卷扬式启闭机服役期的主要问题及处理措施

2019-02-16

水利建设与管理 2019年6期

(安徽省水利水电勘测设计院工程质量检测所，安徽合肥 230000)

卷扬式启闭机结构紧凑、承载能力大、运行平稳可靠、安装维护方便，是水利水电工程上应用最为广泛的一种启闭机。其中开式齿轮副减速且工作位置固定的结构型式采用最为普遍。国内现已开发有普通、快速、高扬程(QP、QPQ、QPK)等多系列卷扬式启闭机产品，一般启门力不大于400kN的固定卷扬式启闭机，可设手摇装置。相对螺杆式、液压式启闭机，闸门降落时，卷扬式启闭机无须提供闭门力。

1 设备组成及工作原理

固定卷扬式启闭机主要由机架、起升机构及电气控制系统组成，其中起升机构通常包括卷扬、传动、制动等装置。其工作原理为电动机通过联轴器和减速器相连，带动开式齿轮副和卷筒转动，卷筒上的钢丝绳又通过滑轮组实现吊具的升降。

2 存在的主要问题及原因

根据启闭机的运行工况、零部件的破坏形式与性质分析，卷扬式启闭机(以下简称“启闭机”)服役期存在的主要问题有以下几个方面。

2.1 启门力异常增大或陡变

正常情况下，启门力除承担闸门自重外,还承担支承、止水的摩擦阻力以及底缘下吸力、水注重等荷载。然而，门槽内存在异物卡阻、闸门支承接触行走不正常、门叶扭曲变形等现象，都会导致启闭机运行时启门力间断性陡变或异常增大，甚至超过设备的使用荷载极限,而造成机构振动、电机过载发热等异常状况，甚至拉断钢丝绳，发生闸门坠落事件。

2.2 钢丝绳损坏

2.2.1 腐蚀

由于闸门的不同运用形式(露顶式或潜孔式)，其启闭机钢丝绳有的是完全暴露在大气中，有的是部分外露部分浸于水中，由于电化学腐蚀使其表面剥离，产生黑皮、麻坑，形成沟纹，在水质环境较差的干湿交替部位尤为严重，而酸性或碱性水质易于溶解钢丝绳表面和内部的油脂，造成绳芯腐烂。腐蚀不仅减小了绳股的有效断面面积，其表面粗糙也会加剧股与股及钢丝绳间磨损挤压，造成断丝，进而削弱钢丝绳的韧性和破断强度。

2.2.2 变形

钢丝绳在异常使用情形下而产生的变形破坏有很多种，闸门处于关闭状态下，悬挂的钢丝绳过松，启用时，钢丝绳在滑轮里极易产生滑槽，在卷筒上脱槽卷乱、叠加后跳出挡板。这都会造成钢丝绳局部轧坏、压溃，局部损伤会迅速出现断丝或压扁而报废。

钢丝绳局部扭曲经长期作用后就会产生扭结变形，钢丝绳扭结后局部绳芯外露，尽管没有断丝现象，但强度会明显降低。正扭结破坏后的强度只有原强度的60%～80%，负扭结的强度则小于原强度的50%。

2.2.3 磨损

钢丝绳外层绳股钢丝表面的磨损，是由于其在压力作用下与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦而造成的。这种现象在吊载加速和减速运动时，钢丝绳与滑轮接触的部位特别明显，并表现为外部钢丝磨成平面状。其次，启闭机负荷作业时，钢丝绳在缠绕卷筒、通过滑轮时均会产生弯曲受压，产生各个绳股和钢丝之间的内磨损。润滑不足，或不正确的润滑以及附着的灰尘和砂粒都会加剧磨损。

2.3 传动部件局部磨损

2.3.1 开式齿轮齿面

开式齿轮副啮合是通过大、小齿轮齿面完成的，齿面直接承受荷载传递与分布。而由于两齿面装配侧隙过小(小于0.3mm)或侧隙在齿长方向分布不均匀，就会造成齿面或局部齿面滑动摩擦力增大，随周期性往复的运动便产生磨损，齿面润滑条件不足或油脂不符合要求会加剧齿面磨损。如果从动齿轮齿面硬度(HB)明显偏小(小于HB150)，甚至会发生胶合、啃齿破坏。

2.3.2 传动轴联轴器

双吊点启闭机同步性是通过连接传动轴来实现的，所以两端联轴器的同轴度尤为重要，其中联轴器轴承的磨损就是由于连接轴与其装配存在同一轴线偏差所造成的，两者倾斜相交状态对轴承的磨损破坏程度更大。

2.4 电机异常发热

2.4.1 电流缺相

缺相就是有一相没有电流了，转子获得的能量就少了，转子的速度就会慢下来，与定子的相对运动就增大，定子仍通电的那两组线圈电流就比原来的大，如果电动机处于负载状态，该电流就很容易超出额定电流而烧毁线圈。电机缺相启动时，其启动转矩为零，电机实际上是处于两相短路状态。电动机绕组严重发热。破坏电机绝缘，甚至会烧毁电机。

2.4.2 相电流不平衡

当电机三相电流不平衡度大于10%时，易导致电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加。通常情况下，除电机本身产品质量存在缺陷外，制动机构接触过紧、联轴器不同轴以及闸门的卡阻等造成的负载过重问题，也会引起电机的三相电流不平衡。

2.5 控制保护装置使用不足

2.5.1 行程指示

由于启闭机与闸门是通过钢丝绳柔性连接的，应严格控制其行程指示精度，如果闸门触底不断路，就可能造成钢丝绳在卷筒或滑轮上脱槽；上限不断路，遇到遮挡物则会造成过载拉断钢丝绳。实际工作中发现：大多开度行程的基准值设置不准确，致使启闭机接受指令后停机，但闸门尚未完全关闭。或者机械式高度指示装置废弃，现地控制柜上行程显示仪表又不工作，需依靠检修平台上观察人员发口令进行升降操作控制。

2.5.2 荷载控制

为避免启闭机起升时，遭遇异常情况过载运行而造成设备事故，故配置荷载控制装置，即启门力超过1.1倍额定启门力时，系统自动切断主回路并报警。而实地检查发现：由于对荷载控制装置功能性认识不足，启闭机上已安装的传感器并未完成其他连接安装；或者安装了，损坏后未再修复启用。有的甚至认为该装置使用后影响了启闭操作的连续性，所以弃用。

2.6 设备维护深度不足

维护与保养对设备的正常运行尤为重要，随着水利工程标准化管理工作的推进，启闭机的日常维护与岁修基本按程序在实施，但很大程度表现在设备外观的清理与涂护上，安装或运行缺陷不能得以全面彻底解决。譬如：钢丝绳不拆卸检查、清洗、润滑，仅对外露部分进行油脂涂抹；开式齿轮护罩有的埋置在混凝土中或者焊死，不能拆装，齿轮得不到有效润滑，运行及配合状态无法检查、纠偏；控制保护装置不完善等。

3 处理措施及建议

就上述启闭机运行期产生的主要问题，提出如下几点处理措施或建议。

3.1 减小启门时非正常摩阻力

更换锈损滑块，宜使用耐磨抗腐蚀新型复合材质(SF或TSC)滑块；拆卸转动不灵活的主滚轮，对主轴破坏铬层进行表面处理后重新镀铬封闭，磨损的轴套应更新，宜采用铜基镶嵌(球墨润滑)的衬套，恢复闸门行走支承的正常功能。

水中泥沙含量大的运行环境，应调度功能性闸门定期进行冲沙、清淤，闸门需定期提出孔口水面进行清理、维护。常态化巡检，全面清理门槽内杂物及工作面附着物，建议露顶式闸门顶缘两端或门槽顶端应设置活动式遮挡盖板，防止坠物卡塞。

此外，在不影响使用功能的情况下，合理调整闸门橡胶止水的预压量、完善门叶底缘的结构布置型式。

3.2 科学维护钢丝绳

3.2.1 加强检查与检测

日常巡查时，应着重检查绳端在卷筒上固定情况以及钢丝绳在卷筒、滑轮上的缠绕状态。每隔6～10个月做1次无损探伤，重点检测每1节距的断丝数、绳径的减小量以及腐蚀、磨损、变形的程度与性质等，达到报废标准的应予以更换。

3.2.2 正确养护

按管理规定的频次及要求对钢丝绳进行清理、润滑，所选油脂应与制造阶段使用的油脂一致或相容，所用油脂不得削弱其摩擦性能。保养润滑时，宜采用拆卸的方式，对整根钢丝绳进行表面清理后再涂油；在不影响正常行程区间的条件下，建议对干湿交替部位及水下部位的绳段涂油后再进行包裹保护。涂抹油脂不宜过多，否则可能会导致表面聚集碎屑，进而对钢丝绳、滑轮、卷筒造成磨损破坏。