(嘉陵江亭子口水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 亭子口電站升船機(jī)概況

亭子口水利樞紐電站位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開(kāi)發(fā)中唯一的控制性工程，工程主體建筑物從左岸至右岸依次布置有左岸非溢流擋水壩段、左岸廠房壩段、底孔壩段、表孔壩段、升船機(jī)壩段和右岸非溢流壩段等建筑物，升船機(jī)通航建筑物過(guò)船規(guī)模為2×500t級(jí)，采用鋼絲繩卷?yè)P(yáng)提升式全平衡垂直提升形式，最大提升高度85.4m，承船廂結(jié)構(gòu)、設(shè)備及廂內(nèi)水體總重約6250t，電站總裝機(jī)容量1100MW。

船舶過(guò)壩時(shí)，通過(guò)上、下閘首駛?cè)胙b有水的鋼質(zhì)承船廂，承船廂由136根鋼絲繩懸吊，其重量由平衡重系統(tǒng)全部平衡，并通過(guò)主提升機(jī)驅(qū)動(dòng)，在船廂室內(nèi)沿埋設(shè)在塔柱墻壁上的導(dǎo)軌垂直升降運(yùn)行，運(yùn)送船舶過(guò)壩。

主提升機(jī)的正常停機(jī)制動(dòng)和一般故障工況下的快速停機(jī)制動(dòng)通過(guò)電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)實(shí)施，停機(jī)后主提升機(jī)的制動(dòng)則由安全制動(dòng)系統(tǒng)承擔(dān)。

2 主提升機(jī)布置與技術(shù)參數(shù)

2.1 設(shè)備布置與組成

亭子口升船機(jī)的主提升機(jī)布置在塔柱頂部的主機(jī)房?jī)?nèi)，機(jī)房地面高程468.5m。主提升機(jī)主要由8套卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)、8套平衡滑輪組、2套安全制動(dòng)系統(tǒng)、1套機(jī)械同步軸系統(tǒng)、8套干油潤(rùn)滑系統(tǒng)及相應(yīng)的電力拖動(dòng)、控制、檢測(cè)等設(shè)備組成。

每套提升機(jī)構(gòu)各由一臺(tái)200kW的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，8套提升機(jī)構(gòu)間通過(guò)機(jī)械同步軸聯(lián)接，形成封閉的同步軸系統(tǒng)。每個(gè)卷筒上繞有8根φ66mm的鋼絲繩，其中4根提升繩通過(guò)液壓均衡油缸與船廂連接，另4根反向纏繞的轉(zhuǎn)矩平衡繩與轉(zhuǎn)矩平衡重相連。在提升機(jī)構(gòu)的上、下游分別布置1組平衡滑輪組，每個(gè)滑輪組有9片滑輪，繞過(guò)滑輪的重力平衡繩兩端分別與船廂和重力平衡重相連。主提升設(shè)備平面布置見(jiàn)圖1。

每套卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)包括2套卷筒組、1臺(tái)減速器、1臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)以及2套安全制動(dòng)器、1套工作制動(dòng)器等設(shè)備。卷筒組布置在減速器的兩側(cè)，工作制動(dòng)器布置在電機(jī)與減速器間的帶制動(dòng)盤聯(lián)軸器上，安全制動(dòng)器布置在每只卷筒的外端。安全制動(dòng)器與工作制動(dòng)器共用液壓泵站，主提升機(jī)設(shè)2套液壓泵站，布置在主提升機(jī)房的兩端，分別控制4套卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)的8套安全制動(dòng)器和4套工作制動(dòng)器，液壓泵站與制動(dòng)器之間通過(guò)管路系統(tǒng)連接。

每套安全制動(dòng)器由6對(duì)制動(dòng)頭和相應(yīng)的連接件等組成；每套工作制動(dòng)器由1對(duì)制動(dòng)頭、1個(gè)支架和相應(yīng)的連接件等組成。

圖1 主提升設(shè)備平面布置

2.2 主提升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

主提升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主提升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.3 安全制動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

安全制動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

3 安全制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

3.1 正常停機(jī)與快速停機(jī)制動(dòng)

在主提升機(jī)電氣傳動(dòng)裝置正常運(yùn)行的條件下，卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)的正常停機(jī)制動(dòng)(制動(dòng)減速度0.01m/s2)和快速停機(jī)制動(dòng)(制動(dòng)減速度0.04m/s2)均由電動(dòng)機(jī)-變頻器執(zhí)行；在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零速時(shí)，工作制動(dòng)器全壓上閘，延時(shí)10s～15s后，安全制動(dòng)器全壓上閘。

表2 安全制動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

3.2 緊急停機(jī)制動(dòng)

當(dāng)電氣傳動(dòng)裝置發(fā)生故障不能實(shí)施正常停機(jī)制動(dòng)和快速停機(jī)制動(dòng)時(shí)，卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)由安全制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施緊急停機(jī)制動(dòng)。當(dāng)主提升機(jī)提升載荷方向與船廂運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)，制動(dòng)減速度不大于0.08m/s2；當(dāng)主提升機(jī)提升載荷與船廂運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，制動(dòng)減速度不大于0.3m/s2。

3.3 正常啟動(dòng)松閘

首先電機(jī)接電，并按照停機(jī)時(shí)載荷的大小與方向施加力矩，然后工作制動(dòng)器松閘，再根據(jù)本次運(yùn)行實(shí)際載荷的大小與方向調(diào)整輸出力矩，使卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)予緊，消除傳動(dòng)間隙。然后，安全制動(dòng)器松閘。最后電機(jī)正式啟動(dòng)，主提升機(jī)投入運(yùn)行。

4 制動(dòng)器的性能要求及其型號(hào)選擇

根據(jù)亭子口升船機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)和使用條件，亭子口升船機(jī)采用了江西華伍制動(dòng)器股份有限公司制造的制動(dòng)器，其主要性能特點(diǎn)有：常閉、盤式制動(dòng)器，機(jī)械彈簧上閘、液壓松閘；構(gòu)件少，制動(dòng)安全可靠，維護(hù)方便；設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試方便；能適應(yīng)升船機(jī)工作環(huán)境濕度大、制動(dòng)盤表面銹蝕、運(yùn)轉(zhuǎn)頻繁、靜止上閘、安全可靠性要求高的運(yùn)行條件與要求；制動(dòng)器摩擦片的摩擦系數(shù)受壓力、溫度、濕度與對(duì)偶件材質(zhì)、表面粗糙度等因素的影響很小，能適應(yīng)制動(dòng)盤水濕及銹蝕的工況條件，并便于更換；每個(gè)制動(dòng)頭均設(shè)上閘到位檢測(cè)裝置和松閘到位檢測(cè)裝置，檢測(cè)信號(hào)可在現(xiàn)場(chǎng)顯示，并參與主提升機(jī)的集控等性能。

4.1 制動(dòng)器型號(hào)選擇及驗(yàn)算

4.1.1 工作制動(dòng)器

亭子口升船機(jī)的工作制動(dòng)器布置在主提升高速電機(jī)與高速減速器之間的聯(lián)軸器上，其主要作用是在電氣制動(dòng)失效的情況下將主機(jī)緊急制動(dòng)。亭子口升船機(jī)的工作制動(dòng)器初步選型為SB30，每對(duì)制動(dòng)頭制動(dòng)力(正壓力)為2×30kN，碟簧通過(guò)有關(guān)壽命驗(yàn)算，工作壽命≥200萬(wàn)次，高于相關(guān)要求的50萬(wàn)次以上，滿足要求；一套工作制動(dòng)器(SB30)所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩Mn=30000×0.4×(0.6-0.09)=6120(N·m)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為Md=200×9550/739=2585(N·m)，安全系數(shù)n=6120/2585=2.36>2；因此，工作制動(dòng)器選擇型號(hào)SB30滿足相關(guān)要求。工作制動(dòng)器SB30結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 工作制動(dòng)器SB30結(jié)構(gòu)示意

4.1.2 安全制動(dòng)器

亭子口升船機(jī)安全制動(dòng)器布置在每只卷筒的外端，安全制動(dòng)器初步選擇型號(hào)為SB400，共設(shè)置有16套，每套制動(dòng)頭數(shù)量6對(duì)。每對(duì)制動(dòng)頭夾緊力(正壓力)為2×400kN，每對(duì)制動(dòng)頭摩擦力≥2×160kN，碟簧通過(guò)有關(guān)壽命驗(yàn)算，工作壽命≥200萬(wàn)次，高于相關(guān)要求的50萬(wàn)次以上，滿足要求；圈筒上2套(12對(duì))安全制動(dòng)器(SB400)所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩Mn=12×400×0.4×(5.2-0.28)=9446.5kN·m；減速機(jī)低速軸端轉(zhuǎn)矩Mds=2585×619=1600kN·m；安全系數(shù)n=9446.5/1600=5.9>5；因此，安全制動(dòng)器選擇型號(hào)SB400(每套制動(dòng)器裝6對(duì)制動(dòng)頭)滿足相關(guān)要求。SB400安全制動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 安全制動(dòng)器SB400結(jié)構(gòu)示意

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

亭子口升船機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)中，各制動(dòng)器均需要通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)，故對(duì)同步、保壓、調(diào)速、超載保護(hù)、順序動(dòng)作、比例卸載等液壓控制技術(shù)有著不同的要求，其制動(dòng)器采用的技術(shù)主要有：

(1)制動(dòng)器的每個(gè)制動(dòng)單元均設(shè)上閘、松閘到位檢測(cè)裝置，檢測(cè)信號(hào)能在現(xiàn)場(chǎng)顯示，并參與主提升機(jī)集控；

(2)液壓站配置備用油泵電機(jī)組和控制閥組，當(dāng)遇泵組或控制閥組故障時(shí)，能發(fā)訊報(bào)警并及時(shí)切換。液壓系統(tǒng)的所有電磁控制閥均采用雙冗余配置。主要電磁閥帶閥芯位置反饋；

(3)制動(dòng)器對(duì)制動(dòng)盤的尺寸、形位誤差及變形等具有一定的適應(yīng)能力；

(4)安全制動(dòng)系統(tǒng)的所有電控裝置將預(yù)留相應(yīng)接口，以參與主提升機(jī)集控；

(5)工作制動(dòng)器上閘壓力采用比例閥調(diào)節(jié)，可根據(jù)外載大小由自身的電氣控制裝置(PLC)調(diào)節(jié)；

(6)液壓站設(shè)油位、油溫、油壓檢測(cè)裝置，設(shè)帶除濕功能的空氣濾清器。當(dāng)油位、油溫、油壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)訊報(bào)警，檢測(cè)信號(hào)參與主提升機(jī)集控；

(7)電器控制元件的電壓等級(jí)為24V直流電源；開(kāi)關(guān)量信號(hào)采用無(wú)源開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，模擬量信號(hào)采用兩線制、4mA～20mA，比例閥控制信號(hào)為0～9V。

5 結(jié)語(yǔ)

亭子口升船機(jī)在設(shè)計(jì)、安裝施工中，采用了可控的安全制動(dòng)系統(tǒng)，很大程度地提高了升船機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。為使制動(dòng)系統(tǒng)的性能更加滿足亭子口升船機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行要求，并確保系統(tǒng)自身的安全可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)盡可能地作了相應(yīng)的考慮，并采取了相應(yīng)措施，在安裝施工過(guò)程中，也對(duì)存在的問(wèn)題作了論證并進(jìn)行了調(diào)整與修改。2018年亭子口升船機(jī)順利進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，計(jì)劃同年10月進(jìn)行通航試運(yùn)行。