一种新型套闸双扉门启闭机可靠性的研究

2016-05-30朱淦亮

水能经济 2016年12期

朱淦亮

【摘要】本文结合某水闸工程实例，分析了原有双扉门自动化控制中存在的问题，提出了一种新型套闸双扉门启闭机，并对其工作原理、技术特点及可靠性措施进行了详细的分析，旨在为其他类似水闸工程双扉闸门自动化控制运行提供参考。

【关键词】新型套闸；双扉闸门；启闭机

引言

随着我国社会经济的快速发展以及国力的增强，水利水电工程的建设也越来越受重视。在水利水电工程中，水闸是其中的关键组成部分，关系到水利水电工程调节流量、电站运行及通航等功能的发挥。而双扉闸门是降低平面闸门工作桥排架高度的有效措施之一，其启闭机的可靠性直接关系到水利水电工程的整体质量及功能效益的发挥。

1、工程概况

某水闸工程属于重建工程，是将原有水闸工程进行拆除，然后经过重建改造以后所得到的。该工程一共有10个孔，每个孔的宽度约为12m，所以水闸工程总的宽度为120m，水闸的开启与关闭是通过钢闸门与卷扬式启闭机配合实现的。为了使该位置的河道能够顺利通航，特将水闸南边节制闸改成套闸。为了满足水路航运的净高要求，需要将直升闸门进行一定程度的改造。传统的改造方法都是直接把直升闸门替换成其他形式的闸门。因此，本工程使用了上下扉闸门来替换原有的直升闸门，既能满足河道的通航要求，又不会改变水闸工程原有设计与结构，从而保证水闸工程的实用性与经济性。

2、新型上下扉闸门控制系统出现的问题

新型上下扉闸门的控制是通过专业的卷筒启闭机实现的。卷筒启闭机具有体积小、结构精密等优点，不需要额外增加工作桥的高度与宽度，就可以实现对闸门的控制。但是在卷筒启闭机运行系统当中加入自动化控制系统属于初次尝试，技术还不太成熟。而套闸的使用非常频繁，远远超过了节制闸的使用频率，每天开启和关闭闸门的次数在十次以上，如果使用手动控制系统，频繁地手动控制开关闸门不仅会加大了操作人员的工作量，还影响通航的效率。因此，必须要加强对卷筒启闭机自动化控制系统的研究，使得卷筒启闭机的运行更加安全可靠。

3、新型上下扉闸门启闭机设计方法

为了满足河道通航要求，该水闸工程新型上下扉两片闸门设计的高度是一致的，从而使得两片闸门都能够到达最高点，而对应的卷筒启闭机的设计也同样按照这个规律，只不过上下扉两片闸门的启闭力度有所不同，下扉启闭力度为上扉启闭力度的两倍；上扉闸门的吊点设置在闸门外，而下扉闸门的吊点设置在闸门内侧；对于离合点的控制一定要保证精确度，最好是使用专业的数字编码器。

4、新型上下扉闸门启闭机运行原理

闸门的开启：两片闸门的初始位置都在闭合位置，离合器也处在分离状态。当电动机开启以后，主卷筒开始运动，并带动下扉闸门，当下扉闸门与上扉闸门的高度接近时，关闭电动机，开启离合器，主卷筒与副卷筒慢慢接合，接合完成以后再开启电动机，使得上扉闸门与下扉闸门同时上升，到达预定位置以后，关闭电动机，完成闸门的开启。

闸门的关闭：先将上下扉向上移动一点，然后撤去搁门装置，反向开启电动机，上扉闸门与下扉闸门同时开始向下运动。当上扉闸门到达指定位置以后，先关闭电动机，松开离合器，使主卷筒与副卷筒分开，再开启电动机，单独控制下扉闸门向下运动，直到指定位置，实现闸门的关闭。

5、提高新型上下扉闸门启闭机可靠性的措施

5.1 启闭机位置与负载设计

经过设计单位的慎重考虑，最终确定新型上下扉闸门的统一高度为5230m，下扉闸门的启闭动力为500kN，启闭的速度为1.4m/min；而上扉闸门的启闭动力为250kN，启闭的速度为1.4m/min。这种设计方式，不仅可以满足水闸工程运行的要求，还能保证离合器的正常运转。

5.2 离合器的设计

对于离合器最大的要求就是其控制的精确度，所以设计时需要仔细考虑。在离合器齿轮传动时，无论是闸门的开启还是闸门的关闭，都是单侧受力，所以离合盘也是单侧受力。对此，可以将离合盘受力的那一侧稍微进行倾斜，从而保证离合器的锁定功能；而不受力的那一侧也会因为角度的增大，所以会允许接合角度存在一定的误差，从而提高了离合器运转的可靠性。实验表明，误差控制在3-4mm，不会对离合效果产生太大影响。

5.3 位置的控制

位置的控制主要是通过专业的数字编码器实现的，但是在第一次尝试当中，控制的效果并不太好，每圈的误差都比较大，而在加入了1：3的齿轮以后，数字编码器的误差有所减小，已经控制在了2mm以内，满足控制的精确度要求，控制的准确度已经超过了95%。

5.4 上下扉门的启闭速度与扬程设计

为了使得上下扉门能够保持同步运动，所以将卷筒的直径设置为0.5m，将下扉闸门的扬程设置为11m，而上扉闸门的扬程设置为7m，启闭速度都为1.4m/min，整个闸门开启或关闭的时间在十分钟以内。

5.5 保护装置的设计

为了保证离合卷筒启闭机运行的安全性，在启闭机控制系统当中加入了保护装置。在离合过程当中，如果某一步操作出现了问题，那么保护装置就会自动开启，阻止离合器的下一步动作，只有每一步操作都正常完成以后，才能正式开始下一步的操作。

6、新型上下扉闸门启闭机的特点

（1）内部结构比较紧密。新型启闭机内部结构比较紧密，整体尺寸比传统启闭机大38%左右。

（2）精确度较高。新型上下扉闸门启闭机是使用的自动化控制系统，不仅节约了大量人力物力，还具有传统启闭机所无法比拟的高精确度。

（3）成本较低。由于新型上下扉闸门启闭机不需要改变工程原有结构，没有增加工作桥的宽度和高度，所以节省了部分施工成本；且两片闸门都是通过同一套自動化控制系统进行控制，也在一定程度上节约了电气设备维护的费用。

7、结语

水闸工程是较为常见的水利工程项目之一，对水利工程的运行质量与经济效益有着重要影响。因此，必须要重视起水闸工程建设，引进新型上下扉闸门启闭机，提高水闸控制的精确度与安全性，从而保证水闸工程能够正常发挥作用。