一種新型套閘雙扉門啟閉機可靠性的研究

朱淦亮

【摘要】本文結(jié)合某水閘工程實例，分析了原有雙扉門自動化控制中存在的問題，提出了一種新型套閘雙扉門啟閉機，并對其工作原理、技術特點及可靠性措施進行了詳細的分析，旨在為其他類似水閘工程雙扉閘門自動化控制運行提供參考。

【關鍵詞】新型套閘；雙扉閘門；啟閉機

引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及國力的增強，水利水電工程的建設也越來越受重視。在水利水電工程中，水閘是其中的關鍵組成部分，關系到水利水電工程調(diào)節(jié)流量、電站運行及通航等功能的發(fā)揮。而雙扉閘門是降低平面閘門工作橋排架高度的有效措施之一，其啟閉機的可靠性直接關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行拆除，然后經(jīng)過重建改造以后所得到的。該工程一共有10個孔，每個孔的寬度約為12m，所以水閘工程總的寬度為120m，水閘的開啟與關閉是通過鋼閘門與卷揚式啟閉機配合實現(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。為了滿足水路航運的凈高要求，需要將直升閘門進行一定程度的改造。傳統(tǒng)的改造方法都是直接把直升閘門替換成其他形式的閘門。因此，本工程使用了上下扉閘門來替換原有的直升閘門，既能滿足河道的通航要求，又不會改變水閘工程原有設計與結(jié)構(gòu)，從而保證水閘工程的實用性與經(jīng)濟性。

2、新型上下扉閘門控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問題

新型上下扉閘門的控制是通過專業(yè)的卷筒啟閉機實現(xiàn)的。卷筒啟閉機具有體積小、結(jié)構(gòu)精密等優(yōu)點，不需要額外增加工作橋的高度與寬度，就可以實現(xiàn)對閘門的控制。但是在卷筒啟閉機運行系統(tǒng)當中加入自動化控制系統(tǒng)屬于初次嘗試，技術還不太成熟。而套閘的使用非常頻繁，遠遠超過了節(jié)制閘的使用頻率，每天開啟和關閉閘門的次數(shù)在十次以上，如果使用手動控制系統(tǒng)，頻繁地手動控制開關閘門不僅會加大了操作人員的工作量，還影響通航的效率。因此，必須要加強對卷筒啟閉機自動化控制系統(tǒng)的研究，使得卷筒啟閉機的運行更加安全可靠。

3、新型上下扉閘門啟閉機設計方法

為了滿足河道通航要求，該水閘工程新型上下扉兩片閘門設計的高度是一致的，從而使得兩片閘門都能夠到達最高點，而對應的卷筒啟閉機的設計也同樣按照這個規(guī)律，只不過上下扉兩片閘門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；上扉閘門的吊點設置在閘門外，而下扉閘門的吊點設置在閘門內(nèi)側(cè)；對于離合點的控制一定要保證精確度，最好是使用專業(yè)的數(shù)字編碼器。

4、新型上下扉閘門啟閉機運行原理

閘門的開啟：兩片閘門的初始位置都在閉合位置，離合器也處在分離狀態(tài)。當電動機開啟以后，主卷筒開始運動，并帶動下扉閘門，當下扉閘門與上扉閘門的高度接近時，關閉電動機，開啟離合器，主卷筒與副卷筒慢慢接合，接合完成以后再開啟電動機，使得上扉閘門與下扉閘門同時上升，到達預定位置以后，關閉電動機，完成閘門的開啟。

閘門的關閉：先將上下扉向上移動一點，然后撤去擱門裝置，反向開啟電動機，上扉閘門與下扉閘門同時開始向下運動。當上扉閘門到達指定位置以后，先關閉電動機，松開離合器，使主卷筒與副卷筒分開，再開啟電動機，單獨控制下扉閘門向下運動，直到指定位置，實現(xiàn)閘門的關閉。

5、提高新型上下扉閘門啟閉機可靠性的措施

5.1 啟閉機位置與負載設計

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

5.2 離合器的設計

對于離合器最大的要求就是其控制的精確度，所以設計時需要仔細考慮。在離合器齒輪傳動時，無論是閘門的開啟還是閘門的關閉，都是單側(cè)受力，所以離合盤也是單側(cè)受力。對此，可以將離合盤受力的那一側(cè)稍微進行傾斜，從而保證離合器的鎖定功能；而不受力的那一側(cè)也會因為角度的增大，所以會允許接合角度存在一定的誤差，從而提高了離合器運轉(zhuǎn)的可靠性。實驗表明，誤差控制在3-4mm，不會對離合效果產(chǎn)生太大影響。

5.3 位置的控制

位置的控制主要是通過專業(yè)的數(shù)字編碼器實現(xiàn)的，但是在第一次嘗試當中，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，控制的準確度已經(jīng)超過了95%。

5.4 上下扉門的啟閉速度與揚程設計

為了使得上下扉門能夠保持同步運動，所以將卷筒的直徑設置為0.5m，將下扉閘門的揚程設置為11m，而上扉閘門的揚程設置為7m，啟閉速度都為1.4m/min，整個閘門開啟或關閉的時間在十分鐘以內(nèi)。

5.5 保護裝置的設計

為了保證離合卷筒啟閉機運行的安全性，在啟閉機控制系統(tǒng)當中加入了保護裝置。在離合過程當中，如果某一步操作出現(xiàn)了問題，那么保護裝置就會自動開啟，阻止離合器的下一步動作，只有每一步操作都正常完成以后，才能正式開始下一步的操作。

6、新型上下扉閘門啟閉機的特點

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

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

（3）成本較低。由于新型上下扉閘門啟閉機不需要改變工程原有結(jié)構(gòu)，沒有增加工作橋的寬度和高度，所以節(jié)省了部分施工成本；且兩片閘門都是通過同一套自動化控制系統(tǒng)進行控制，也在一定程度上節(jié)約了電氣設備維護的費用。

7、結(jié)語

水閘工程是較為常見的水利工程項目之一，對水利工程的運行質(zhì)量與經(jīng)濟效益有著重要影響。因此，必須要重視起水閘工程建設，引進新型上下扉閘門啟閉機，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：

[1]孫月娟.暗桿式雙向止水閘門設計[J].水科學與工程技術.2015（04）

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