浅析船闸人字门振动原因与处理措施

2023年12月30日发(作者：十五规划)

浅析船闸人字门振动原因与处理措施

摘要：人字门、阀门运转件在长期运行过程中发生磨损或损坏，致使结构振动特性发生显著改变，当振动频率接近人字门自振频率时，即当激励频率接近或等于自振频率时，特别是水流脉动压力的主频接近于人字门某阶段固有频率成分时，振动比较明显，会引起人字门在短时间内的“拍振”、较长时间的稳态“共振”或动力失稳，导致人字门破坏。为此，必须弄清闸、阀门振动的根源和振动对闸、阀门的影响。因此，本文主要分析了船闸人字门振动原因，并提出了相应的解决措施。

关键词：船闸人字门；振动原因；处理措施

1 船闸人字门的振动原因分析

1.1 油缸运行不畅

人字门更换底枢设备后,门体高程发生了变化，导致油缸缸体与活塞杆出现整劲爬行现象可能致使人字门运行过程中会出现抖动;油缸密封使用年限已久,出现损坏，使油缸运行不稳定.也可能导致人字门振动。

1.2 背拉杆松弛

人字门背拉杆应力松弛后，门体刚度降低，同时背拉杆自身刚度更低其基频接近水流脉动压力频率，因此在水流脉动作用下,背拉杆很容易与水流产生“共振”,背拉杆的强烈振动反过来拍击人字门门体并发出较大声响，增加门体振动。门体振动又造成背拉杆松动，从而加剧人字门广]体的振动,形成恶性循环。

1.3 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。

1.4 底水封选材和结构不佳

可能存在的问题有：①水封选型不当，一般所选用的水封为空心“P”型水封，这种水封硬度较大，反弹系数高，防变形能力小，只要人字门出现稍微偏大的变形就会出现间隙而漏水，而在背水压力小的情况下，则容易使人字门被弹开而漏水；②水封工作面在预埋时，其平整度不够好，当背水压力较小（水的落差小）时，水封轻微反弹便会使其出现间隙而漏水，同时还可能引起气蚀而损坏水封和其工作面，恶化工况；③水封垫板和压板结构不佳，对于传统水封结构，在运行过程中，容易与底板刮擦出现“翻边”现象而损坏水封；④水封选材不当，材质不好的水封，容易老化，弹性不好，也容易使水封损坏而漏水。

2 人字门振动的预防及对策

2.1 人字门调试步骤要求

(1)根据实测的人字门跳动量和斜接柱垂直度进行人字门AB拉杆调整，除按规范和图纸要求外，要求人字门全关时，门轴柱上部间隙≤0.3 mm，人字门在全关和3%的2个开度下的跳动量≤1 mm。

(2)将液压启闭机人字门全关的限位开关松开，通过调整模拟量，使左右人字门对称全关到位，调整左右模拟量数值显示一致，以使全关同步可靠。

(3)水封验收合格后，将左右人字门全关时显示的模拟量略微减小后作全关模拟量限位（减少约3个数值），再将人字门操作至全关限位动作时停止，此时左右人字门应对称全关，间隙在2～5 mm。

(4)在人字门全关位置调整开关量限位动作。

(5)按相同方法调整好人字门全开开关量限位和模拟量限位。

(6)根据人字门开关过程中同步纠编动作情况，调整两侧闸门开关速度，以减少同步纠编动作次数和幅度。

2.2 改进底水封的结构

针对底水封所存在的问题，可从以下几个方面进行改进：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检查和修整好水封工作面的平整度，防止其出现局部间隙而漏水；③通过将水封垫板的宽度增加至“P头”的中心线位置，将水封压板改成“L”型压板，并将“L”边顶住“P头”等措施，以防止水封在运行过程中出现“翻边”现象而损坏；④选用材质较好的水封，如采用尼龙帆布水封，其具有较好的防老化和弹性特性，相对于过去的棉质帆布等类型的水封，其工作特性要好。通过以上措施，可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。

2.3 加强人字门的刚度

提高人字门的刚度，可有效防止其因其它原因所造成的变形问题。在设计中，可通过适当增加人字门厚度、采用更好的背拉杆结构（如双背拉杆）、加强背拉杆的强度等措施，来提高人字门的刚度和防变形能力。在安装时，一定要将人字门的斜接柱下角点位移等参数调到最小，以给人字门（在运行过程中）留足因各种原因所造成的变形余量，保证底水封不因人字门的较小变形而漏水。而对于现有单层背拉杆的人字门，可将其改造为双层背拉杆，以增加背拉杆的强度和人字门的刚度，同时提高其防变形能力。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23.3 mm减小到7mm，竖向位移可由原来的－3.9 mm减小到－1.8 mm，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 人字门顶枢的润滑问题

顶枢为枢轴型式，轴套为尼龙材料。顶枢枢轴制造时未按设计要求加工油槽，且现场安装也未进行相应处理，顶枢润滑不到位，在投产后四扇人字门均出现顶枢止轴板螺栓剪断,枢轴上移的现象，后用千斤顶强行压回并将止轴板与门体直

接焊接。因此顶枢的润滑显得尤为重要，在运行维护过程中对项枢的润滑也相应采取了一系列措施。

(1)处理初期，为了稀释原来加注的二硫化钥润滑脂，在顶枢加油杯，在油杯内加稀油渗透稀释。

(2)加强了润滑系统的巡视和维护，采用自动加油系统，由运行人员在中控室每天对顶、底枢进行一次注油。

(3)运行人员每周对顶、底枢用移动润滑泵进行一次手动注油。

(4)定期由维护人员对顶枢用移动稀油电动泵加注稀油进行冲洗。

(5)采用多点润滑泵专门对顶、底枢进行注油。

3 结束语

综上所述，人字门产生振动是在受到一些相关因素的动力作用，从而致使人字门结构中的某一部位发生移动或应力产生变化。导致船闸人字门发生振动的原因非常多，针对振动也没有完全的理论与计算方法，所以在设计时无法对其进行详细的预测。另外船闸中所使用的同一种闸门，由于受到内在因素与外在因素的不同，船闸的人字门产生的振动大小存在较大的差异。当前可以有效解决该问题的方法比较少，主要就是利用原型观测与有限元进行分析，从中查询振动产生的原因，然后再制定解决的措施。

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