人字门的设计优化

2009年8月水运工程Aug. 2009第8期总第 430期Port & Waterway EngineeringNo. 8 Serial No.430人字门的设计优化慎辰(中船第九设计研究院工程有限公司，上海200063)摘要:长兴造船基地一期工程三号线的船闸闸口门为40m宽人字门，是目前国内已建成的最宽的人字门。介绍人字门.的关键部件一作 为旋转中心轴的顶框和底枢、构成三铰拱结构铰点的支承部件以及液压启闭机的设计思路。关键词:船闸;人字门;启闭机中图分类号: U 641.3文献标志码: B文章编号: 1002- -4972(2009 )08 -0117-03Optimization of miter gate designSHEN Chen(China Shipbuilding NDRI Engineering Co, Lad, Shanghai 200063, China)Abstract: The 40 meters wide gate of lock 3 in Changxing shipbuilding base's phase I construction is thewidest miter gate in China. The design ideas of key components, such as the top and bttom pivots, supportingcomponent and hydraulic hoist, are introduced.Key words: shiplock; miter gate; hoist1人字门设计概况舶，闸首净宽34 m,深45.2 m;拥有百年历史的船闸的工作闸门一般采用的形式有人字门、巴拿马运河人字门净宽33 m;而本人字门净宽40 m,平面直升门、横拉门、弧形门等。其中人字门的深11 m,是目前国内最宽的人字门。应用最广。它是由左右2扇各自绕其竖轴转动的人字门的结构特征决定了人字门越宽，单门叶组成，门在关闭时，门叶轴线与闸室的横轴个门体悬臂越长，这就给门体刚度控制带来难线成- -定的夹角。两扇门在斜接柱上互相支承而度。而人字门是两扇门对关，必须控制门体悬形成三铰拱。门在开启时，每扇门各自旋转到闸臂后产生的变形，保证两门体在关门时对接上,首两侧闸墙的门龛内，对通航净尺寸没有影响。形成相互支承，形成三铰拱。另外，门越宽，长兴造船基地一期工程三号线，在港池和长相应的启闭油缸的行程也增大，油缸长度长,江南港之间建有船闸，闸室有效长度为240 m,变形更难控制。船闸内、外闸口口门宽度和闸室有效宽度为40 m。人字门的布置是人字门设计的首要问题，它在近港池侧的闸门采用的是人字门。其作用除了取决于2个因素:门叶轴线与船闸横轴线夹角;船闸通航需要外，还能挡住厂区港池内的水，使门叶的旋转中心的位置确定。门叶夹角的大小不之不致大量流失。仅影响门扇计算长度，还影响三铰拱的轴向压力人字门作为船闸工作闸门常采用的形式，一及对闸墙边墩的水平推力: 夹角大，则门叶的长般用在门闸口宽度较小的场所，如国内最大的船度Y中国煤化工小，对闸墙边墩闸为长江三峡双线五级船闸，通航3 000 t级船的水CNMHG,则门叶的长度收稿日期: 2009-07-06作者简介:慎辰(1968-), 女，高级工程师，从事非标设备设计工作。●118.水运工程2009年可减少，而三铰拱的轴向压力增加，对闸墙边墩大的力。顶枢采用三角桁架式顶枢，拉杆轴和顶的水平推力也增大，要兼顾了门体长度和力的大枢轴均连接在三角形刚性连接板上，并增设一连小关系。国内已建船闸中,较多采用22.59。而旋杆。当门叶转动时，摩擦力矩由刚性连接板承受,转中心位置的确定，要注意分析左右两扇门主横从而拉杆不受弯矩作用，提高了拉杆的承载能力。梁所形成的三铰拱的几何关系，使旋转中心不与顶枢轴承较大,采用内外圈分离的滚动轴承，更三铰拱的两端铰点重合，将其设在位于支承合力易现场安装、调整更换(图1)。线的上游，使门体结构所受水平作用力和轴向压力的拉、压应力部分抵消，受力更合理。另外，对关键部件一-作 为旋转中心轴的顶枢和底枢、构成三铰拱结构铰点的支承部件、止水设计等从受力合理性、制作、安装调整方便、易于维护等角度考虑，都采用了较好的结构型式,从而达到功能完善、技术先进、安全可靠、维护方便的目的。人字门的主要技术参数如下:闸口净宽: 40 m;闸顶高程: +4.8 m;图1顶枢结构门体尺寸(宽x高x厚): 23.82 mx1 1.03 mx2.8 m;坞槛高程: - -6.0 m;2.2 底枢港池设计高水位+4.5 m,设计低水位+4.0 m;底枢是人字门的重要部件，是保证门叶自由闸室设计高水位+4.8 m,设计低水位-0.36 m转动的下部支承，主要承受门叶自重。它也是人(按极端低水位考虑) ;字门中最容易发生故障的部件。因此，选择好的设计水位组合:港池设计高水位+4.5 m /闸室结构型式、设计合适的零部件非常关键。底枢主要设计低水位-0.36 m;分为固定底枢和微动底枢两类,本设计采用了微动操作条件:静水启闭;底枢的形式，这样半圆球轴只承受门叶自重,而将启闭设备:液压启闭机;自重产生的水平推力传递到闸墙上。由于底枢在水最大启/闭力: 1 800 kN/900 kN;下转动，设计时考虑零部件维护困难，蘑菇轴头上闸门开启时间: ~10 min;的轴瓦首次采用工程塑料合金，省去了润滑油路系启闭机最大设计行程: 7 m;统，避免了因润滑系统油路堵塞而检修不便的难电机功率: 90 kW。题。工程塑料合金具有自润滑、免维护，高承载抗冲击，抗腐蚀性好，钢柔兼备,具有弹性、自2人 字门关键部件的优化设计1-4恢复性等特点，广泛应用在下水设备上。2.1顶枢承轴台固定支座和扇形枕垫座做成- -体，可顶枢是用来防止门叶倾倒、保证门叶自由转以通过加工控制两者的位置关系，并作为其余枕动的上部支承。在安装检修时，可以利用它调整垫的定位基准。门叶旋转轴的位置,使轴线保持垂直。它一般由2中国煤化工根可调节长度的拉杆组成，拉杆- - 端与在闸墙的水压力的主要支承上锚定架铰接，另一.端与固定在门叶上的承轴结YCNMH G部件，定人子门班成二议供相构的铰点，分别布构连接，该结构的缺点是门叶转动时，顶枢轴承置在斜接柱、门轴柱和闸墙上。内产生摩擦弯矩，拉杆受弯，因此，不能传递较目前国内中小型人字门一般采用分段块式支、第8期慎辰:人字门的设计优化●119.枕垫布置,这种结构具有调整工作量小、受力明和无杆腔处各设置了一只溢流阀和单向阀(补确的优点。近年来，连续式支、枕垫块的布置也油)，实现过载保护。另外，系统设置了性能可靠在运用，如长江三峡双线五级船闸，该形式的支、的平衡阀，闸门运行平稳且锁定可靠。枕垫块还兼作止水面，但它对支、枕垫块制造要启闭机的电气控制系统采用人机对话界面,求高、安装工作量大，浇注填料的密实度不易保具有多点监视与控制、泵站信息采集、人字门油缸行程实时显示、故障报警、历史故障查询等功本设计根据水压力自上而下由小变大的特点,能，并能采用手动/程控两种模式进行运行操作，支枕首次采用下部连续、上部分段的组合布置,可靠性高，功能完善。设计更合理，值得推广。4特殊水位组合的安全保护装置3启闭机的设计思想人字门只承受单向水头。根据水位资料:船闸人字门的启闭设备采用的是2套双作用、中内可能出现+4.8 m的水位，高于港池内+4.5 m的水间支承双向摆动安装直联式液压启闭机，其油缸位，因而可能会出现存在一定反向水头的工况。内径与活塞杆直径为D500/d300mm，行程达为使船闸水不致大量流人港池，并保护液压7000mm。通过合理分配缸体前后的重量，确定启闭机，采取了相应的措施一在两扇门对接位置中间支承的位置，均可有效地控制油缸的初始挠设置了插销和闭门锁定装置,使人字门受反向水度，也可有效地减小油缸导向副间的接触压力和头后仍然能合拢，确保闸门安全。磨损。插销位于两扇门对接的下部，设计了一套螺卧式液压启闭机各-套液压系统，采用一用一杆机构，通过机构传动将销轴插人或退出两扇门备油泵一电机组，工作油泵故障时，可及时启动备对接处的销孔座中。插销操作在门顶工作桥上。用泵，通过切换开关来选择工作的油泵-电机组。闭门锁定装置位于两扇门门顶的连接部位。根据闸门运行阻力，将闸门运行初始和结束结构简单，工作可靠,解决了实际工程问题。的速度降低，最大限度地减小在人字门启闭机初始和结束的峰值阻力矩，启闭机带动人字门进行5结语“慢-快~慢”变速运行，并通过PLC设定不同的电长兴造船基地一期工程三号线人字门自投人流信号来控制电比例泵的输出流量来实现，变速通航至今1年多的运行实践表明:采用的各项技平稳、可靠、简单。术先进、合理、可靠，达到了预期的效果。该船由于人字门是对关对开的，因而二扇门必须闸的建成，将闸口口门宽度做到40m,超过了长同步关闭。为实现两扇门同步关闭，闭门动作分2江三峡双线五级船闸，宽度指标实现了新的跨越,次完成。闭门时，门体由启闭机带动，开度仪测量增大了船闸的通航尺度。到广]体转过全角度的90%左右时，控制先到位的门设计中较好地解决了一系列技术难点，为同体停下来，等待后到位的门体,然后两者再同时启类闸门设计积累了工程经验，为我国水利事业在动，完成最后5左右的转动。同步很容易实现。更高的技术水平上持续发展提供了工程实例。液压系统也考虑了同步控制原理，通过安装在两油缸上的位移检测装置来检测比较双缸的行参考文献:程误差，由电控PLC向跟随的电比例泵输人电流095 *k利水由T程钢闸门设计规范[SI].信号，从而控制跟随的电比例泵的输出流量来实[2中国煤化工ys现双缸的全行程同步。[3YHCNMHG范[S].船闸运行中，有时会发生船只撞击闸门的情(本文编辑郭雪珍)况。为避免油缸活塞杆受损,在系统油缸有杆腔