董友龍 王彥法 董超 秦景河

水管體制改革后新技術在基層單位的發(fā)展及應用
——以卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置為例

董友龍 王彥法 董超 秦景河

水管體制改革十年來，水利工程外貌發(fā)生天翻地覆的變化，工程管理水平日新月異逐步提升，自主創(chuàng)新能力不斷提高，驕人成績的取得主要得益于水管體制改革理順了管理體制、穩(wěn)定了經費保障、優(yōu)化了人員結構。十年來，劉家道口水利樞紐管理局鼓勵創(chuàng)新、大膽創(chuàng)新，激勵創(chuàng)新、推廣創(chuàng)新，科技創(chuàng)新工作逐漸成為單位事業(yè)發(fā)展的源動力和助推劑。在創(chuàng)新之路中劉家道口局領導重視、上下聯(lián)動、齊抓共管，不僅助推單位取得了一系列驕人的成績，而且使創(chuàng)新成果及時轉化為科學管理的新工藝，極大促進了沂沭泗水利事業(yè)規(guī)范化、科學化、制度化管理工作的開展。

一、水閘工程管理現(xiàn)狀

目前，我國大部分特別是中小型水閘所處外部環(huán)境較差，卷揚式啟閉機的早期管理方式比較粗放，有的沒有啟閉機房，有啟閉機房的提升孔不封閉，仍然與外界相通，總體上屬于裸露式粗放型管理模式。啟閉設備運行環(huán)境差，設備故障多，維修頻率高。水管體制改革以來，水利工程規(guī)范化管理的發(fā)展，對水利工程設施管理和維護的要求也在逐步提高。隨著科學技術迅猛發(fā)展、精細化管理、現(xiàn)代化管理大力推進，大量先進管理設備和技術在水閘上得到了廣泛應用，現(xiàn)地控制單元的電器元件、遙測設備、監(jiān)控設備等精密儀器，極易受到溫度、濕度、灰塵和鳥蟲糞便的影響，引發(fā)線路短路、設備失效和金屬結構銹蝕，因此對卷揚啟閉機的運行環(huán)境要求越來越高，設備管理對環(huán)境要求越來越高。

近年來，通過了解多家卷揚式啟閉機的管理現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)目前卷揚啟閉機的提升孔大都使用普通木材作為蓋板，上面覆蓋一層橡膠制品，開啟時需要把橡膠制品撤掉，啟閉機才能正常啟閉。這種方式存在一定的缺陷和不足，主要表現(xiàn)為：不封閉、不可視、安裝維護不方便、結構不美觀等諸多問題，嚴重影響了水閘管理水平的提高。為解決上述問題，提高管理現(xiàn)代化水平，建設方和管理方都不斷創(chuàng)新思維，發(fā)明了很多提升孔密封技術，如齒形橡膠式提升孔技術、平行毛刷式提升孔技術等，但是，以上技術都無法完全實現(xiàn)密封、可視、可調的基本管理要求。

二、創(chuàng)新研發(fā)目的及方案

為了徹底解決上述問題，卷揚式啟閉機提升孔既要滿足啟閉機正常啟閉運行要求，又要具有良好密封性、可視性、可調性等特點。在確立了初步的設計思路后，我局立即開展相關軟件模擬和試驗。

根據(jù)卷揚啟閉機的構造和實際工作環(huán)境，仔細設計和選材，通過對設計、材料和可行性進行反復試驗、改進和論證，研制出卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置。該裝置既可以實現(xiàn)適應任意開度要求，又能滿足可視、可控、可調，并且具有密封性好、無損傷等特點，并有適應性強、安全可靠、實用性強和性價比高等良好技術特征。

1.工作原理

卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置的工作原理是利用閘門啟閉時，鋼絲繩繞卷筒運動產生側向壓力來帶動透視板在安裝好的水平滑動軌道內左右滑動。隨著閘門不斷提升和下落，透視板互交水平滑動，達到自適應任意開度的目的。

2.基本構造

卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置基本構造由透視板、水平滑動軌道、伸縮擋塵板、柔性密封圈、密封條和蓋板組成（見圖1）。

圖1　卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置構造圖

3.設計理念及材料比選

卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置采用多層互交滑動透視式的設計理念，在滿足使用要求的基礎上主要考慮蓋板、水平滑動軌道材質和透視板的質量和性價比，使該裝置在使用過程中更合理、更實用、更耐用。

蓋板的選材對鋼板和木材進行比較，卷揚啟閉機都安裝在水閘上，空氣濕度大，易導致鋼板底部銹蝕，針對前期鋼質蓋板在短時間內有局部銹蝕現(xiàn)象和安裝不便等因素，反復對比后擇優(yōu)選擇厚松木防腐板。

圖2　卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置主視圖

圖3　卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置俯視圖

表1　經濟效益分析

透視板的水平滑動軌道選用具有塑性較高的鋁合金型材，抗腐蝕性能好，且易于加工。透視板則選擇重量輕、具有極佳透明度、優(yōu)良耐候性的有機玻璃，其工作參數(shù)均優(yōu)于石英玻璃。

4.設計參數(shù)確定及制作過程

首先將已處理好的松木防腐板固定在卷揚啟閉機的底座上，為了保證蓋板的穩(wěn)定性和拆卸維護的方便，采用螺栓固定方式，蓋板尺寸與提升孔的尺寸相匹配。

其次根據(jù)啟閉機的卷筒和鋼絲繩的運行范圍，確定透視板水平滑動軌道長度，以雙吊點卷揚啟閉機為例，在透視板水平滑動軌道上設計三層運動卡槽，自上而下編號1、2、3，厚度分別為H1、H2、H3。測量出閘門在全關狀態(tài)下，兩鋼絲繩之間的距離（定義為L1）和鋼絲繩與卷筒兩端邊緣的長度（定義為L2），測量閘門在全開狀態(tài)下，兩鋼絲繩之間的距離（定義為L3。為了便于啟閉人員觀測閘門的運行狀態(tài)，留取一定的觀測寬度D1。

再次根據(jù)提升孔的尺寸，將已做好的水平滑動軌道（長度為L1+2×L2）固定在蓋板上，并在鋼絲繩的兩端設長度為L2的透視板，內置于卡槽1和卡槽2兩端。閘門全關狀態(tài)下，確定鋼絲繩貫穿透視板的位置，在透視板此處開略比鋼絲繩直徑大的半圓槽，在透視板和底座連接處安裝可伸縮的擋塵板，一端與底座無縫隙螺栓連接，另一端與透視板L2無縫隙連接。

然后透視板分三層制作。最底層卡槽3的中間位置安裝一塊長度為L3的透視板，L3固定不動。在卡槽1和卡槽2中各安裝一個長度為略大于（L1-L3）/2的透視板，閘門全關狀態(tài)下，確定鋼絲繩貫穿透視板的位置，在透視板此處開略比鋼絲繩直徑大的半圓槽，與已安裝好的透視板牢固膠合在一起。所有的透視板橫斷面和開設的圓槽斷面處要做防劃傷、防塵處理。

最后密封裝置的制作安裝。在透視板和底座間加可伸縮擋塵板，在L1的外側端與蓋板處增設滾筒式可伸縮裝置，用透明軟玻璃將可伸縮裝置和有機玻璃板膠合連接；在鋼絲繩和透視板接觸處設柔性密封圈，在密封圈的表面做倒圓處理，保證能夠承受鋼絲繩足夠大的側向壓力；在透視板和運動卡槽處增設防水背膠毛條，并在L1與L3相交位置的H2處，安裝橫向防水背膠毛條。

三、經濟、社會效益分析和對科技進步的意義

1.經濟效益分析

截至目前，已制作安裝了三座水閘共計50孔卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置，運行效果良好，從根本上解決了卷揚啟閉機提升孔管理中的關鍵問題，技術回報率高，在水閘工程規(guī)范化管理中起到了重要作用。

2013年初和2013年底，為推廣該技術，在彭家道口分洪閘、李公河防倒漾閘和李莊閘各制作安裝了該裝置。從經濟效益角度粗略估算，以彭家道口分洪閘為例，裝置應用后，啟閉機房形成了封閉的環(huán)境，有利于減少金屬構件腐蝕和保持啟閉機房整潔，大大減輕了維修養(yǎng)護工作量，經濟效益顯著。

彭家道口分洪閘隸屬于劉家道口水利樞紐管理局，閘室總凈寬213.4m，單孔凈寬10.0m，共19孔。

經濟效益主要表現(xiàn)為減輕維修養(yǎng)護工作量帶來的經濟效益（見表1）。

說明：（1）數(shù)據(jù)來源于維修養(yǎng)護設計方案。

（2）提升孔改造后，啟閉機日常維護頻次由原來的每天減為每周一、三、五；啟閉機銹蝕率明顯減少，由原來的11.6%減為2.4%；啟閉機房維修養(yǎng)護面積亦明顯減少。

通過彭家道口分洪閘經濟效益分析，提升孔改造產生的經濟效益隨著規(guī)模的增大而越明顯，平均單孔的年經濟效益在6000～6600元。

2.社會效益分析

卷揚啟閉機提升孔多層滑動式密封裝置的應用同時帶來的管理效益和社會效益是無法用經費估算的，對管理單位形象提升有較大促進作用，對啟閉機產業(yè)技術革新特別是在水利上的技術應用起到了重大的引導和帶動作用。從水利行業(yè)來說，該裝置的推廣應用極大提高了啟閉機管理維護水平，對水利單位技術革新起到了極好的示范引導作用。水利部、淮委、沂沭泗局等領導視察彭家道口分洪閘時，都多次肯定該裝置的研發(fā)和應用；其他水利工程管理單位來參觀考察時，也都對該裝置贊不絕口。在劉家道口水利樞紐管理局創(chuàng)建國家級水管單位驗收過程中，該裝置得到全國評審專家的一致好評，評審專家提議將該裝置在全國水閘管理單位中推廣應用。

四、結語

研發(fā)成果的應用極大地改善了水閘啟閉機房運行管理環(huán)境，推動了工程管理規(guī)范化、科學化、精細化，發(fā)揮了較好的經濟、社會、環(huán)境效益。該成果于2015年成功獲得淮委科學技術二等獎，并獲國家知識產權局實用新型專利。劉家道口水利樞紐管理局將以水管體制改革這一有利契機，積極踐行可持續(xù)發(fā)展治水思路，開拓進取，扎實工作，再譜水管新篇章

（作者單位：劉家道口水利樞紐管理局276004）