，直至行程竿挡块触发后置的限位开关，闸门才停止运行，此时闸门发生碰撞，引起振动。

1.6环境温度过高

人字门安装完成后，大部分在水上，小部分在水下，夏季水温在20℃左右，水上温度则达到40℃。强烈的气温也会造成船闸人字门引起振动的发生，这是由于人字门的背拉杆为开状是比较细长的杆件，所以受到热胀冷缩的作用下发生一些改变，比较火热的天气会造成人字门背拉杆伸长，还会造成其预应力发生松弛，有时还可能造成人字门的门体发生变形，从而有可能引发振动。所以在比较炎热的天气可以对人字门进行适当的降温。

1.7人字门结构的自振分析

对于船闸人字门的结构来说，由于运的工况不同和边界条件变体巨大，从而其自身的自振频率发生的变化也非常的大。另外，人字门的背拉杆的预应力对自振频率的所产生的影响，同一扇人字门在同样的运行状态，背拉杆预应力的多少与自振的频率也会有所不同。在增加背拉杆的预应力之后，船闸人字门的自振频率逐渐提升，从而让背拉杆的预应力与门形都能达到安全运行的相关标准。所以船闸人字门的背拉杆预应力出现松弛也有可能会让人字门发生振动的情况。

2、船闸人字门运行振动的预防及对策处理

2.1改进底水封的结构

1. 恰当选型，根据水头情况，对于较低水头的船闸，可选用软一点、弹性好的实心“P”型水封（对于10m左右水头的船闸，选用硬度在50左右的便可）；

2. 平整水封的工作面，确保紧密粘贴在一起，避免出现间隙、漏水；

3. 增加水封垫板的宽度，直至P头中心线，将水封压板改造成L型，促使两者顶在一起，避免运行时水封会翻边、损坏；

4. 提高水封材质，以尼龙帆布材料为例，不仅弹性强、抗老化，而且工作性能良好。如此优化，可以避免或减小水封变形，防止漏水引起的振动问题。

通过以上措施，可以消除底水封本身所存在的漏水问题，并且改善其弹性特性，留足因各种原因所造成的变形余量，尽可能防止底水封因人字门变形或较小错位而漏水。

2.2增设位置开关，消除人字门在关门时的错位问题

通过增设位置开关，保证液压系统的精准性和可靠性，避免行程死区和漂移所造成的累积误差，以确保人字门在每次关门时都能尽量对中，从而消除因错位而造成底水封出现漏水的问题。如在大源渡船闸中，人字门在运行之初没有设置位置开关，只靠油缸行程判断，关门时常常会出现错位，而在增设位置开关后，则很少出现错位或错位量很小，振动问题也随之减轻；又如在株洲船闸中，人字门在安装之初就设置了位置开关，所以其在关门时很少出现错位问题，若无其他因素影响，人字门一般不会出现振动。

2.3加强人字门的刚度

在设计中，从人字门本身入手，提高门体刚度，可以增强变形抵抗能力，常见措施如下：

1. 增加人字门的厚度；

2. 提高背拉杆的强度；

3. 使用双背拉杆结构等。

在安装施工时，技术要点如下：

1. 调整斜接柱下角点的位移量，一般调至最小，为人字门预留出变形余

量，避免底水封变形、漏水；

2. 将传统背拉杆改造成双层背拉杆，以斜接柱下角点的位移量为准，改

造后顺水流方向位移、竖向位移明显减小，说明门体的抗扭刚度、竖向刚度均显著提高。有模拟数据表示，若对大源渡的人字门进行改造，将原来的一层背拉杆改为双层背拉杆，改造后的门体刚度将有很大提高。

以人字门在自重作用下斜接柱下角点位移为指标，其顺水流方向位移可由原来的23.3mm减小到7mm,竖向位移可由原来的-3.9mm减小到-1.8mm,即人字门横向抗扭刚度提高了3.3倍，竖向刚度提高了2.2倍。

2.4在运行中及时调整背拉杆的预应力

在人字门运行一段时间后，注意观察背拉杆的运行情况，若有松动，应及时对其预应力进行调整，以便将人字门的变形调整到规定范围内，并提高其刚度，从而防止底水封漏水而引起振动。针对这一点，大源渡船闸曾做过多次测试和调整，每次将松动的背拉杆调紧后,其振动情况则有明显改善。

3、结束语

人字门是船闸的重要组成部分，船闸人字门的运行受到时多种因素的影响，并且其结构也十分的复杂，所以在运行中会发生不同的振动现象。但人字门只要设计合理，并且对背拉杆的预应力做好相应的处理，定其对其进行相关的维护保养，发生轻微的振动时要快速的进行处理，避免人字门在振动中引起其他部件损害，从而发生较大范围的振动现象，以此提高人字门的正常运行，以此消除振动，促使船闸安全稳定运行。

参考文献：

[1]刘孟穆.船闸人字门设计［M］.北京：中国水利水电出版社,2007.

[2]宋端想.人字门船闸常见闸阀门运行故障分析与处理田.河南科技，2018(17).

[3]黎茂芳.崔家营航电枢纽船闸人字门振动处理[[J].设备管理与维修，2017（35）.

[4]何文娟，王朝晖，宋一乐等.航电枢纽船闸人字门振动原型测试及数值研究田.水电与新能源，2018(5).