第三节 金属结构的运行与维护

一、水电站金属结构概述

水电站金属结构设备主要包括各种闸门、拦污栅、升船机、各类启闭机，以及操作闸门、拦污栅的附属设备等。

闸门一般布置于电站的泄水系统、输水发电系统、航运系统及冲沙系统等部位。闸门按结构特征主要分为平面闸门、弧形闸门、人字闸门、拱形闸门、舌瓣闸门、三角形闸门等；按用途分为工作闸门、事故闸门、检修闸门等。目前水电站中应用最多的是平面闸门、弧形闸门，船闸中的工作闸门通常选用人字闸门和平面闸门。

输水发电系统进水口一般设置拦污栅、检修闸门、事故闸门。当机组或管道要求及时、迅速切断水流时，电站进水口还设置了快速闸门。水电站尾水出口一般设置检修闸门。输水发电系统快速闸门、事故闸门、检修闸门多选用平面闸门。

拦污栅的作用是拦阻水流中所挟带的污物，阻止污物进入引水道，以保护机组、闸门、阀及管道等不受损伤。对污物较多的河流还需要在拦污栅前设置清污设备。

通航河道一般设有船闸，船闸上、下闸首应设置工作闸门和检修闸门。位于大中型工程上的船闸，闸门失事可能引起严重后果，因此，应在上闸首工作闸门上游设置事故闸门。工作闸门的型式有人字闸门、平面闸门等。事故闸门、检修闸门多选用平面闸门。

启闭机是用以操作闸门，使之开启和关闭的机械设备。水电站常用的启闭设备有螺杆式、固定卷扬式、液压式、门式、桥式、台车式、电动葫芦等。

二、金属结构运行监测与保养

（一）闸门

闸门常见问题有表面涂层剥落，门体变形、锈蚀、焊缝开裂或螺栓、铆钉松动、止水装置封水不严、支承行走机构运转不灵活等。为了避免这些问题的出现，首先要定期清除积水、水生物、泥沙和漂浮物等杂物，以便让闸门保持整洁。其次，应保持运转部位加油设施的完好与畅通，并定期加油，尤其是对于难以加油的部位如闸门滚轮、弧形门支铰等应采取适当方法进行润滑。此外对于闸门止水的养护修理，要保持闸门止水装置的密封可靠应从以下几个方面进行保养：

（1）当止水橡皮出现磨损、变形或者自然老化时应及时更换。

（2）当止水压板锈蚀严重时应及时更换。

（3）单独干止水木腐蚀、损坏时应及时予以更换。

（4）对于钢闸门其门叶及梁系结构、杆臂发生局部变形、扭曲、下垂时要核算其强度和稳定性并及时矫正或者更换。

（二）启闭机

启闭机常见问题有启闭机械运转异常、制动失灵、锈蚀和异常声响，设备制造和安装质量达不到相关规范要求，钢丝绳老化、断丝、磨损严重，传动部位变形、腐蚀以及油脂变质或油量不足是引起启闭机异常的主要原因。

为了应对上述问题应从以下几个方面进行养护：

（1）根据启闭机转速或者说明书要求，选用合适的润滑油脂保持减速箱内的油位在上、下限之间，并保证油杯和油道内油量的充足，从而使机械传动装置得到足够的润滑。

（2）对于制动装置，当制动轮出现裂纹、砂眼等隐患的时候应该即补换，当制动带磨损严重或者主弹簧失去弹性时，也应及时更换。

（3）启闭机的连接件应保持紧固，不得有松动现象。

（4）对于注油设施，应保持油路畅通无阻，且应根据启闭频率定期进行检查保养。

（5）滑动轴承的轴瓦、轴颈出现划痕或拉毛时应修刮，当滚动轴承滚子及其配件出现严重的损伤、变形或磨损时应该及时更换。

（三）机电设备

机电设备常见问题有电气设备可靠性和准确性不高，输电线路老化、不正常，变压器故障，防雷设施的设备、线路不正常，接头不牢固等。主要原因可能有制造和安装质量达不到规范要求，电机维护不良，线路老化，操作控制装置不可靠，仪表仪器未进行定期校验。

三、金属结构的运行、维护与管理

（一） 闸门的运行、维护与管理

1.闸门的运行管理

要求工程管理人员必须熟知闸门的结构布置和使用操作方式，了解本工程所有闸门施工质量的优劣、安装误差、缺陷和质量隐患所在，做到心中有数，在实际运行操作过程中，加强管理和观测，对闸门在运行中所暴露和产生的一些现象，加以必要的记录和分析，总结经验，以便在日后的工作中更好避免事故的发生，使闸门正常有序地运行。

闸门的运行，必须根据闸门设计的工作条件，严格执行本单位的规章制度，按操作制度进行启闭，不允许因其他单位或个人进行自行随意变更，进行违章操作。管理单位应制定一整套行之有效的制度加以规范，或配合上级管理部门的调度计划做出相应的安排，做到闸门的操作有章可循，启闭有度。

在接到有关启闭闸门的通知后，工程管理人员及时对操作人员下达任务，明确分工，做好工具材料和劳力的准备。在启闭闸门操作以前，应对闸门及其启闭设备做好检查和准备工作。对远程遥控集中控制的闸门，在一般情况下，管理人员应及时亲临现场，进行检查监护，发现问题时以便及时反映，排除障碍，确保闸门能正常运行。

闸门在启闭时，要观察启闭过程是否运行平稳均匀，支承行走或转动部分是否灵活，有无卡阻现象，有无异常的声响，止水橡胶的走合是否正常，是否有扯裂拉伤等现象，门体吊头及侧轮等部件的工作是否良好，注意门体部分在启闭时是否有明显的振动现象发生。闸门开启后，应观察门底出流情况是否良好，水流是否有偏移回旋等现象，水流的消能作用如何，对下游建筑物是否有冲、淤等不良现象。如发现上述情况危急时，管理人员应及时报告，必要时应及时采取果断措施，停止操作或调节闸门的开度，并立即报告上级，请示处理，找出原因，采取有力措施进行修复，待存在的问题全部处理后方可重新作业。及时总结经验，以便日后工作中避免同类事件的发生。闸门在启闭作业完成后，工程管理人员应将启闭依据、启闭时间、闸门开度、操作程序以及启闭前后水位等变化，闸门、启闭设备和建筑物等有无异常现象以及处理情况等，做好记录，按规定存档。管理单位应做好每次启闭闸门的现场清理和善后处理工作，必要时还要及时向上、下游有关单位或相关部门发出闸门启闭的信号或通知。对通航船闸闸门，由于闸门启闭频繁，而且有严格的次序要求，必须谨慎操作，严禁颠倒次序任意操作，同时须防止在控制台上按钮的失误，导致闸门损坏或建筑物冲毁，在采取自动化程序控制的船闸，要防止设备故障和开关触点失灵等原因而产生的失误，需要工程管理人员随时监护，必要时采取相应的应急措施，随时观察船闸各部位的运行情况，发现异常现象要及时处理，以防事故隐患的存在和事故的发生。对较大工程工作闸门和其他较重要的闸门在特殊情况下的启闭操作，如紧急情况下的超水位启闭，闸门在病理状态下的强迫操作等，必要时最好有上级主管单位和设计部门参加协助，做现场指导工作，以保证闸门在非正常工作情况下顺利启闭。在闸门的运行管理工作中，上级管理部门应组织各项科学研究，提高水文预报和闸门调度的业务水平，做到及时准确；管理单位对于孔口尺寸大、数量多的闸门，要制定和落实各种应急措施和开启方案；对于工程管理人员要加强培训，提供管理水平和工作技能，增进思想认识和业务能力；设计单位要总结经验，认真掌握设计和施工质量，主动了解闸门运行情况，必要时及时提供技术支持。

2.闸门的维护与检修

钢闸门的门体部分，由于长期或间歇地浸于水中，日晒雨淋，特别是钢材本身质地不纯，在水中易产生电解作用，很容易腐蚀，轻者剥落穿孔，严重的导致闸门报废而不能使用。处在水位以上的闸门门体，受到日光照射，或阴暗潮湿，干湿交替；或者是在水流表面受到漂流物的撞击和大气的侵蚀作用，这些多产生化学腐蚀作用，同时在空气和水中，存在化学活性很强的氧，氧和金属产生化学反应而腐蚀门体。目前防治金属腐蚀的方法主要有以下两种：一是采用表面涂漆，二是阴极保护法。表面涂漆就是在金属表面涂上覆盖层，形成连续而牢固的保护薄膜，隔绝金属与外界的直接接触，从而达到防锈的效果。阴极保护法，就是利用一些比铁电位较高的金属，如锌、铬、铝等，镀在门体表面，使它成为微电池的阳极，铁则成为阴极。在这些镀层受到消耗的同时，铁则受到保护。钢结构或零部件覆盖镀层的方法主要有以下两种：对一些强度要求高的金属零件，如轴类零件，常采用表面镀铬，既防止生锈又可增强其耐磨性；对于一般的金属结构件则采取喷锌法表面镀锌，在喷镀前，表面应进行喷砂除锈处理，镀层一般为0.2~0.3mm，由于锌、铝镀层是一种多孔隙保护层，如有透水通道，镀层与钢就会形成腐蚀电池，镀层呈阴极就会消耗，所以最好在镀层表面涂沥青、氯化橡胶等涂料，以封闭孔隙，延长镀层寿命。表面喷镀法保护的周期长，所需的维护保养的劳力耗用少，这种方法已在实践中大量采用，而且效果显著。

闸门的检修是工程管理中一项重要的工作。闸门经过长时间的工作后，其门体、支承等部分会出现生锈、变形、磨损等不良现象，为不影响正常使用，这就应对其进行检修。闸门的检修应有计划地定期进行，尽可能避免造成运行中的事故，以免形成抢险事故，甚至灾难性损失。闸门的检修应结合经常性的管理和维护工作，在有季节性的、定期的、按规定的检修和保养闸门的时候做到及时地维修和更换，将是最经济有效的。在闸门的门体部分中，止水装置检修的机会比较多，因为止水橡胶常因设计缺陷、安装不善等原因在运行中产生撕裂、折断、翻转、脱落等现象，而且止水长时间使用后会老化而产生永久性变形，有的止水本身强性不够，在一定水位差时会产生漏水，从而引起闸门的有害振动，这些情况都会影响到闸门的正常工作，所以应予以更换或改装。由于经常性的启闭，闸门的支承行走和转动机构会出现变形、磨损等现象，所以这部分机构需要经常观测和检修。特别是闸门的走轮和反向滑块，除经常性的维护外，运行数年后，必须拆卸检修，对磨损较为严重的轴套及滑块，应进行清理、调整或更换。在设计此类零部件时，应尽量采用新技术、新工艺，以减少这部分易磨损件的检修和更换次数：如滑动轴承，现在在许多情况下都采用耐磨性很强的自润滑轴承，既减少了平时的维护，又不需经常更换；支承行走滑道，现在也出现了许多新的抗磨材料，如增强尼龙滑道、填充四氟乙烯滑道、油尼龙等。这些新工艺、新材料的采用，可很大程度上减少维护检修的劳力物力消耗，争得更多时间和效益。闸门所有的连接螺栓，也是潜在的一种隐患，在运行中都有可能产生松动和脱落等现象，螺栓的松脱会使闸门发生事故，所以也要经常性的维护检修，发现松脱现象要及时处理。在设计和施工时螺栓应采用防松工艺，如增加预应力、加防松垫片等。总之，闸门的维护检修应有计划工地进行，必要时还需做好检修设计和施工安排。

（二）启闭设备的运行、维护与管理

1.启闭设备的运行管理

启闭设备运行管理的基本任务是保持设备处于完好的工作状态，以使水工建筑物的机械设备能够连续工作，确保工程正常的运作。为此，首先必须对启闭设备及工程管理人员提出如下要求：能够采取预防措施，防止设备在运行中发生故障，消除磨损，并进行设备的修复和更新；操作人员必须详细了解启闭设备的性能和使用条件，严格执行现行技术操作规程、安全技术规范、生产细则和其他有关管理文件；生产细则应根据厂方的单机细则，并结合当地的条件运用情况和设备运行的经验来制定；在组织启闭机的技术管理工作时，应制定一套包括所有设备在内的有计划的检修维护预防措施；同时启闭机的设计应符合规范以及管理文件的要求。

2.启闭设备的维护与检修

启闭设备的维护与检修在于定期观察、保养和维修。启闭设备的维护与检修，应参照设备厂方的单机说明及要求，并结合当地的实际情况，制定一套维护与检修细则，所做的观察、修理和其他计划预防措施应记录在工作日志上，设备的班养护、例行的、中期的和大修应区别开来。班养护由操作人员在接班时和上班时间内进行。工作前，操作人员必须先了解交班记录,并对启闭设备进行检查，如发现有不妥之处，要记录在工作日志上。在固定式和移动式启闭机上，操作人员要检查金属结构和焊缝有无开裂、变形；检查开式齿轮副的啮合情况，检查齿轮有无断齿和过量磨损情况；检查减速箱、制动器、电动机、轴承、金属外罩和启闭机的框架在基础上的固定情况；检查减速器、轴承内是否有油，是否漏油；在不去掉外罩和不拆除电气设备和电线的情况下，对控制器、配电盘、电阻器、极限开关、接地、进线闸刀、输电电缆、照明和信号器进行外部检查；检查起重机轨道、端头挡板、限位器、夹轨器、歪斜限制器是否完好；检查钢丝绳在卷筒上的固定情况，是否有磨损和松弛现象，若发现问题，及时处理后方可投入工作。在液压启闭机上，操作人员要检查油箱的油位是否在规定范围内，油液在注入油箱前，应先通过离心式分离器和压力过滤器过滤；检查油路和各液压控制元件是否有漏油现象。

为了使设备的运行持久可靠，管理单位要进行有计划的预防性检修，更换或修复那些根据厂家细则和技术规范规定的磨损已达到极限值的零件。一般情况下，启闭设备中最易磨损的零件主要有：开式齿轮、轴类、滑动轴承、滑轮、钢丝绳、制动器闸瓦、吊钩等。

例行维修：在进行例行维修时，要检查所有设备、钢结构、保护装置、附属设备、起吊用索具、电机和电线，检查齿轮副的啮合情况，更换减速器内的润滑油，清洗减速器油箱；检查电动机和减速器的固定情况；检查电刷、拾电器的接触情况；更换所有磨损零件。

中期维修：在进行中期维修时，要比较全面地拆卸启闭机，更换长期运转的磨损零件。如传动齿轮、滚动轴承、钢丝绳等。

大修：大修是启闭设备检修的主要形式，旨在恢复启闭设备完整的工作性能，能否顺利进行取决于准备工作是否做得细致。在大修期间常常进行设备更新，目的是改进设备的性能，提高设备的效率、可靠性、耐久性等。最先进的修理形式是组装法，即改换事先准备好的组件，例如，起重机的吊钩，滑轮组件。这样修理工作就成为更换整套磨损部件，采用这种方法必须有好几套同样的部件。当工地上有相当数量的相同型号的设备时，这种方法尤为适用。机械设备的组装件和零件的标准化，对于这种修理工作具有极其重要的意义，走轮、联轴器、减速器、齿轮副都可以做成这类标准化的组合件。

（三）拦污栅的运行、维护与管理

水电站开机前，应彻底清除拦污栅前的漂浮物及淤积物；运行期间，在交接班时都要做一次认真观测，清除污物，保证发电用水清洁，减少水流过拦污栅的水头损失。特别是低水头水电站及多污物的河流，更应该及时清除污物。当拦污栅被於塞或折断而失去效用时，应停机处理，否则污物进入水轮机室会危及水轮机安全。

一般的小型水电站，拦污栅有铁制栏条，也有铁框栅，容易生锈、腐蚀。所以要经常维护，一般每年进行1~2次除锈、涂漆等，必要时补焊损坏和脱落的栅条。

（四）机电设备的运行、维护与管理

机电设备具体维护处理措施如下：对于电动机，应保持其外壳无尘、无污、无锈和压线螺栓的紧固，保持定子与转子间隙的均匀，并及时更换绝缘老化绕组；对于操作设备，动力柜、照明柜、启闭机操作箱、检修电源箱等应定期清洁，保持箱内干燥整洁，如果发现接触不良或老化，应及时维修或者更换；对于输电线路的各种电气设备应及时检测、维修或更换，防止发生漏电、短路、断路、虚连等线路故障；对于各种开关和继电保护装置，应该保持干净、触点良好、接头牢固，如果发现接触不良应及时维修，如老化、动作失灵，应予更换，对于备用电源的柴汽油发电机组应按有关规定定期养护、检修；对于建筑物防雷设施，应及时更换锈蚀量超过截面30%以上避雷针（线、带）及引下线，并及时补焊或旋紧已脱焊、松动的导电部件的焊接点或螺栓接头；对于电器设备的防雷设施，应按供电部门的有关规定进行定期校验。