盐官泵站快速工作闸门振动分析研究

周伟丰，罗林峰

（1.嘉兴市杭嘉湖南排工程盐官枢纽管理所（海宁河道站），浙江 海宁 314411；2.浙江省水利科技推广服务中心，浙江 杭州 310012）

1 概 况

盐官排涝枢纽工程位于海宁市盐官度假区占鳌塔以东500 m 处的环城南路与钱塘江北岸海塘之间，于1995 年2 月开工兴建，1998 年11 月底竣工投入运行。枢纽工程由排涝泵站和排涝闸组成，枢纽主体工程建筑物呈“一字型”布置，中间以分隔墩隔开，西为排涝闸，东为排涝泵站，全长180.13 m。排涝泵站安装3650ZXQ50-2.97 型斜式15°轴流泵4 台，配T 3000-8/1430 型3 000 kW 同步电动机4 台套。泵站总装机容量12 000 kW，设计排涝流量200 m3/s。工程投入运行以来，发挥了巨大的防洪减灾效益。

2 泵站快速闸门及启闭机运行情况分析

在泵站中，特别是以排涝、泄洪为主的排涝泵站中，为了防止水泵运行后停机时水倒流入机组，必须采用断流装置，常用的断流装置有拍门、快速闸门和真空破坏阀[1]。水泵机组起动、停泵的可靠性是泵站安全运行的重要保障。现在大型泵站常用液压快速闸门断流，快速闸门断流的显著优点是闸门可以全开，阻力损失很小。

2.1 盐官泵站闸门及启闭机布置情况

盐官排涝泵站出口采用快速工作闸门、小拍门断流和快速事故闸门。水泵正常断流采用出水流道的快速工作闸门，当失电情况发生时，断流采用出水流道的事故闸门。盐官泵站快速工作闸门设有小拍门，停机前可先将快速闸门关至闸门高度2/3 处再停机，但需注意拍门断流的撞击力。快速工作闸门为潜孔式、单吊点、平面定轮钢闸门，设计水头15 m，每扇工作闸门设置2 扇小拍门。盐官排涝泵站设有8 套QPKY-1×400 kN-6.03 m 快速工作闸门液压启闭机、8 套QPKY-1×800 kN-6.03 m 快速事故闸门液压启闭机，闭门力为闸门自重。每条流道的2 扇快速工作闸门、2 扇快速事故闸门液压启闭机共用1 套液压泵站，共4 套液压站。油缸均为竖式单吊点布置，中部法兰固定，竖直安装在液压启闭机机架上（见图1）。

图1 快速工作闸门液压油缸布置图

2.2 快速工作闸门运行振动情况

2020 年7 月3 日 至8 月7 日，盐 官 泵 站 进 行试运行和应急排涝运行期间，外江快速工作闸门出现振动晃动大、撞击声响、反轮螺栓松动、缓冲橡皮脱落等情况，特别是1#、3#、5#工作闸门及油缸启闭机振动晃动相对较严重，相关紧固件已松动脱落（见表1）。

表1 盐官泵站试运行和应急排涝运行期间快速工作闸门运行情况表

2.3 快速工作闸门振动晃动原因分析

2.3.1 工作闸门开度不够无法完全脱离水流

盐官泵站快速工作闸门最高开度和油缸工作行程受限（见图2），实际运行在设计开度4.7 m 时工作闸门底缘或小拍门还没提出水面，甚至运行开度提到5.6 m 时还有水流波浪冲击闸门或小拍门。

图2 快速工作闸门开度5.6 m 时的状态图

2.3.2 水流流态不利因素影响

大型泵站出水流道宽度大，内设的中隔墙将流道分为左孔和右孔，由于水泵出流环量和出水弯管2 次流共同作用造成出水流道偏流，扬程越高越明显，导致1#、3#、5#工作闸门及油缸启闭机振动晃动较大。

在机组启动时，工作闸门、拍门除了要承受短暂的水流冲开拍门时的冲击力及停机时拍门随水流下拍断流时的下拍力以外，历时最长的承受力还是机组运行期间不规则水流带来的不同方向的力。水流在旋转叶片产生的升力作用下上升，经导叶体进入弯管，弯管再将旋转的直升水流以一定角度引导至渐扩管出水流道，最后冲开拍门进入出水池。这时的流态有旋转型、直线型、与拍门撞击后形成的回旋型，与受流道形状所限在某个角落产生的回流型等各种水流混合在一起，使拍门在水中交叉出现上下浮动、左右晃动、前后冲撞等不规则动作。小拍门的振动晃动加剧闸门振动，甚至产生强力撞击。剧烈振动有可能引起金属构件疲劳变形，焊缝开裂或紧固件松动，造成支座螺栓、柱销等金属零件疲劳损坏。闸门振动还会导致油缸晃动，铜基球形自润滑轴承磨损，油缸密封部件磨损，机架螺栓松动等情况，影响启闭机使用寿命和工程安全运行。

2.3.3 工作闸门、小拍门及启闭机结构影响

盐官泵站工作闸门为单吊点，油缸的下吊头内装铜基镶嵌自润滑球面滑动轴承，门叶竖直悬挂。由于门槽、胸墙尺寸限制，拍门无法设计成小倾斜角，靠自重分力压在门体上，小拍门为铰座自由式拍门，也是竖直悬挂，导致闸门体特别是拍门自由度大，容易晃动。快速闸门闭门速度较快，若缓冲装置失效，将冲击闸门底坎，长期运行使定轮、侧轮、反轮、铰座、销轴等部件松动，构件变形损坏，进而引发闸门运行时的振动和噪音，严重时无法启闭闸门。

2.4 快速工作闸门减缓振动调试

针对上述问题，采用改变闸门运行开度及在高开度利用锁定梁锁定闸门等措施，在2020 年7 月25—26 日进行快速工作闸门减缓振动调试，情况见表2。

表2 快速闸门调试情况表 m

由表2 可知，改变闸门运行开度可以减小振动，由于行程范围限制，效果不理想；而在高开度利用锁定梁锁定闸门对防止振动晃动效果较好，大大减小振动幅度。

3 快速工作闸门振动的应对措施

3.1 调整运行全开位设计高度

闸门振动除了短暂的开机停机时间段，大部分时间是由闸门在全开位时的水流扰动引起。最理想的状态是闸门全开完全脱离水流冲击。但由于水流在工作闸门处流态很不稳定，产生的扰动水流远高于门孔高度，盐官泵站工作闸孔尺寸4.0 m×5.0 m，孔口高度5.00 m，闸门及启闭机设计工作行程4.70 m，油缸最大行程6.03 m，闸门实际最大安全高度5.60 m。实际运行在5.60 m 开度还是受水流扰动冲击。由于门槽、油缸机架平台、油缸行程等因素限制，工作闸门要完全提出水面，改造量非常大，不符合实际。现行应对措施建议设计闸门全开为5.60 m，同时管理运行单位根据实际运行情况可以调整开度以减小振动。

3.2 增设磁铁座和油压推杆搁门器

在每扇工作闸门的2 扇小拍门上安装适当磁力的磁铁座，闸门全开后靠磁铁磁力与门体吸合，限制拍门受水流扰动而晃动。

在工作闸门门槽与事故闸门门槽中间的7.26 m高程平台上安装2 个液压推杆搁门器，闸门两侧各1 个，在工作闸门全开正常运行时，双侧锁定闸门，限制门体自由度，减小闸门振动晃动。搁门器运行方式可以联动和手动，根据口门淤积、闸门振动等情况选择是否投入锁定装置。工作闸门以锁定方式运行时，正常关机前先打开锁定装置，然后进入正常停机程序关闭工作闸门断流；发生事故停机时由快速事故闸门断流，同时工作闸门锁定装置联动打开进行关闸，保证工程安全。油压搁门器较电动搁门器速度快，可以利用现有油压源，无需另设电动机，相对室外和涌潮区较为安全可靠，搁门器也便于闸门投锁进行日常检查维护，液压推杆搁门器需另行设计。盐官泵站采用人工抬扛的锁定梁（见图3）。

图3 快速工作闸门人工锁定梁锁定图

3.3 加强维护管理

维护工作是搞好设备管理、保证安全运行的重要手段。在主机组启动前应全面检查快速闸门控制系统，确认快速闸门能按规定程序启闭。停机较长重新开机时，开机前应检查闸门、拍门，附近有无淤积、杂物，拍门的螺栓、销轴、铰座固定可靠，转动灵活，工作闸门定轮、侧轮、反轮转动是否灵活，间隙是否正常，门体无明显裂缝和严重变形，止水良好，无漏水现象[2]。运行期间，进行巡视检查，观察闸门、拍门、油缸等是否正常，停机后全面检查[3]。按技术规程维修养护好闸门、拍门、导向支撑、转动销轴、闸门连接杆等，保持清洁、润滑良好，各部件连接紧固。汛前、汛期、汛后按运行管理规程做好检查试运行等工作。

4 结 语

目前，用油压启闭机或卷扬式启闭机控制的快速闸门+拍门断流方式应用越来越普遍，快速闸门在整个泵站水工建筑物中起着举足轻重的作用。快速闸门、拍门的形式，启闭时间、速度、开度都应该根据水泵机组性能和实际工况决定。快速闸门、拍门在开启、运行、关闭时产生不同程度的振动现象也较常见。文中快速工作闸门振动应对措施具有很强的实用性和借鉴意义，可为减缓快速工作闸门振动提供参考，同时运行管理单位应加强检查、监测，及时排除隐患，确保工程安全运行。