傅劍文，顧承慶，鄧亞新

（國網(wǎng)新源集團(tuán)有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江 杭州 311608）

0 引言

水電站泄洪閘門的及時起升,是避免潰堤、漫壩等安全事故的重要保障。門式起重機(jī)主要以高壓電源驅(qū)動電動機(jī)，為起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等提供動力，是水電站、港口等工程中不可缺少的重要機(jī)械化設(shè)備。電驅(qū)動系統(tǒng)在門式起重機(jī)電源供應(yīng)出現(xiàn)故障，或是電動機(jī)及控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，起重機(jī)將無法正常工作。起升過程中因斷電或電動機(jī)故障造成重負(fù)載懸空停滯，如不及時下落存在較大的安全隱患。通常門式起重機(jī)對于現(xiàn)場電源供應(yīng)出現(xiàn)故障的應(yīng)對措施是配置柴油發(fā)電機(jī)，在停電時通過柴油發(fā)電機(jī)提供電源，保障正常運(yùn)行。但需要配置的柴油發(fā)電機(jī)功率較大，所占用空間較大，且要有一系列匹配的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本較高。因此，為門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)增設(shè)其他非電力驅(qū)動方式是十分必要的。文章介紹了在新安江水力發(fā)電廠泄洪閘雙向門機(jī)起升機(jī)構(gòu)增設(shè)無電應(yīng)急操作系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例，該無電應(yīng)急操作系統(tǒng)的增設(shè)，提高了門式起重機(jī)運(yùn)行安全保障，是現(xiàn)有運(yùn)行系統(tǒng)的必要補(bǔ)充，有效解決起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)、控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或失電等無法工作的問題，保證運(yùn)行安全。

新安江水力發(fā)電廠泄洪閘門采用門式起重機(jī)進(jìn)行起吊，門機(jī)主起升機(jī)構(gòu)為雙吊點(diǎn)雙電機(jī)驅(qū)動方式。

起升機(jī)構(gòu)基本參數(shù)如下：

每臺門機(jī)主鉤起升電機(jī)數(shù)量：2 臺

額定啟門力：2×800 kN

電機(jī)型號：YZP315S1-10

電機(jī)功率：55 kW

電機(jī)轉(zhuǎn)速：569 r/min

減速器型號：JH450D-SW-112

起升速度：2.14 m/min

啟閉力：1382 kN（109 m 水位）

啟閉力：1330 kN（108 m 水位）

1 無電應(yīng)急操作系統(tǒng)簡介

操作系統(tǒng)基本布局示意如圖1 所示，除同步控制柜外，整體左右兩側(cè)對稱。

圖1 無電應(yīng)急操作系統(tǒng)圖

圖2 動力單元及應(yīng)急操作器

圖3 傳動機(jī)構(gòu)-離合器及T 型轉(zhuǎn)換箱

動力單元包含柴油發(fā)動機(jī)、啟動電池、液壓泵及相關(guān)的液壓管路、電氣元件等。應(yīng)急操作器本體包含液壓油路塊、電磁閥控制組件、液壓油等。液壓泵在柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動下對外提供高壓油；液壓泵的排油口通過相應(yīng)的控制閥與應(yīng)急操作器本體相連。通過控制閥可以調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力、流量及流動方向等，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、離合器、T 型轉(zhuǎn)換箱連接到減速機(jī)輸入軸端。在應(yīng)急操作時通過連接離合器接入，帶動起升機(jī)構(gòu)一起轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)閘門的應(yīng)急起升操作；應(yīng)急下降時依靠閘門自重進(jìn)行下降驅(qū)動。同步控制柜包含控制模塊、操作面板、動力電池等，通過采集編碼器的實(shí)時狀態(tài)判定門式起重機(jī)的雙吊點(diǎn)開度值，控制應(yīng)急操作器內(nèi)電磁閥通斷，實(shí)現(xiàn)雙吊點(diǎn)同步運(yùn)行及極限值保護(hù)等功能。一套同步控制柜同時連接及控制左/右兩側(cè)編碼器和應(yīng)急操作器。

2 無電應(yīng)急操作系統(tǒng)的計算及選型

根據(jù)新安江電廠壩頂門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)參數(shù)計算如下：

（1）計算電機(jī)扭矩

（2）計算所需應(yīng)急操作器功率

根據(jù)功率計算，選擇MQHGTD-70-TB 型無電應(yīng)急操作器。

通過以上計算并進(jìn)行對比，可知：

（1）應(yīng)急功率

（2）應(yīng)急額定扭矩

對比結(jié)果：應(yīng)急操作器輸出扭矩、功率等性能滿足使用要求。應(yīng)急起升機(jī)構(gòu)參數(shù)見表1 所示。

表1 應(yīng)急起升機(jī)構(gòu)參數(shù)

3 改造方案簡述

在門機(jī)小車室內(nèi)增設(shè)應(yīng)急操作器及同步控制柜，通過T 型箱與制動器、減速機(jī)高速軸、應(yīng)急操作箱連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急操作器與門機(jī)起升機(jī)構(gòu)的連接。

將門機(jī)制動器軸端增設(shè)一對法蘭，通過可投退的聯(lián)軸器連接應(yīng)急操作器，并連接應(yīng)急操作器。安裝液壓動力單元，通過液壓油管與應(yīng)急操作器連接。首先焊接T 型箱、花鍵離合器及無電應(yīng)急操作裝置的安裝底座。焊接后進(jìn)行了打磨、調(diào)平、對正。檢查確認(rèn)安裝基礎(chǔ)焊接牢固。將T 型箱運(yùn)到安裝底座位置并進(jìn)行預(yù)固定，安裝花鍵離合器，預(yù)留調(diào)整空間符合應(yīng)用，最后安裝應(yīng)急操作器。

焊接同步柜和動力單元的安裝底座，焊接后進(jìn)行了打磨、調(diào)平。將動力單元和同步運(yùn)至指定位置，固定。更換原起升機(jī)構(gòu)制動輪，增設(shè)T 型箱，T 型箱通過連接軸套連接制動器，另一軸通過離合器連接應(yīng)急操作。應(yīng)急設(shè)備改造完成后，應(yīng)急設(shè)備及T 型箱和離合，都在起升機(jī)構(gòu)的主梁上，通過底座橫跨兩個主梁，所占位置，沒有需要檢修的部件，不影響人員操作的通行。管路按照圖紙及現(xiàn)場標(biāo)識連接，檢查正確。對現(xiàn)場焊接處進(jìn)行焊皮清理和打磨，并進(jìn)行補(bǔ)漆，顏色一致。檢查焊接的密封性，密封性能良好。待全部部件安裝完畢后進(jìn)行整機(jī)調(diào)試,并按要求由浙江省特種科學(xué)研究院進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)等工作。

4 增設(shè)的無電應(yīng)急操作器特點(diǎn)

無電應(yīng)急操作系統(tǒng)采用柴油發(fā)動機(jī)作為動力，依靠液壓系統(tǒng)帶動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，液壓動力輸出端與門式起重機(jī)的減速機(jī)端連接，與原電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)并行布置。在電動機(jī)正常工作時，斷開離合器使應(yīng)急操作系統(tǒng)處于備用狀態(tài)；當(dāng)電動機(jī)無法正常工作時，接入離合器使應(yīng)急操作系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，進(jìn)行閘門起升驅(qū)動。兩種運(yùn)行方式互不干擾。無電應(yīng)急操作系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠；運(yùn)行中沒有高壓動力電源，避免人身觸電傷害；系統(tǒng)滿足長時間應(yīng)急運(yùn)行，可適用于多孔閘門依次起升操作。

應(yīng)急操作時滿足起升機(jī)構(gòu)的雙向操作。應(yīng)急操作器內(nèi)通過換向閥的切換改變液壓油路流動方向，實(shí)現(xiàn)閘門起升/下降的方向控制。在應(yīng)急下降操作時，不需要外部輸入動力驅(qū)動，僅依靠應(yīng)急操作器內(nèi)部閥組部件的液壓阻尼作用，即可控制閘門在重力下的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)失電下的平穩(wěn)落門。應(yīng)急工況下降時不使用任何動力，只通過無電液控應(yīng)急操作裝置液壓阻尼原理使閘門平穩(wěn)下降，下降速度可調(diào)整并可按需停留在某一位置。啟閉機(jī)應(yīng)急起升時，通過以柴油發(fā)動機(jī)為動力的動力單元輸出高壓油，由液壓驅(qū)動無電液控應(yīng)急操作器帶動卷揚(yáng)啟閉機(jī)起升。

原門式起重機(jī)雙吊點(diǎn)間沒有同步軸，應(yīng)急操作時根據(jù)開度信號采集雙吊點(diǎn)位置，通過同步控制柜的控制邏輯判定，輸出控制吊點(diǎn)對應(yīng)閥組的通斷，保證雙吊點(diǎn)的同步起升或下降。采用兩個多圈絕對值編碼器作為起升機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角信號采集裝置，通過控制模塊計算實(shí)時運(yùn)行圈數(shù)及角度差值，對相應(yīng)吊點(diǎn)處液壓管路采取節(jié)流控制，實(shí)現(xiàn)雙吊點(diǎn)的平衡運(yùn)行，保證同步。

應(yīng)急操作系統(tǒng)選用的是機(jī)械式多圈絕對值編碼器，在應(yīng)急操作器接入系統(tǒng)時，可以保持門機(jī)運(yùn)行的開度值，使應(yīng)急操作系統(tǒng)與門機(jī)實(shí)際開度全程一致對接。即使在失電的狀況下也不會丟失實(shí)際開度值，因此在安裝時進(jìn)行一次零位對接校準(zhǔn)，后面運(yùn)行即可保持識別現(xiàn)有門機(jī)高度上限/下限的位置，實(shí)現(xiàn)報警提示。

多重運(yùn)行保護(hù)措施兼容。應(yīng)急操作系統(tǒng)內(nèi)除同步運(yùn)行、極限位置保護(hù)功能外，也兼容考慮系統(tǒng)超壓的保護(hù)。當(dāng)應(yīng)急操作系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行壓力超出規(guī)定時（閘門卡阻或不平衡造成超載），壓力繼電器接通使應(yīng)急操作器進(jìn)行報警輸出。這樣可以避免超載運(yùn)行造成門機(jī)結(jié)構(gòu)、起吊裝置或閘門本體等損壞。

應(yīng)急操作時，無電應(yīng)急操作系統(tǒng)具有起門力增容能力。應(yīng)急操作器的液壓系統(tǒng)壓力直接影響輸出扭矩，增大系統(tǒng)壓力可提高起門力。應(yīng)急操作器可提供低轉(zhuǎn)速大扭矩輸出，對閘門的提升力最大可增加約30%，可根據(jù)實(shí)際閘門的狀態(tài)設(shè)置提升力，以滿足特殊工況下（如地震、泥石流等）的突發(fā)應(yīng)急需求。無電液控應(yīng)急操作裝置應(yīng)急操作時，啟閉機(jī)下降速度可通過手動流量閥控制、調(diào)整且鎖定，無須增容時，無電液控應(yīng)急操作裝置的輸出扭矩應(yīng)與電機(jī)的輸出扭矩匹配，誤差在±2%以內(nèi)，同時具備對卷揚(yáng)啟閉機(jī)增容的能力，且增容量可在102%～130%的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以保證在復(fù)雜情況下的應(yīng)急響應(yīng)能力。

5 無電應(yīng)急操作系統(tǒng)操作流程說明

應(yīng)急操作系統(tǒng)中的離合器通斷作為結(jié)構(gòu)接入控制。在無電應(yīng)急操作系統(tǒng)中，選用的機(jī)械式多圈絕對值編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈對應(yīng)門式起重機(jī)橫梁高度變化約4.4 mm，在應(yīng)急同步控制中根據(jù)雙吊點(diǎn)的差值自動進(jìn)行控制調(diào)整。

應(yīng)急操作器起升時，需啟動動力單元，如需同步時，要打開同步柜控制，參考同步控制柜操作說明。①檢查應(yīng)急操作設(shè)備電池電量、柴油、液壓油、潤滑油等狀態(tài)正常；②檢查應(yīng)急系統(tǒng)管路連接正常，無泄漏及破裂；③確認(rèn)進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，推動離合器接入應(yīng)急操作器；④按照操作說明啟動柴油機(jī)，確認(rèn)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常；⑤將控制閥組設(shè)置成起升狀態(tài)；⑥系統(tǒng)建壓要規(guī)定值，釋放制動器，實(shí)現(xiàn)閘門起升；⑦單機(jī)運(yùn)行時，無須打開同步控制系統(tǒng)，雙機(jī)運(yùn)行時，需啟動同步控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制雙機(jī)同步運(yùn)行；⑧設(shè)置柴油機(jī)油門大小，調(diào)節(jié)閘門運(yùn)行速度；⑨運(yùn)行到指定位置，鎖緊制動器；⑩關(guān)閉發(fā)動機(jī)，結(jié)束運(yùn)行。

6 總結(jié)

經(jīng)過項(xiàng)目實(shí)際安裝、測試驗(yàn)證，無電應(yīng)急操作系統(tǒng)的功能及指標(biāo)滿足設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)了無電狀態(tài)下的應(yīng)急起升及下降。無電應(yīng)急操作系統(tǒng)運(yùn)行精度高、可靠性好，日常維護(hù)簡單，易于操作。項(xiàng)目的實(shí)施為門式起重機(jī)在現(xiàn)場失電的情況下安全運(yùn)行提供了進(jìn)一步的保障措施，也為其他類似工程應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)平臺及借鑒經(jīng)驗(yàn)。

無電應(yīng)急操作系統(tǒng)運(yùn)行過程中無高壓動力電源，無人員觸電風(fēng)險，保證了操作者的安全；提供低轉(zhuǎn)速大扭矩輸出，提升力擴(kuò)容的特點(diǎn)可應(yīng)對多種特殊工況。門式起重機(jī)增設(shè)無電應(yīng)急操作器可消除現(xiàn)有起升機(jī)構(gòu)的潛在風(fēng)險，是水電工程應(yīng)急起門操作的一種創(chuàng)新方式，是閘門應(yīng)急預(yù)案中必不可少的應(yīng)急設(shè)備。增設(shè)無電應(yīng)急操作系統(tǒng)，進(jìn)一步提高現(xiàn)有門式起重機(jī)的可靠性，可以保障水電站、大壩的安全，社會及經(jīng)濟(jì)效益突出，應(yīng)用前景廣泛。