1、概述

　　太浦河泵站工程位于江蘇省吳江市境內廟港鎮太浦河節制閘附近，泵站裝設六臺斜15°軸伸泵，泵站設計總流量為300m3/s.單機容量為50m3/s，設計凈揚程1.39m，葉輪直徑4.1m，是目前國內最大的斜軸伸泵。由于進(jìn)出水流道尺寸大，中間設有隔墩，所以每臺水泵的進(jìn)口設置兩孔檢修閘門(mén)，出口設置兩扇快速多葉拍門(mén)和兩扇快速事故閘門(mén)。整個(gè)泵站共設有12扇快速多葉拍門(mén)和12扇快速事故閘門(mén)，均采用液壓?jiǎn)㈤]機操作。啟閉機安裝在出水口6.0m的高程平臺上。該平臺設置一臺2×65kN雙向門(mén)機，用于快速多葉拍門(mén)、快速事故閘門(mén)以及液壓?jiǎn)㈤]機的安裝、維護和檢修。

　　2、閘門(mén)的運行要求及布置型式

　　泵站的水泵運行都有啟動(dòng)和斷流兩種要求，可采用虹吸式出水流道、快速閘門(mén)和拍門(mén)三種方式。虹吸式出水流道適應于立式軸流泵，對太浦河泵站不適用；在保證閘門(mén)起升和關(guān)閉速度的條件下，快速閘門(mén)可以滿(mǎn)足啟動(dòng)和斷流的要求，太浦河泵站流道兩孔斷面尺寸均為寬4.00m，高4.703m，平板門(mén)提升和關(guān)閉速度很快，對啟閉設備要求很高；拍門(mén)啟動(dòng)和斷流的可靠性都比較高，但大尺寸拍門(mén)關(guān)閉時(shí)撞擊力很大，雖然采用液壓緩閉裝置可以減小撞擊力，但結構復雜要求很高，更主要是對特低揚程泵站，拍門(mén)的水力損失是泵站揚程的一部分，使水泵裝置效率難以滿(mǎn)足泵站設計規范要求。根據工程的具體情況，吸收快速閘門(mén)和拍門(mén)的特點(diǎn)，借鑒國內有關(guān)工程的經(jīng)驗，采用直升式快速多葉拍門(mén)，操作設備為快速液壓?jiǎn)㈤]機。

　　快速多葉閘門(mén)的結構型式是在平板門(mén)上開(kāi)設拍門(mén)，特點(diǎn)是水力損失小、結構較簡(jiǎn)單、檢修方便、使用安全可靠，與虹吸真空破壞截流閉鎖方式相比，還可以縮短出水管（流道）長(cháng)度，并利于泵系統啟動(dòng)。

　　快速多葉閘門(mén)的工作方式為，水泵啟動(dòng)時(shí)，大拍門(mén)自由開(kāi)啟過(guò)流，以減小水泵啟動(dòng)阻力，啟動(dòng)完畢后，提起多葉拍門(mén)。當水泵停機或出現事故時(shí)，閘門(mén)快速關(guān)閉截斷水流。

　　多葉拍門(mén)布置在水泵出口處快速事故閘門(mén)的上游側，閘門(mén)孔口尺寸為寬4.00m，高4.703m，底檻高程-4.45m，擋水水頭為7.99m，運行水頭為1.39m.閘門(mén)為懸臂輪支承，每側布置兩個(gè)輪子，每扇閘門(mén)四個(gè)輪子。閘門(mén)單向止水，采用P型水封橡皮止水。在閘門(mén)門(mén)體上布置三個(gè)大拍門(mén)，大拍門(mén)上下排列，每個(gè)大拍門(mén)的孔口尺寸均為寬3.0m，高1.0m.閘門(mén)與液壓?jiǎn)㈤]機單吊點(diǎn)聯(lián)接。每臺水泵出口的兩扇拍門(mén)同步動(dòng)作。

　　3、模型實(shí)驗

　　為了確定多葉拍門(mén)的水力損失、拍門(mén)的孔口面積及結構布置型式，在設計過(guò)程中，利用了太浦河泵站斜15°軸伸式水泵模型裝置，對水泵出口設置的拍門(mén)進(jìn)行了模型水力損失試驗。

　　試驗先后進(jìn)行了二排8個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟、三排12個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟和三排12個(gè)小拍門(mén)開(kāi)啟55°、70°的不同流量水力損失試驗。為進(jìn)一步減少水力損失，又增加三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟和三排6個(gè)大拍門(mén)開(kāi)啟55°、60°、70°的不同流量水力損失試驗。

　　根據上述八種工況不同流量水力損失試驗結果分析：

　�。�1）拍門(mén)阻力損失與過(guò)水面積大小關(guān)系密切，即三排拍門(mén)過(guò)水面積比二排拍門(mén)大，大拍門(mén)過(guò)水面積比小拍門(mén)大，故相應阻力損失小。同理，三排排門(mén)開(kāi)啟70°比開(kāi)啟55°、60°的過(guò)水面積大，所以相應阻力損失亦小。

　�。�2）從三排12個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟、開(kāi)啟55°和開(kāi)啟70°的三條試驗曲線(xiàn)對比來(lái)看：三排小拍門(mén)自由開(kāi)啟的水力損失最小，說(shuō)明在該工況下，三排小拍門(mén)自由開(kāi)啟的角度比70°大。按開(kāi)啟70°相同流量的水力損失值的比例計算，三排小拍門(mén)自由開(kāi)啟的角度約為87.1°左右。同樣，從三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟、和開(kāi)啟55°、60°、70°的四條試驗曲線(xiàn)對比來(lái)看：三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟的水力損失最小，說(shuō)明在該工況下，三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟的角度比70°大。按開(kāi)啟55°相同流量的水力損失值的比例計算，三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟的角度約為74°左右。

　�。�3）由于拍門(mén)出流仍屬于孔口出流，故流量與拍門(mén)阻力損失成直線(xiàn)關(guān)系，即Q=K√Δh.從二排8個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟、三排12個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟和三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟三個(gè)工況對流量系數（K）計算看出，三種拍門(mén)自由開(kāi)啟工況Q與√Δh基本成直線(xiàn)關(guān)系。流量系數K值誤差與流量大小、水流沖擊力和鉸鏈連接摩擦力等有關(guān)。其K值平均值分別為K8=0.247；K12=0.396；K6=0.479.

　　結論：

　　1）在模型額定流量為Q=260l/s時(shí)，二排8個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟的水力損失Δh=1.10m；三排12個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟的水力損失Δh=0.45m；三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟的水力損失Δh=0.306m.由于太浦河泵站的水泵揚程特低，設計凈揚程僅為1.39m，在結構允許下拍門(mén)的面積越大，水力損失最小，可保證水泵的啟動(dòng)安全。

　　2）流量系數：二排8個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟時(shí)K8=0.247；三排12個(gè)小拍門(mén)自由開(kāi)啟時(shí)K12=0.396；三排6個(gè)大拍門(mén)自由開(kāi)啟時(shí)K6=0.479.

　　4、閘門(mén)設計

　　4.1 閘門(mén)結構布置

　　泵站快速多葉拍門(mén)為平面定輪焊接鋼結構閘門(mén)，設計時(shí)采用了模型試驗的成果，在門(mén)體上布置三排拍門(mén)，每排布置一個(gè)大拍門(mén)，即三排三個(gè)大拍門(mén)的結構布置型式，以進(jìn)一步減小水力損失。每個(gè)大拍門(mén)的孔口凈寬為3.0m，凈高為1.0m.

　　根據閘門(mén)的這一布置型式，快速多葉拍門(mén)門(mén)體采用四根主梁，除頂梁為箱型梁外，其余主梁均為工字型結構，邊梁為箱型梁。面板設在下游側（即泵站出水口側），水封設在上游側（即泵站進(jìn)水口側），為P型橡膠水封。

　　三個(gè)拍門(mén)結構型式相同，均布置三根主梁，為槽型型鋼斷面，縱梁和邊梁均為工字型型鋼，拍門(mén)面板均設在上游側（即泵站進(jìn)水口側）。水封安裝在快速多葉拍門(mén)門(mén)體的下游側，為P型橡膠水封。水封止水座面設在拍門(mén)上。

　　4.2 鉸鏈結構設計

　　大拍門(mén)上部通過(guò)兩個(gè)鉸鏈與快速多葉拍門(mén)門(mén)體聯(lián)結。以往拍門(mén)設計的鉸鏈為園柱鉸，這種結構存在封水不良的問(wèn)題，即當拍門(mén)擋水的水位差較小時(shí)，作用于拍門(mén)上的水壓力不足以克服拍門(mén)頂水封壓縮的反力，可能導致底水封與水封座面不能很好接觸，如要保證底水封與水封座密切接觸，則當拍門(mén)擋水的水位差較大時(shí)，頂水封密封因無(wú)壓縮而效果不好。

　　因此在拍門(mén)鉸鏈設計時(shí)，對鉸鏈結構進(jìn)行了優(yōu)化，采用水平長(cháng)園孔和圓柱軸結構，保證了拍門(mén)在任何水位差下，四周水封均可與水封座面均勻接觸，使封水始終處以良好狀態(tài)。

　　同時(shí)，封水面設計成傾斜式，斜面與垂直面的夾角為5°，使拍門(mén)依靠自重即可與水封密切接觸。

　　4.3 閘門(mén)支承型式

　　太浦河泵站快速快速多葉拍門(mén)為工作閘門(mén)，需動(dòng)水啟閉，并有快速閉門(mén)的要求。一般工作閘門(mén)的支承可采用定輪支承和滑道支承，為降低啟閉機的容量，多葉拍門(mén)采用簡(jiǎn)支式定輪支承。

　　定輪支承的軸承材質(zhì)直接影響閘門(mén)在工作中的穩定性和可靠性，對啟閉設備的啟閉能力也有很大的影響。通常，定輪支承的軸承采用青銅或自潤滑復合材料，考慮到青銅的磨擦系數值相對較高，同時(shí)需設置較完善的潤滑系統，否則易造成“燒瓦”或“抱軸”等故障。因此，設計中軸承材料采用自潤滑復合材料，這種材料磨擦系數低，單位比壓大，可免去潤滑維護。

　　快速多葉拍門(mén)雖然水頭不大，但由于布置了三排三個(gè)拍門(mén)，主梁結構為工字型斷面，閘門(mén)整體剛度相對較弱，軸承型式采用具有自動(dòng)調心功能的自潤滑關(guān)節軸承（軸瓦材料為自潤滑復合材料），可很好的適應閘門(mén)的變形，始終保持定輪踏面與軌道面為線(xiàn)接觸，可自行潤滑、無(wú)需維護，提高了定輪的使用壽命，耐泥沙浸蝕，穩定性好，適應性強。

　　閘門(mén)側向導輪采用自潤滑復合材料的園柱軸承。

　　5、結束語(yǔ)

　　快速多葉拍門(mén)在我國水利工程中已有運用，但像太浦河泵站規模的閘門(mén)，采用三排三個(gè)大拍門(mén)，拍門(mén)開(kāi)孔尺寸占閘門(mén)孔口尺寸面積大于50%的布置尚不多見(jiàn)。由于設計周期短，時(shí)間緊，根據快速多葉拍門(mén)方案要求所采取的一些技術(shù)措施尚屬探索，有待于工程投入運行后予以檢驗和總結。

作者：張政偉