彭水升船機超大型下沉式平板門安裝技術分析

陳利

摘要：文章在介紹彭水水電站通航建筑物相關特點及內容的基礎上，進一步對設備結構及特點進行分析，并提出了運輸與吊裝方式的合理選擇方法、設備安裝的關鍵點及質量控制措施等，希望以此為彭水升船機超大型下沉式平板門安裝技術的優化及完善提供一些具有價值的參考憑據。

關鍵詞：彭水升船機；超大型下沉式平板門；安裝技術；水電站；通航建筑物 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV547 文章編號：1009-2374（2016）15-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.056

1 概述

本文以遼寧某河干流大型攔河閘鋼閘門啟閉機現場安全檢測為研究對象，闡述水工鋼閘門卷揚式啟閉機檢測技術及方法，并結合測試結果綜合分析啟閉機現狀質量和安全情況。該閘擔負著城市防洪任務，同時也是灌溉用水控制工程，工程設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為300年一遇，并能通過500年一遇標準洪水，最大泄流量超過為7000m3/s。工程主體攔河閘采用露頂式平面定輪鋼閘門，孔口尺寸為9.6m×6.0m（寬×高），單扇鋼閘門重為35t，設計水頭為5.5m，動水啟閉。每扇鋼閘門配備一臺集中驅動雙吊點固定卷揚式啟閉機，容量為2×400kN，吊點間距為5.82m，啟門速度為1.38m/min，功率為22kW，減速箱速度比為50，配三相異步電動機，轉速為712r/min，頻率為50Hz，定子電壓為380V，閘門上游側布置平面檢修閘門，靜水啟閉。

2 檢測內容及方法

本工程運行時間不超過3年，但過閘流量經常達到設計水頭，根據運行管理要求，結合規程進行有重點的抽查、抽檢。外觀與現狀在運行管護過程中經常開展不再進行贅述，本次以運行狀況、電氣設備及保護裝置、啟閉機啟閉力檢測為主。

2.1 運行狀況

主要檢查、檢測制動器制動性、滑輪組轉動靈活性、荷載限制裝置、行程控制裝置及啟閉機左、右吊點平衡性等。檢測方法以目測、尺測、數據采集對比分析及影像資料描述為主。

2.2 電氣設備及保護裝置

主要抽檢電參數和保護裝置，包括啟閉機定子電壓、電機與轉速箱之間連接軸的轉速、電機絕緣電阻、定子三相電流、配電箱電源電壓等。現場采用貼片、儀器儀表測試方法進行檢測。

2.3 啟閉力檢測

卷揚式啟閉機檢測主要包括啟門力和持住力檢測，檢測方法可采用直接法或間接法，直接法宜采用測力計或拉壓式傳感器直接測量，間接法宜采用動態應力檢測系統，通過測量吊耳或傳動軸的應力應變，換算得到啟閉力。從測試精度方面講，直接法測試精度更高，結果更接近實際，但目前設備能力直接法操作性相對差、難度大。間接法對現場環境要求相對寬泛、較常用。本工程結合現場條件采用間接法，在吊耳板上布置電阻式應變片進行應力應變測試。

3 檢測工況的確定

為保證檢測結果更具有代表性，檢測工況以符合或接近設計工況為宜。閘門荷載以水壓力為主，啟閉機荷載主要為閘門自重加水壓力等。為獲得高水頭，借助汛期高水位（以不影響度汛安全為原則），利用水位變化規律來提高上、下游水位差。現場檢測時，閘門上游水位為35.95m，閘門下游無水，堰頂高程為30.50m，閘門的作用水頭為5.45m，接近設計水頭為5.50m。

4 檢測結果及分析

4.1 運行狀況

在全部啟閉機運行狀況各項性能指標檢測結果良好的情況下，抽取其中10臺啟閉機進行左、右吊點平衡性測試，設兩種工況（即兩種閘門開度），測試過程閘門正常行水。

工況一（閘門開度0.6m）時，左、右吊點荷載差最大和最小值分別為1.6t和0.0t。工況二（閘門開度1.6m）時，左、右吊點荷載差最大和最小值分別為1.1t和0.0t。觀測結果見表1。

影響左、右吊點不平衡性的因素很多，閘門因素如門體尺寸、導輪的靈活性、吊耳的位置，鋼絲繩的因素，周邊約束如邊導軌尺寸、表面不平整等，外界的附加因素如波浪和風荷載等，運行管護中應注重該參數，發現不平衡度變大要及時查找原因進行調整，以免出現卡阻等不良后果。

4.2 電氣設備及保護裝置

所有啟閉機的電氣控制設備完整、齊備，配電控制箱及開關按鈕操作方便，荷載控制裝置、行程控制裝置、開度指示裝置運行良好。動力線路及控制保護、操作系統線路的排列有序，具有備用電源，以應對不時

之需。

檢測結果表明，啟閉機定子電壓、轉速等參數均符合運行要求，所測定子每相對地絕緣電阻為10.0～16.0G?，遠大于0.5M?，絕緣電阻及接地系統可靠，絕緣性能滿足要求。檢測數據見表2：

三相電流中任何一相電流與三相電流平均值之差與三相電流平均值相比，稱為電流不平衡度k，即三相電流中的最大不平衡度為kmax。根據規定，固定式卷揚機啟閉機三相電流不平衡度不超過±10%，測試結果為2.0%～8.8%，滿足規范要求。檢測數據見表3：

電源三相電壓不平衡，會使電機額外發熱、噪音增加、出力不夠。一般要求三相電源電壓中任何一相電壓與三相電壓平均值之差不超過平均值的5%，所測電源電壓最大不平衡度kmax為0.4%～0.7%，均小于5%，滿足要求。檢測數據見表4：

電氣設備是保證啟閉機正常運行的核心系統，應注重常規保養維護，備用電源按要求定期運行，保證能夠正常運轉，尤其汛期，如果出現突發性斷電等緊急情況，其作用更是舉足輕重。

4.3 啟閉力

閘門啟閉過程中啟閉力不斷變化，檢測時各測點的應力應變數據應連續采集，以得到完整的啟閉力變化過程線，以確定最大啟閉力。根據這一特性要求，現場采用動態信號測試系統對12#和18#啟閉機進行啟閉力檢測。測點對稱布置在閘門頂部左、右兩個吊耳的兩塊鋼板上，在每塊鋼板的中軸線和邊緣處各粘貼2個工作應變片，每個閘門共粘貼工作應變片8個。測試過程中要考慮溫度影響，粘貼溫度補償片以修正測試結果。

4.3.1 檢測數據處理。實測數據反映的是單塊吊耳鋼板在啟閉作用下產生的拉伸應變值 。第i塊吊耳鋼板所受的拉力由下式計算，即：

4.3.2 檢測成果及分析。根據12#和18#鋼閘門吊耳鋼板實測應變過程曲線，利用啟閉力計算公式可以得到該閘門實測啟門力、持住力和閉門力的換算結果，見表6。換算后總啟閉力過程曲線見圖2。

根據檢測結果，動水啟閉閘門瞬間，兩孔啟閉機最大啟門力分別為257kN和276kN；鋼閘門半開半閉（開啟高度3m）時，最大持住力分別為222kN和210kN；鋼閘門全開啟（閘門開啟高度6.5m）時，最大持住力分別為215kN和203kN；閉門階段啟閉力下降明顯，最大閉門力分別為192kN和173kN，由此可見，最大啟閉力、持住力均小于啟閉機的額定容量為800kN，滿足設計和規范

要求。

影響閘門啟閉力的因素很多，閘門自身如尺寸、導輪靈活性、吊耳位置；鋼絲繩因素，約束條件如邊導軌尺寸及表面平整度；外界附加因素如閘前水位高度、異物卡阻、水流狀態及風荷載等。

5 結語

（1）檢測數據表明，設計工況下卷揚式啟閉機運行狀況良好，電氣設備及保護裝置等電參數滿足規范要求，啟閉機最大啟閉力均小于啟閉機額定容量，啟閉機現狀質量滿足設計標準和運行要求；（2）最大啟閉力檢測時，要注意檢查邊界條件及方法選擇。當采用不同的檢測方法時，檢測結果是有差異的，即使采用同一種方法，不同次重復，數據也有偏差；（3）啟閉機是水工結構重要機械，應注重日程管理維護和檢修，發現問題或到鑒定周期時要及時進行檢測和鑒定，檢測參數的選擇，可根據不同檢測性質，不同目的，有針對性地進行選擇確定。

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作者簡介：汪魁峰（1976-），男，遼寧丹東人，遼寧省水利水電科學研究院高級工程師，工程碩士，研究方向：水利水電工程科研、材料試驗、水工建筑物質量檢測及修補技術。

（責任編輯：小 燕）