一种自动锁锭装置在水利金属结构中的运用

曹兰兰，李鹏飞

（山东省水利勘测设计院，山东济南 250013）

0 引言

为避免启闭机因长期受力而发生故障，通常在闸门门槽两侧设置锁锭装置。现实际运行的许多工程中，锁锭装置多为型钢切割加工而成的传统锁锭梁结构，结构简单，需要操作人员手动拉动锁锭梁锁锭闸门。对于小型且人工操作运行无安全风险的闸门，此种锁锭装置操作简单、维护方便、成本低廉，但对于中、大型闸门，且人工操作运行存在安全隐患的闸门，宜设置闸门自动锁锭装置。现有国内外水利水电工程中采用的自动机械锁锭装置主要有翻板式、连杆式、斜撑式或走轮式等结构，具有结构简单、操作方便等优点，但实际运用中需要在闸门施工时提前安装预埋件，工程量大且不适用于已运行使用的闸门。对于已运行使用的闸门，基于现有运行工况，通过简单的改造，弥补现有操作运行中的安全漏洞，确保运行管理人员的安全，使工程运行管理更加人性化，工程的效益、安全得到最大的发挥变得尤为重要。

1 锁锭装置在水利金属结构中的应用

锁锭装置是支撑闸门使其固定在全开或者某一开度位置的一种装置，当闸门投入锁锭梁或锁锭装置时，减少启闭机所受的载荷。在工程实际应用中，闸门的锁锭型式多种多样，常见的锁锭装置主要分为简支梁式锁锭装置和悬臂式锁锭装置。简支梁式锁锭装置可分为简单人力锁锭梁、带行走简支式锁锭装置；悬臂式锁锭装置可分为翻板式悬臂锁锭装置、杠杆式锁锭器、走轮式锁锭、直角形翻转锁锭、推移式锁锭、自动锁锭装置[1]。

以上多种锁锭型式中，应用最为广泛的是简单人力锁锭梁，这种锁锭方式一般使用工字钢加工而成[1]。人工锁锭方式操作简单、不易出错，但人工锁锭的方式需要至少两人现场操作。人工锁锭实际操作有很多不确定性，在应对突发险情时缺乏及时性；劳动强度大，存在安全隐患。

自动锁锭装置主要为传统机械式自动锁锭，其设计依据力矩平衡原理，不需要人工操作，但缺点是对闸门启吊行程有一定的要求[2]，纯机械锁锭方式使用过程中无法人工干预、结构相对简单、无法监测其工作状态，不便于实现自动监控[3]，且在闸门制造加工时就应设计锁锭槽，不适宜已运行、不便改造闸门及土建结构的工程。

2 电动推杆自动锁锭装置

在现有运行的水利工程中，有些水闸闸墩墩顶的锁锭操作空间狭小，不宜布置复杂的自动锁锭装置。采用成品设备电动推杆作为电动锁锭装置的动力来源，改造人力锁锭装置为电动式自动锁锭装置尤为可行。电动推杆体积较小，可设置现地及远程控制锁锭和打开模式装置，具备锁锭到位和打开到位自动断电功能，并有到位信号指示。在电动锁锭装置工字钢锁锭梁下面布置型钢作为移动导轨，可减小工字钢移动时的摩擦力。电动推杆锁锭装置设计简图如图1 所示。

图1 闸门边墩电动锁锭装置设计简图

闸门运行挡水时，电动推杆锁锭梁装置处于非锁定状态，当闸门开启需锁锭闸门时，先开启闸门，将闸门高度开启至闸门锁锭位置距墩顶0.5～1.0 m，然后启动电动推杆锁锭装置至锁锭位置，再关闭闸门，将闸门锁锭位置下降至锁锭梁位置锁锭。解除锁锭时，重复上述闸门开启步骤，然后将锁锭装置返回到非锁锭状态，闸门下落运行挡水。电动推杆锁锭装置实现了锁锭梁的自动前进与退出，替代了人工操作；电动推杆上的行程限位开关可以控制锁锭位置的准确性，提高了自动锁锭装置的可靠性。

利用电动推杆把现有运行的人力锁锭闸门型式改造为电动式自动锁锭型式，不仅保证工程运行安全可靠，提升自动化程度，降低人员劳动强度和运行成本，提高工程效益[4]，而且可操作性强，便于工程的改造实施。

3 改造设计应用实例

电动推杆自动锁锭装置设计以南水北调东线长沟泵站现状节制闸人工锁锭梁改造为应用设计实例。长沟泵站现状节制闸共8孔，每孔设有1 扇双向挡水工作闸门，每扇工作闸门启闭设备采用1 台固定式卷扬启闭机。现状节制闸闸门锁锭需人工到现场操作，闸孔墩顶锁锭梁安装的位置空间狭小、两侧悬空，人工锁锭闸门需要操作人员翻越闸门检修桥栏杆，存在一定的人身安全隐患。

人工锁锭梁改造为电动推杆自动锁锭装置时，在每扇闸门左、右两侧埋件墩顶处各设1 套电动推杆锁锭梁装置，每扇闸门共设2 套。闸孔中墩每套锁锭装置包括两台电动推杆、锁锭梁工字钢、电控设备等附件，闸孔边墩每套锁锭装置包括1 台电动推杆、锁锭梁工字钢、电控设备等附件。电动推杆自动锁锭梁的控制方式有手动和遥控两种，8 孔闸门自动锁锭装置配4 台按钮箱和相应的遥控器，相应设备安装在闸门启闭机房的机架桥上。自动锁锭装置中设有信号反馈装置，通过反馈信号并结合闸房内监控摄像机来确定闸门锁锭装置的工作和退出状态，进一步保证自动化运行的安全性。人工锁锭梁改造后实现闸门自动锁锭，可现地及远程控制锁锭和打开，具备锁锭到位和打开到位自动断电功能，并有到位信号指示。锁锭梁改造后，保障了管理、运行人员的人身安全，提高了闸门锁锭的工作效率，使工程运行更加安全可靠。

4 结语

近十几年以来，水利工程自动化运行技术在我国得到了飞速发展，自动化运行水平已经发展到了一个新的高度，但是闸门自动锁锭一直是水利工程自动化运行中的一个短板。在工程运用过程中，闸门锁锭装置虽然设备简单，但在闸门运行中的作用很大，关系到闸门的运行安全。人工锁锭装置需人工现场操作，无法实现自动化远程控制，劳动强度大、管理成本高；纯机械自动锁锭装置结构简单，但是可靠性较低，远程控制中无法即时反馈锁锭的成功与否，在安装时需在闸墩内提前安装预埋件，安装施工量大，不适用于已建闸站[3]。将人工锁锭装置改造为电动推杆自动锁锭装置，避免了人工锁锭闸门时的人身安全隐患，实现既可现地控制又可远程控制锁锭闸门，提升了工程运用的自动化水平。改造为电动推杆自动锁锭装置时，仅需将锁锭装置用膨胀螺栓固定在闸墩锁锭梁旋置的墩顶上即可，安装方便简单，无需改造闸门及土建结构，可根据工程现状灵活应用，方便操作实施，大大提高了电动推杆自动锁锭装置的可用性和推广价值。