水工金属结构浮筒闸门制作工艺及方法.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER140第 39 卷第 8 期0 引言水工金属结构以闸门为主，具体种类既可按工作性分质为工作闸门、事故闸门、检修闸门等，也可按型式分为平面闸门、浮箱闸门、弧形门、三角门、人字形门、浮筒闸门等，这些闸门在水利工程运行中起着决定性作用，因此其制作质量必须要保证科学性与优质性，而浮筒闸门在常规的闸门当中比较少见。所以，有必要对浮筒闸门结构及制作的工艺展开研究讨论。1 工程概况某项目进水口金属结构设备的泄水塔为岸塔式，采用活动孔浮筒闸门分层取水。从上游开始，进水口处设置 1 道拦污栅，并在拦污栅处设置清污机。拦污栅后面设置 1 道叠梁检修门，叠梁检修门后面设置浮筒闸门。水流通过浮筒闸门内部，再经过浮筒闸门后方的 1 道旋转滤网。在出水口处设置 1 道事故闸门。2 浮筒闸门结构组成浮筒闸门的门体为 1 直立空心圆筒，顶部用浮箱式以封闭水平面为圆形孔口的闸门，一般有露顶式和潜没式两种。前者适用于水头不大和上游水位变化较小的情况。浮筒闸门的整体组成结构是由预埋件、浮筒闸门门体、导向结构、止水系统、缓冲装置等组成（见图 1），其中预埋件包括了侧轨，底坎；浮筒闸门门体的组成为筒体，浮箱，喇叭口，浮筒水工金属结构浮筒闸门制作工艺及方法刘琦（广东省源天工程有限公司，广东 广州 510000）摘要：随着水利技术的发展及景观工程的要求，闸门的结构也采取多样的结构，对产品的结构、质量、成本提出了更高要求，基于此，围绕浮筒闸门的结构、制作工艺等方面，分析了浮筒闸门结构制工艺的基本组成，研究了浮筒闸门结构制作的具体工艺方法，以促进水工金属结构制作施工的质量与效率提升。关键词：水工金属结构；圆盘式浮筒闸门；制作工艺；结构组成中图分类号：TV663+.5文献标识码：B文章编号：1006-3951(2023)08-0140-05DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2023.08.032Manufacturing Process and Method of Hydraulic Metal Structure Float GateLIU Qi(Guangdong Yuantian Engineering Co.,Ltd,Guangzhou 510000,China)Abstract:With the development of water conservancy technology and the requirements of landscape engineering,the structure of gates has also adopted a variety of structures,posing higher requirements for product structure,quality,and cost.Therefore,this paper focuses on the structure and manufacturing process of the float gate,analyzes the basic components of the float gate structure manufacturing process,and studies the specific process methods of the float gate structure manufacturing to promote the quality and efficiency improvement of hydraulic metal structure manufacturing construction.Key words:hydraulic metal structure;disc float gate;technology;structural composition收稿日期：2023-03-06作者简介：刘琦（1984-），男，广东河源人，高级工程师，主要从事水利水电工程金属结构制作安装工作。*刘琦 水工金属结构浮筒闸门制作工艺及方法141闸门采用 8 个活动孔口浮筒式圆盘闸门进行分层取水，顶部布置 1 个圆柱状的上浮箱，然后再通过导流喇叭口与最顶 1 节筒体连接，最顶的筒体外侧布设 1 个环形浮箱；导向结构由臂杆和侧轮座组成；止水系统由侧止水及缓冲橡皮兼止水。缓冲装置由缓冲底座及缓冲橡胶及压板组成1。2）钢板划线前，将钢板的铁锈、浮皮，油漆等污物清除干净。3）划线符号及标记、管轴线符号、切割线符号、R 曲线：-Rxxx-表示钢板从此面进行卷板，弯曲半径R是多少。凡是需要切割的地方，都打上冲眼，冲眼间距 20 30 mm。冲眼中心必须打在弹出的粉线3。3.1.3 浮筒闸门直径展开、工艺余量计算浮筒闸门筒径展开计算公式L=（D+）（1）工艺余量计算与确定L=（D+）-nb+ns （2）式中：L单节浮筒闸门划线总长度，mm；钢板厚度；D浮筒闸门内径；b每一条焊缝的间隙值；s每一条焊缝的收缩量；n焊缝的条数。3.1.4 切割及坡口加工钢板的切割采用半自动切割机切割的坡口。钢板切割后，坡口上不得有裂纹，边缘上的毛刺、卷边、熔渣等去掉。坡口不符合要求时，需用砂轮进行修正，使坡口符合要求4。3.1.5 卷板卷板前不需要作压头处理，可以通过卷板机直接进行卷圆。由于是长钢板卷圆，为防止钢板在卷制过程中产生变形，将卷板机两端的钢板吊住起，使钢板不会出现下弯现象。板料在上下辊之间的位置必须放正，务必使板料上画好中心线与下辊的中心线保持平行，否则卷出来的工件会出现歪扭现象；凡属卷浮筒闸门圆筒时，在调整两端上下轴辊的距离时，轴辊的升降应该是左右对称5；掌握好工件的曲率；防止鼓肚现象。浮筒闸门的弧度的偏差用弦长为 1m 或以上的样板进行检测，浮筒闸门的弧度与样板检查弧度间隙不应大于 2 mm，在全长范围内检查上中下 3 个断面。卷板时，不允许锤击钢板，防止在钢板上出现任何伤痕；浮筒闸门对圆在平台上进行，其闸门筒口平面度不应大于 2 mm。浮筒闸门的实际直径与设计直径差 D/1000，测量的直径组数不小于 4 组。单节浮筒闸门长度与设计值之差不应图 1 浮筒闸门的整体结构3 浮筒闸门的制作工艺3.1 单节浮筒闸门的制作圆筒套装时，由直径从大到小、从上到下、依次套接。单节浮筒闸门的制作工艺如下。3.1.1 平板采用平板机矫正钢板：首先把要矫平的钢板在平板机上滚出适当的弯度，弯度的大小以钢板的凹凸处是否被滚平为准，然后翻转钢板，按照钢板厚度调整好上下轴辊之间的距离，将钢板滚平2。对于变形严重的部分，在滚动时用较软铁皮垫放在钢板凸起处随钢板一起滚轧。这样在局部增加压力的情况下，钢板凸起处会很快滚平。所有经过矫正的钢板表面不应有裂纹等损伤，矫正后的钢板在平板上用 1 m 长的钢尺检查，其间隙不得大于 1 mm。3.1.2 划线1）划线前的准备工作：熟悉施工图，钢板的检查，划线量具及工具的准备，计划用料。142云南水力发电2023 年第 8 期超过 5 mm，如经设计部门同意，认为单节长度的偏差对浮筒闸门总长度和浮筒闸门受力状态没有影响，则允许长度有所变化6。3.1.6 浮筒闸门筒壁对接同一节浮筒闸门允许有两条纵缝，管径大于或等于 600 mm 时，纵向焊缝的间距大于300 mm。对口时使内壁齐平。纵向焊缝放在管道中心垂线上半圆的 45左右处；环向焊缝距支架净距离不应小于 100 mm，两相邻浮筒闸门环向焊缝的间距不应小于 200 mm。且任何位置不得有十字形焊缝。1）纵缝对接（对圆）。浮筒闸门对圆在平台上进行，筒口平面度控制在表 1 范围内。各项检查数据满足要求后方可进行点焊加固，并采用型钢及工具卡在两端管口加固，拆下平台，进行纵缝焊接（用埋弧自动焊焊接）。2）环缝对接，浮筒闸门对装时要将每相邻两节管的纵缝间距大于板厚的 5 倍，且不小于300 mm。环缝错口的允许偏差应为壁厚的 15%，且不得大于 2 mm，纵缝错口的允许偏差应为壁厚的 20%，且不得大于 2 mm，焊接完成 24 h 后按要求进行无损探伤，合格后才能进行下一道工序。表 1 浮筒闸门平面度偏差控制序号筒内径（m）平面度偏差1D 52按一类焊缝进行无损探伤。3.1.7 闸门筒壁的拼装及调整通过卷板机卷制出来的管还存在一定非圆弧区域，并且闭合端不可能合拢状态，需在平台上调整。先在平台上铺足够大的钢板（两块钢板连接的通过点焊连接），划出圆筒平整端的外圆周线，将卷制好的圆筒吊于平板上，圆筒平整端面压在平板上，利用天车进行初步对弧，再通过顶管方法使圆筒平整端面与划好的圆周弧线吻合，闭合缝点焊。上方的闭合可通过调整螺栓使其闭合。制作浮筒闸门的浮筒中部内弧样板校核其弧度，通过用千斤顶方法或重新进入卷板机进行调整处理。闭合处点焊并检查合格后，上、下圆周用型钢加固，下平台，进行闭合纵缝的焊接7。对圆组装在专设对圆平台上进行，首先进行平台清理，去除平台上的一些不用的工装卡具与多余焊疤。用水准仪测量并用楔形板调整支墩顶面水平，使顶部相对高度差 2 mm。用划规与钢卷尺在平台上放浮筒闸门筒壁内径、顶底左右中心线。对圆前先用砂轮打磨去除掉瓦片纵缝上的油漆、铁绣等污物，然后进行圆筒对圆组装。对圆时采用专用工装设备进行操作。对圆成型后安装调圆加固工装，增加刚性，控制变形。浮筒闸门利用浮箱的浮力进行上下伸缩来调整取水的位置，因此对焊缝的焊角要求与平常的闸门焊缝要求不一样，浮筒闸门的加劲环、筒壁等的钢板如需要拼接时，相互接触的工作面，如筒壁内外表面、下加劲环的两个面的焊缝必须打磨平。3.1.8 加劲环、止水装置及缓冲装置单节浮筒闸门的筒壁卷制完成后，在顶、底部焊接加劲环。在焊接加劲环时，采用加劲环对装工装（如图 2 所示）进行加劲环的对装，以保证浮筒闸门的筒径在对装焊接过后筒径的尺寸保?图 2 加劲环对装工装图持不会因焊接而收缩，在浮筒闸门的上部加劲环设置缓冲装置，缓冲装置由圆环型的缓冲橡胶和环形的压板，缓冲橡胶中心开圆形凹状沉头，通过螺栓将缓冲橡胶固定在加劲环上，螺栓头部沉入橡胶中，使上一节的浮筒闸门下加劲环可以与缓冲橡胶向外凸出面紧密贴实，起到缓冲及止水的效果。另外加劲环的螺栓孔应与缓冲装置的底座配钻；侧止水、侧止水压板、止水连接板等同时配钻，已保证螺栓的精准。对于圆环形止水，由于制作及运输的问题，将圆环型的缓冲块分成 4块制作。在浮筒闸门的上下端设置加劲环，起到加强刘琦 水工金属结构浮筒闸门制作工艺及方法143筒壁端口的强度，也方便安装卡环装置，能过下卡环套设在下方的圆筒单元上，使得伸缩圆筒拉伸至顶部时下卡环卡在下方圆筒的加劲环处。另外在浮筒闸门的底止水连接板下方设置外“R”直角型水封,使水封的“R”圆头处与下一节浮筒闸门的筒内壁紧密接触，以起到密封止水的效果8。3.2 浮箱的制作为了保证浮筒闸门能够实现分层取水，实现随着水位的升降而自动调整浮筒闸门的取水位置，在浮筒闸门的顶节的筒状闸门外壁增加 1 个环形浮箱，浮箱的顶底两个端面采用数控切割机切割。浮箱的内环和外环由钢板卷制而成，进行焊接，在焊接过程中，有最终封口面将采取单面焊双面成型的焊接工艺进行焊接。浮箱是 1 个封闭圆柱体，首先在卷板机上卷板对圆，然后进行焊接，浮箱两端盖板封闭后，浮箱筒身属于 1 个密封体，端盖板与浮箱角新焊缝只能单面焊接，所以在浮箱端面开外单“V”形坡口，单面焊双面成形9。由于浮箱密封腔段都有密封要求，所以在厂内制造时，都要进行密封性试验。检查完整封闭性，检查部位主要是焊缝位置。密封检查方法为气压试验：在浮箱身上开 1 个口，焊接 1 节带空气压力表无缝管，无缝管通过法兰、阀门与空气压缩机相连。试验时，缓慢向密封腔充气，当压力到图纸要求试验压力时，关住阀门，这时用肥皂水涂刷在筒身，特别是焊缝部位，看是否有气泡产生。同时观察压力表压力是否有下降现象。如果有漏气部位，即进行补焊处理。处理后再用上述方法试压检查。最后用电焊封堵插无缝管孔口。浮箱（筒）逐节进行自浮试验和气密性试验，自浮试验：检查浮箱（筒）在水中能自由浮起情况；气密性试验：通过减压阀向密封箱内加压至 0.1 MPa 保压 24 h，检查舱内压力无明显下降后再将气压降至 0.05 MPa，然后涂肥皂水观察有无起泡现象，进行渗漏检查，密封腔绝对不允许有渗漏现象。试验完毕封堵试验孔。3.3 浮筒闸门埋件的制作浮筒闸门的埋件主要为侧轨和底坎，底坎主要为型钢、钢板条、筋板等，其制作主要是下料、组装、矫正及机加工。埋件中零件主要采用数控切割机下料，型钢采用砂轮切割机切割；并预留少量余量，待埋件组装时再将余量加工去除。由于闸门为圆筒状，故其底坎为圆环形，侧轨属于长杆件类型，在制作底坎与侧轨时采取分段制作，整体拼装的方法。因此焊接时采用对称、分段跳焊等施焊的方法，采用小电流焊接规范，使焊接应力尽量对称分布，同时采取反变形措施，以减少焊接变形量，以免增加矫正难度10。埋件焊后存放适当时间进行时效处理，残余变形采用火焰热矫正及压力机校正。侧轨埋件的平面弯曲采用油压机分段进行机械矫正，对于侧面弯曲采用火焰矫正，火焰矫正避免使用水激冷，以免影响构件的机械性能，如出现扭曲变形，采用火焰矫正辅以机械外力进行矫正。矫正完毕按进行单节验收。每套埋件应在制造厂进行预组装，各项尺寸偏差及接缝错位应符合施工图纸有关规定。检查合格后，在埋件上打上明显的标记和编号，必要时应设置定位装置。3.4 导向制作另外在每节浮筒闸门的外侧按照侧轨的布置焊接 4 组导向结构，导向结构的臂杆的中间部位为工字型其制作流程为：钢板下料切割焊接坡口加工上下翼板及腹板组装成工字型焊接焊缝检测矫形。臂杆与浮筒闸门筒壁接触面为弧形面，弧度与筒外壁相同，另外一端则与导向轮座焊接起来，通过滚轮沿着侧轨进行上下行走，并起到导向定位的作用。4 质量控制措施认真研究设计图纸、设计文件、技术说明和招标文件规定的有关规范、标准，确定周密的施工方案，编制工作程序，制定详细的保证质量的技术措施，对施工过程的各个环节进行严格的质量控制和监督，实行全面质量管理，高质量地完144云南水力发电2023 年第 8 期成所承担的全部工程项目。在施工过程中，应全面控制人、机械、方法和环境等 5 个质量因素，重点控制好材料、机械和设备的质量和工序过程的控制。相邻两纵缝间距 300 mm；管口不平度 2 mm；实际直径与设计直径差 D/1000,测量直径不小于四对，加劲环止水装置及缓冲装置的内圈弧度。浮筒闸门校圆完成后，用弦长1 m的样板检查，样板与瓦片之间的间隙不能大于 2 mm。纵缝校圆后，检查钢管的弧度，椭圆度（两管口至少测量两对相互垂直直径，其椭圆度应小于 0.3D%）。5 结束语该施工技术可以广泛的应用在类似的浮筒闸门制造工作，提高制造效率、节约经济成本。通过总结制造经验，优化制造工艺，实现企业的高效，提升产品质量，提高经济效益。参考文献：1刘中梅.一种新型浮筒式闸门P.江苏省：CN111576357A，2020-08-25.2张忠调.浮筒闸门设计J.武汉水利电力学院学报，1989,（6）:99-104.3陈庆，夏纯.水工金属结构平板闸门门槽安装方法J.水电站机电技术，2022，45（9）:71-73.4 韩宇，忻佳丽，孙小雨，等.浮筒式升降闸门水力性能数值模拟 J.节水灌溉，2020,（3）:21-26+32.5王静波.浮筒式水力自动控制闸门水力特性试验研究D.西安：西安理工大学，2010.6王静波，李智录.石头河灌区浮筒式水力控制闸门模型试验研究J.甘肃水利水电技术，2009，45（7）:19-20+28.7张忠调.浮筒闸门设计J.武汉水利电力学院学报，1989,（6）:99-104.8王旭.灌区自动控制闸门的研究与应用D.西安：西安理工大学，2009.9李震.一种机械式自动浮筒闸门P.山东省：CN212052641U，2020-12-01.10王桂武，俞剑伟.一种水利浮筒自升降闸门P.福建省：CN210395261U，2020-04-24.