亭子口电站进水口隔水叠梁门液压抓梁设计及应用

马兴发

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

1 引言

亭子口电站机组取水口在每年3-6月份根据水位的变化采用分层取水，满足环保对取水水温的要求，以提高下泄水温，保持生态平衡。根据电站运行特性及要求，结合电站进水口的布置情况，利用备用拦污栅栅槽设置一道隔水叠梁门，叠梁门为板梁式焊接结构，滑道支承，叠梁门总高度28m，结构主要材料为Q235B，分成若干个单元(每节叠梁高度为2.8m左右)入槽，用以调节取水高度以达到提高下泄水温的目的。隔水叠梁门采用电站厂房坝段进水口坝顶2×1250/1000/100kN门机回转吊操作。因此，门机和抓梁的安全性能高低具有重要的意义。在实际工作中检查发现抓梁存在以下问题：①抓梁在下落进行抓门操作时，无导向装置和抓梁到位信号反馈装置，在水下工作中，无法正确判断抓梁是否正确到位，给吊装作业埋下安全隐患；②抓钩翻转时，完全依靠抓梁的自重实现，无抓钩脱开和抓合信号反馈，在水下工作中，无法正确判断抓梁的实际工作情况；③抓梁在进行抓门时，齿轮在传动过程中，传动轴刚性不足出线断裂，无法正常进行叠梁门的抓吊工作；④两个抓钩的重心不在同一水平线上，在抓门时，存在扭曲情况，叠梁门导轨摩擦力矩成倍增加，不能正常依靠门的自重进行下落操作。此外，不同的操作人员在进行起吊作业时，对抓梁抓钩角度的判断是不同的，操作的结果也是不尽相同，没有技术保障。针对上述问题，抓梁自动抓取功能的改造和视频监控功能的完善势在必行，从而在设备技术上实现起吊工作的安全可靠。

2 设计总体要求

本方案针对此次改造的具体内容和现场环境以及其他一些要求来进行设计的一个方案。在设计最初均考虑到了新系统在现场时的安装、调试、维护以及和原系统的接口等问题。总体方案概述如下所示。

(1)取消原机械杆传动进行抓吊工作的方式，增加一套液压传动装置和视频监控系统，在收到抓梁就位信号后，由控制室发出脱开和抓合命令。操作人员一是根据信号反馈判断操作的正确性；二是直接通过视频系统观看脱开和抓合的全过程动作过程，保障操作过程的正确和安全。

(2)采用YD-Ⅳ型门机综合监测仪作为系统处理的核心。所有信号部分采用门机综合监测仪进行处理。门机综合监测仪装设在操作室斜前方，以不影响操作人员的视线和便于查看、拆装为原则。

(3)门机综合监测仪采用高分辨率的TFT彩色液晶触摸屏，主机无任何外围按键操作，全中文操作系统，所有设置及翻查菜单采用触摸方式进行，操作非常简便。抓梁穿销、浸水检测、高度、重量等信号的数值在触摸屏实时显示。

(4)液晶触摸屏可对其控制对象的控制参数进行设定，与主机构成紧凑型设计。

(5)采用数字化通信技术，抓梁各穿销、就位等信号经我公司开发的HY-Ⅳ型信号处理箱处理后，通过485现场总线与门机综合监测仪进行通讯，并通过门机综合监测仪进行处理。

3 设计改造方案

3.1 抓梁机械部分改造

目前，存在以下问题：①抓梁在下落进行抓门操作时，无导向装置和抓梁到位信号反馈装置，特别是在水下工作中，无法正确判断抓梁是否正确到位；②抓钩翻转时，依靠抓梁的自重带动齿轮在旋转，通过传动轴实现抓钩的翻转，无抓钩脱开和抓合信号反馈，在水下工作中，无法正确判断抓梁的实际工作情况。因此，本次改造将取消这种抓钩控制方式，安装一套液压机构传动装置，即在抓梁就位后，操作液压阀组，实现抓钩和穿销操作。

3.2 控制系统改造方案

基于门机现有的控制系统，在不改变原机械抓梁整体结构的基础上，对机械式抓梁进行自动化监控改造，使其达到抓梁穿销、退销、重量信号、开度信号全过程线性监视，抓梁各传感器及其辅助接线装置、动力及信号传输装置防水、密封性能好，整个抓梁监控系统能长时间安全、可靠运行，使用、维护简便，性价比高。

(1)增加穿销同步位移传感器，对穿销运行全过程进行检测，整个运行检测值为线性化，因此其实际显示时也对全过程监视，这样可以避免运行时许多不安全因素所带来的各种隐患。同时在抓梁穿销传感器的外部加装不锈钢护罩，以防水面漂浮物进入传感器运行部件导致卡阻或对其进行撞击，见图1所示。

图1 穿销传感器走线及运行原理

(2)增加开度(高度)检测传感器，选用可靠性高的、测量精确的原装进口倍加福(P+F)绝对形光电编码器。

(3)增加抓梁随行深水电缆，使用质量好、可靠性靠的专用深水电缆和信号传输屏蔽电缆。

(4)增加抓梁防水接线盒及防水插头/插座，采用新型不锈钢深水密封防水接线盒(内设浸水检测，在主机上自动报警提示)，将原抓梁防水插头/插座改造为进口军工级专用防水插头/插座，并对以上部位进行防水密封处理，使之在2MPa大气压试验不渗水。

(5)增加一套原抓梁监测主机系统，采用WZ-Ⅳ型门机综合监测仪(触摸屏)进行监控，在主机上直接动态显示抓梁穿销、闸门开度运行的全过程，提供模拟实时动态及运行实际数据(绝对数值)显示，抓梁就位及回位、穿销到位及回位、密封接线盒浸水等报警(中文及声光提示)，并对泵站运行装置、主起升机构等进行相应保护控制。如对主机信号处理装置进行扩展，可接入主起升重量、高度等信号一并处理、实时监控。

(6)将新系统控制输出信号直接在联动台并入相应保护回路。

(7)增加水下摄像功能，为了可靠运行，安装了一套水下摄像装置，通过抓梁信号和水下视频来共同判断穿轴装置的位置，利用视频装置对操作的全过程进行监控。整个系统由水下摄像机、水下密封接线装置、深水传输电缆、监控主机构成。

4 结语

通过本次改造，亭子口电站基本实现了抓梁的自动抓取功能，抓梁各部位运行情况都能通过监控系统正确反映，报警功能正确，水下摄像功能完善，可以清晰地记录和监控整个穿销过程，有效实现抓梁的自动抓取功能。这次抓梁的改造，是一次成功的技术改造，提高了设备可靠性。

总而言之，在现阶段水电厂生产中，对起重设备的性能和视频监控系统提出了较高的安全要求。管理人员要尽量提高起重设备自动控制和监控功能，保障作业人员的安全和工作效率，大量引进现代科学技术，对起重设备进行针对性的改造和应用。