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

隨著我國社會經濟的快速發展以及國力的增強，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節流量、電站運行及通航等功能的發揮。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量及功能效益的發揮。

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的。為了使該位置的河道能夠順利通航，特將水閘南邊節制閘改成套閘。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構，從而保證水閘工程的實用性與經濟性。

2、新型上下扉閘門控制系統出現的問題

新型上下扉閘門的控制是通過專業的卷筒啟閉機實現的。卷筒啟閉機具有體積小、結構精密等優點，不需要額外增加工作橋的高度與寬度，就可以實現對閘門的控制。但是在卷筒啟閉機運行系統當中加入自動化控制系統屬于初次嘗試，技術還不太成熟。而套閘的使用非常頻繁，遠遠超過了節制閘的使用頻率，每天開啟和關閉閘門的次數在十次以上，如果使用手動控制系統，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側；對于離合點的控制一定要保證精確度，最好是使用專業的數字編碼器。

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。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

經過設計單位的慎重考慮，最終確定新型上下扉閘門的統一高度為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。

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，都是單側受力，所以離合盤也是單側受力。對此，可以將離合盤受力的那一側稍微進行傾斜，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的可靠性。實驗表明，誤差控制在3-4mm，不會對離合效果產生太大影響。

5.3 位置的控制

位置的控制主要是通過專業的數字編碼器實現的，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，數字編碼器的誤差有所減小，已經控制在了2mm以內，滿足控制的精確度要求，控制的準確度已經超過了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。

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）內部結構比較緊密。新型啟閉機內部結構比較緊密，整體尺寸比傳統啟閉機大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，不僅節約了大量人力物力，還具有傳統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構，沒有增加工作橋的寬度和高度，所以節省了部分施工成本；且兩片閘門都是通過同一套自動化控制系統進行控制，也在一定程度上節約了電氣設備維護的費用。

7、結語

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量與經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）

[2]楊小宸.雙向分層取水閘門優化設計與應用[J].東北水利水電.2016（01）