朱淦亮

【摘要】本文結(jié)合某水閘工程實(shí)例，分析了原有雙扉門(mén)自動(dòng)化控制中存在的問(wèn)題，提出了一種新型套閘雙扉門(mén)啟閉機(jī)，并對(duì)其工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及可靠性措施進(jìn)行了詳細(xì)的分析，旨在為其他類(lèi)似水閘工程雙扉閘門(mén)自動(dòng)化控制運(yùn)行提供參考。

【關(guān)鍵詞】新型套閘；雙扉閘門(mén)；啟閉機(jī)

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國(guó)力的增強(qiáng)，水利水電工程的建設(shè)也越來(lái)越受重視。在水利水電工程中，水閘是其中的關(guān)鍵組成部分，關(guān)系到水利水電工程調(diào)節(jié)流量、電站運(yùn)行及通航等功能的發(fā)揮。而雙扉閘門(mén)是降低平面閘門(mén)工作橋排架高度的有效措施之一，其啟閉機(jī)的可靠性直接關(guān)系到水利水電工程的整體質(zhì)量及功能效益的發(fā)揮。

1、工程概況

某水閘工程屬于重建工程，是將原有水閘工程進(jìn)行拆除，然后經(jīng)過(guò)重建改造以后所得到的。該工程一共有10個(gè)孔，每個(gè)孔的寬度約為12m，所以水閘工程總的寬度為120m，水閘的開(kāi)啟與關(guān)閉是通過(guò)鋼閘門(mén)與卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)配合實(shí)現(xiàn)的。為了使該位置的河道能夠順利通航，特將水閘南邊節(jié)制閘改成套閘。為了滿足水路航運(yùn)的凈高要求，需要將直升閘門(mén)進(jìn)行一定程度的改造。傳統(tǒng)的改造方法都是直接把直升閘門(mén)替換成其他形式的閘門(mén)。因此，本工程使用了上下扉閘門(mén)來(lái)替換原有的直升閘門(mén)，既能滿足河道的通航要求，又不會(huì)改變水閘工程原有設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，從而保證水閘工程的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性。

2、新型上下扉閘門(mén)控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題

新型上下扉閘門(mén)的控制是通過(guò)專(zhuān)業(yè)的卷筒啟閉機(jī)實(shí)現(xiàn)的。卷筒啟閉機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)精密等優(yōu)點(diǎn)，不需要額外增加工作橋的高度與寬度，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的控制。但是在卷筒啟閉機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)當(dāng)中加入自動(dòng)化控制系統(tǒng)屬于初次嘗試，技術(shù)還不太成熟。而套閘的使用非常頻繁，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了節(jié)制閘的使用頻率，每天開(kāi)啟和關(guān)閉閘門(mén)的次數(shù)在十次以上，如果使用手動(dòng)控制系統(tǒng)，頻繁地手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)閘門(mén)不僅會(huì)加大了操作人員的工作量，還影響通航的效率。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)卷筒啟閉機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究，使得卷筒啟閉機(jī)的運(yùn)行更加安全可靠。

3、新型上下扉閘門(mén)啟閉機(jī)設(shè)計(jì)方法

為了滿足河道通航要求，該水閘工程新型上下扉兩片閘門(mén)設(shè)計(jì)的高度是一致的，從而使得兩片閘門(mén)都能夠到達(dá)最高點(diǎn)，而對(duì)應(yīng)的卷筒啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)也同樣按照這個(gè)規(guī)律，只不過(guò)上下扉兩片閘門(mén)的啟閉力度有所不同，下扉啟閉力度為上扉啟閉力度的兩倍；上扉閘門(mén)的吊點(diǎn)設(shè)置在閘門(mén)外，而下扉閘門(mén)的吊點(diǎn)設(shè)置在閘門(mén)內(nèi)側(cè)；對(duì)于離合點(diǎn)的控制一定要保證精確度，最好是使用專(zhuān)業(yè)的數(shù)字編碼器。

4、新型上下扉閘門(mén)啟閉機(jī)運(yùn)行原理

閘門(mén)的開(kāi)啟：兩片閘門(mén)的初始位置都在閉合位置，離合器也處在分離狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟以后，主卷筒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)下扉閘門(mén)，當(dāng)下扉閘門(mén)與上扉閘門(mén)的高度接近時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，開(kāi)啟離合器，主卷筒與副卷筒慢慢接合，接合完成以后再開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)，使得上扉閘門(mén)與下扉閘門(mén)同時(shí)上升，到達(dá)預(yù)定位置以后，關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，完成閘門(mén)的開(kāi)啟。

閘門(mén)的關(guān)閉：先將上下扉向上移動(dòng)一點(diǎn)，然后撤去擱門(mén)裝置，反向開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)，上扉閘門(mén)與下扉閘門(mén)同時(shí)開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上扉閘門(mén)到達(dá)指定位置以后，先關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，松開(kāi)離合器，使主卷筒與副卷筒分開(kāi)，再開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)，單獨(dú)控制下扉閘門(mén)向下運(yùn)動(dòng)，直到指定位置，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的關(guān)閉。

5、提高新型上下扉閘門(mén)啟閉機(jī)可靠性的措施

5.1 啟閉機(jī)位置與負(fù)載設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位的慎重考慮，最終確定新型上下扉閘門(mén)的統(tǒng)一高度為5230m，下扉閘門(mén)的啟閉動(dòng)力為500kN，啟閉的速度為1.4m/min；而上扉閘門(mén)的啟閉動(dòng)力為250kN，啟閉的速度為1.4m/min。這種設(shè)計(jì)方式，不僅可以滿足水閘工程運(yùn)行的要求，還能保證離合器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.2 離合器的設(shè)計(jì)

對(duì)于離合器最大的要求就是其控制的精確度，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要仔細(xì)考慮。在離合器齒輪傳動(dòng)時(shí)，無(wú)論是閘門(mén)的開(kāi)啟還是閘門(mén)的關(guān)閉，都是單側(cè)受力，所以離合盤(pán)也是單側(cè)受力。對(duì)此，可以將離合盤(pán)受力的那一側(cè)稍微進(jìn)行傾斜，從而保證離合器的鎖定功能；而不受力的那一側(cè)也會(huì)因?yàn)榻嵌鹊脑龃?，所以?huì)允許接合角度存在一定的誤差，從而提高了離合器運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。實(shí)驗(yàn)表明，誤差控制在3-4mm，不會(huì)對(duì)離合效果產(chǎn)生太大影響。

5.3 位置的控制

位置的控制主要是通過(guò)專(zhuān)業(yè)的數(shù)字編碼器實(shí)現(xiàn)的，但是在第一次嘗試當(dāng)中，控制的效果并不太好，每圈的誤差都比較大，而在加入了1：3的齒輪以后，數(shù)字編碼器的誤差有所減小，已經(jīng)控制在了2mm以內(nèi)，滿足控制的精確度要求，控制的準(zhǔn)確度已經(jīng)超過(guò)了95%。

5.4 上下扉門(mén)的啟閉速度與揚(yáng)程設(shè)計(jì)

為了使得上下扉門(mén)能夠保持同步運(yùn)動(dòng)，所以將卷筒的直徑設(shè)置為0.5m，將下扉閘門(mén)的揚(yáng)程設(shè)置為11m，而上扉閘門(mén)的揚(yáng)程設(shè)置為7m，啟閉速度都為1.4m/min，整個(gè)閘門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉的時(shí)間在十分鐘以內(nèi)。

5.5 保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

為了保證離合卷筒啟閉機(jī)運(yùn)行的安全性，在啟閉機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中加入了保護(hù)裝置。在離合過(guò)程當(dāng)中，如果某一步操作出現(xiàn)了問(wèn)題，那么保護(hù)裝置就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，阻止離合器的下一步動(dòng)作，只有每一步操作都正常完成以后，才能正式開(kāi)始下一步的操作。

6、新型上下扉閘門(mén)啟閉機(jī)的特點(diǎn)

（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較緊密。新型啟閉機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較緊密，整體尺寸比傳統(tǒng)啟閉機(jī)大38%左右。

（2）精確度較高。新型上下扉閘門(mén)啟閉機(jī)是使用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅節(jié)約了大量人力物力，還具有傳統(tǒng)啟閉機(jī)所無(wú)法比擬的高精確度。

（3）成本較低。由于新型上下扉閘門(mén)啟閉機(jī)不需要改變工程原有結(jié)構(gòu)，沒(méi)有增加工作橋的寬度和高度，所以節(jié)省了部分施工成本；且兩片閘門(mén)都是通過(guò)同一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，也在一定程度上節(jié)約了電氣設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用。

7、結(jié)語(yǔ)

水閘工程是較為常見(jiàn)的水利工程項(xiàng)目之一，對(duì)水利工程的運(yùn)行質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益有著重要影響。因此，必須要重視起水閘工程建設(shè)，引進(jìn)新型上下扉閘門(mén)啟閉機(jī)，提高水閘控制的精確度與安全性，從而保證水閘工程能夠正常發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫月娟.暗桿式雙向止水閘門(mén)設(shè)計(jì)[J].水科學(xué)與工程技術(shù).2015（04）

[2]楊小宸.雙向分層取水閘門(mén)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].東北水利水電.2016（01）