溫州趙山渡引水渠系進(jìn)水口檢修閘門改造及應(yīng)用

徐順放，白美娥

（浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325000）

溫州趙山渡引水渠系進(jìn)水口檢修閘門改造及應(yīng)用

徐順放，白美娥

（浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325000）

以電動葫蘆在趙山渡引水渠系進(jìn)水口檢修閘門改造中的應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹了檢修閘門啟閉設(shè)備改造的目標(biāo)、容量選擇、同步控制和軌道的選擇與安裝，并對電動葫蘆的性能特征、操作原理和方法、保護(hù)裝置等進(jìn)行闡述，以及對方案的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了研究和探索，通過項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，趙山渡引水渠系進(jìn)水口檢修閘門改造有效的解決檢修閘門啟閉操作勞動強(qiáng)度大、工作繁瑣等問題，對類似工程應(yīng)用有一定的借鑒意義。

渠系進(jìn)水口；檢修閘門；技術(shù)應(yīng)用

1 工程概況

趙山渡引水工程是溫州珊溪水利樞紐工程的重要組成部分，是以供水、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、防洪的綜合性水利工程，工程由引水樞紐和輸水渠系兩部分組成，主要建筑物為2級建筑物。設(shè)計(jì)年供水量7.30億m3，可滿足溫州市區(qū)、瑞安、平陽、蒼南、洞頭等地近期、遠(yuǎn)期用水需求；城鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇，防洪保護(hù)農(nóng)田17.5萬畝；保護(hù)人口25萬人，為500萬城鄉(xiāng)居民提供優(yōu)質(zhì)的生活用水和工業(yè)用水，為溫瑞塘河水質(zhì)的改善提供生態(tài)用水。

2 趙山渡進(jìn)水口檢修閘門現(xiàn)況與存在問題

趙山渡引水渠系進(jìn)水口設(shè)備主要包括金屬結(jié)構(gòu)工作閘門及啟閉設(shè)備、檢修閘門及啟閉設(shè)備、回轉(zhuǎn)式攔污柵。正常蓄水位：22.00m，校核洪水位：23.37m，死水位：21.0m，設(shè)計(jì)流量為36m3/s，加大流量為39m3/s，工作閘門的上游側(cè)布置一道檢修閘門，孔口尺寸為5.5m×6.6m（寬×高），底板高程為16.0m，設(shè)計(jì)水頭6.0m，閘門門型為滑動式浮動疊梁鋼閘門，一扇門葉分為3節(jié)，單節(jié)高2.2m。檢修閘門采用2只30kN手拉葫蘆進(jìn)行操作，手拉葫蘆掛置于啟閉機(jī)排架梁上。檢修閘門平時從門槽中提出放置于檢修平臺上，當(dāng)工作閘門需維護(hù)、檢修時通過手拉葫蘆逐節(jié)吊至門槽內(nèi)。

趙山渡引水工程原來設(shè)計(jì)是以農(nóng)田灌溉為主要任務(wù)，而趙山渡引水工程從2001年5月運(yùn)行以來主要任務(wù)是城市供水，因此趙山渡進(jìn)水口閘門的工作情況發(fā)生變化，閘門操作頻率和操作精度都比工程建設(shè)之初的要求高出許多，在運(yùn)行過程出現(xiàn)了一些不適應(yīng)的地方，已無法滿足現(xiàn)在的供水需求。主要存在的問題：檢修閘門的啟閉設(shè)備采用的是兩只固定的手拉葫蘆，在運(yùn)行過程中，檢修閘門啟閉操作勞動強(qiáng)度大、工作繁瑣，尤其是每節(jié)閘門拉出孔口后要將其移動至旁邊位置時，較不方便。隨著城市供水需求越來越大，對進(jìn)水口檢修閘門啟閉設(shè)備的改造顯得尤為迫切。

3 檢修閘門啟閉設(shè)備改造方案

3.1 檢修閘門啟閉設(shè)備改造目標(biāo)

（1）改手動操作為電動操作；

（2）使各節(jié)閘門在檢修平臺上移動方便；

（3）在緊急情況時能對工作閘門進(jìn)行應(yīng)急啟閉。

能實(shí)現(xiàn)上述3項(xiàng)功能的啟閉設(shè)備有電動葫蘆、橋式啟閉機(jī)、臺車式啟閉機(jī)等多種，其中電動葫蘆以布置簡單、操作靈活、軌道安裝方便等優(yōu)點(diǎn)相比其他設(shè)備更適合趙山渡引水工程檢修閘門。

3.2 電動葫蘆的容量選擇

趙山渡引水工程進(jìn)水口原來檢修閘門啟閉設(shè)備為兩只30kN的手拉葫蘆，其容量僅滿足檢修閘門的啟閉，不能滿足對工作閘門的應(yīng)急啟閉。檢修閘門不僅僅要改成電動形式，還考慮兼顧滿足對工作閘門的應(yīng)急啟閉，因此啟吊檢修閘門的設(shè)備容量必須增大。通過對啟閉力計(jì)算：在水庫水位不超過正常水位22.0m時，容量為2×100kN電動葫蘆能以超過額量5%工況對閘門進(jìn)行啟閉；當(dāng)水庫水位超過22.0m時，能夠關(guān)閉閘門或?qū)㈤l門保持在某一開度，但不能將閘門從全關(guān)位置開啟。從進(jìn)水口布置情況分析，庫水位在22.0m時閘門吊耳在水下1.1m，如果此時要將電動葫蘆吊鉤與閘門吊耳連接都已經(jīng)很困難，更不存在開啟的可能性。而且水庫水位超過22.0m的情況都是可以提前預(yù)知并避免的，因此不考慮在超過正常水位22.0m時用電動葫蘆啟閉閘門，故電動葫蘆容量選定為2×100kN，啟閉行程9.0m。

3.3 電動葫蘆的同步控制

趙山渡引水工程進(jìn)水口左右兩個吊點(diǎn)的兩只電動葫蘆分別在兩根獨(dú)立的工字鋼軌道上行走，與常見的使用條件有很大區(qū)別，通常兩只葫蘆布置在同一軌道，只要在兩只葫蘆間設(shè)一根同軸和一連接架裝置，就能夠保證設(shè)備的兩個吊點(diǎn)起升同步和行走同步。而當(dāng)設(shè)備的兩個吊點(diǎn)布置在不同軌道時，僅靠連接裝置不足以讓兩只葫蘆同步地行走，需要通過電氣同步控制。容量為100kN的電動葫卷筒軸向的最大外形尺寸接近1700mm，如果雙吊點(diǎn)同軸布置則電動葫蘆與工作閘門啟閉機(jī)在空間上不能錯開，因此將設(shè)備布置與于卷筒軸向與軌道平行，這樣就無法布置同步軸，兩個吊點(diǎn)行走同步也需要電氣控制來實(shí)現(xiàn)。

采用一種新型移動式雙吊點(diǎn)電動葫蘆啟閉機(jī)，啟閉機(jī)包括卷揚(yáng)裝置、行走機(jī)構(gòu)、制動器、電機(jī)、滑動小車和電氣控制裝置，其特征是一套電氣同步控制雙吊點(diǎn)的兩個卷揚(yáng)裝置，即兩個卷揚(yáng)裝置分別通過電氣控制裝置內(nèi)設(shè)遠(yuǎn)程控制的GIS接口，兩臺電機(jī)的同步控制系統(tǒng)，能夠控制電機(jī)的實(shí)時速度，電機(jī)的速度可以通過上位機(jī)設(shè)定，用改進(jìn)的PID控制算法，用C語言編程去實(shí)現(xiàn)兩臺電機(jī)的速度同步，并達(dá)到一定的控制精度。兩臺葫蘆采用一套電氣控制系統(tǒng)，克服了電氣動作誤差，從而保證兩臺葫蘆同步準(zhǔn)確可靠升降起吊重物。

3.4 軌道的選擇及安裝

電動葫蘆的軌道選用I45a工字鋼，軌道安裝的頂高程為30.94m，軌道通過錨桿固定在啟閉平臺下方，并在啟門排架上游1.5m處安裝鋼結(jié)構(gòu)排架用以固定軌道，軌道及電動葫蘆安裝見圖1。

圖1 趙山渡渠系軌道及電動葫蘆安裝圖

4 啟閉設(shè)備技術(shù)要求

4.1 電動葫蘆技術(shù)特性

主要技術(shù)參數(shù)與機(jī)構(gòu)工作級別見表1。

表1

4.2 起升機(jī)構(gòu)

（1）電動葫蘆在起升過程中其吊具不應(yīng)發(fā)生左右方向上位移。

（2）電動葫蘆的兩只吊點(diǎn)分別在兩根平行的軌道上行走，其起升同步和行走同步均通過電氣實(shí)現(xiàn)。

4.3 保護(hù)裝置

4.3.1 負(fù)荷檢測及限制裝置

（1）電動葫蘆起升機(jī)構(gòu)設(shè)有負(fù)荷檢測裝置和負(fù)荷限制裝置。

（2）負(fù)荷檢測裝置優(yōu)先選用性能良好的電子荷重傳感器，在電動葫蘆的電控柜內(nèi)配有數(shù)碼顯示裝置，檢測裝置的傳感器精度不低于0.5%，系統(tǒng)精度不低于5%。

（3）負(fù)荷檢測裝置及其線路具有防潮、抗干擾性能。

（4）裝置應(yīng)配置二次顯控儀表，并具有二個獨(dú)立的荷載超限報(bào)警接點(diǎn)及一路4～20mA的荷載模擬量輸出。

4.3.2 高度指示器

（1）高度指示器應(yīng)能在電控柜內(nèi)以數(shù)字全程顯示閘門左、右側(cè)開度，讀數(shù)精度1cm。在斷電情況下能跟蹤閘門高度位置。

（2）傳感器選用絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器，傳感器的檢測范圍應(yīng)大于總揚(yáng)程，傳感器的檢測精度：電氣分辨率≤1mm，精度誤差≤3mm。

（3）高度指示器具有糾正顯示和調(diào)零功能。

（4）高度指示器及其線路具有防潮、抗干擾性能。

（5）裝置應(yīng)配置二次顯控儀表，并具有閘門左、右側(cè)全開、全關(guān)各二付獨(dú)立位置接點(diǎn)及閘門左右側(cè)共二路4～20mA的開度模擬量輸出。

4.3.3 行走指示器

（1）行走指示器應(yīng)能在電控柜內(nèi)以數(shù)字全程顯示閘門左、右側(cè)行走位置，讀數(shù)精度1cm。在斷電情況下能跟蹤閘門行走位置。

（2）傳感器選用絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器，傳感器的檢測范圍應(yīng)大于總揚(yáng)程，傳感器的檢測精度：電氣分辨率≤1mm，精度誤差≤3mm。

（3）行走指示器具有糾正顯示和調(diào)零功能。

（4）行走指示器及其線路具有防潮、抗干擾性能。

（5）裝置應(yīng)配置二次顯控儀表，并具有閘門左、右側(cè)行走前后到位位置各二個獨(dú)立接點(diǎn)及閘門左右側(cè)共二路4～20mA的行走位置模擬量輸出。

4.4 電氣設(shè)備

4.4.1 現(xiàn)地控制柜的硬件配置

電動葫蘆應(yīng)配套提供現(xiàn)地控制柜，柜內(nèi)應(yīng)設(shè)置荷載儀、高度儀、行走指示儀、空氣開關(guān)、接觸器、熱繼電器及按鈕、信號燈。

空氣開關(guān)、接觸器、熱繼電器等元件應(yīng)選用ABB、施耐德等品牌。

4.4.2 閘門的控制方式

當(dāng)按下閘門提升或下降按鈕時，同時開啟左、右側(cè)電動葫蘆接觸器，人工監(jiān)視閘門左、右側(cè)高度；當(dāng)左、右側(cè)高度差達(dá)到糾偏值時，按下停止按鈕同時停止左、右側(cè)電動葫蘆，然后點(diǎn)動一側(cè)電動葫蘆提升或下降按鈕進(jìn)行糾偏；糾偏完成后，再次按下閘門提升或下降按鈕同時開啟左、右電動葫蘆接觸器，并監(jiān)視閘門左、右側(cè)高度。按此循環(huán)運(yùn)行直至閘門上升或下降到位后按下停止按鈕同時切斷左、右側(cè)電動葫蘆接觸器。

當(dāng)按下閘門行走按鈕時，同時開啟電動葫蘆左、右側(cè)行走電機(jī)接觸器，人工監(jiān)視閘門左、右側(cè)行走位置；當(dāng)左、右側(cè)行走位置差達(dá)到糾偏值時，按下停止按鈕同時停止電動葫蘆左、右側(cè)行走電機(jī)，然后點(diǎn)動一側(cè)行走電機(jī)行走按鈕進(jìn)行糾偏；糾偏完成后，再次按下行走按鈕同時開啟電動葫蘆左、右側(cè)行走電機(jī)接觸器，并監(jiān)視閘門左、右側(cè)行走位置。按此循環(huán)運(yùn)行直至閘門行走到位后按下停止按鈕同時切斷電動葫蘆左、右側(cè)行走電機(jī)接觸器。

4.4.3 信號輸入與輸出

現(xiàn)地控制柜應(yīng)能通過高度儀、行走指示儀、荷載儀采集并顯示閘門高度、行走位置、閘門荷載值；電源監(jiān)視、閘門全開、閘門全關(guān)、行走到位、接觸器合閘、熱繼電器動作等信號應(yīng)具有信號燈指示；應(yīng)設(shè)置閘門提升、下降、停止、左側(cè)提升、左側(cè)下降、右側(cè)提升、右側(cè)下降、前進(jìn)、后退、停止、左側(cè)前進(jìn)、左側(cè)后退、右側(cè)前進(jìn)、右側(cè)后退等按鈕。

4.5 安全衛(wèi)生

電動機(jī)應(yīng)設(shè)防雨罩,外露的且可能造成不安全的旋轉(zhuǎn)零部件均設(shè)置防護(hù)罩。

5 結(jié)語

趙山渡引水渠系檢修閘門的啟閉設(shè)備由手動葫蘆改為電動葫蘆運(yùn)行4年多，克服了以往檢修時用手動葫蘆的動作誤差、費(fèi)時、費(fèi)力、不靈活、工作效率低等問題，電動葫蘆結(jié)構(gòu)簡單，同步準(zhǔn)確，使用安全可靠，解決了許多引水調(diào)度平時碰到的難題，同時也減輕了維護(hù)工作量，該工程應(yīng)用實(shí)例為今后相類似的工程提供借鑒意義。

[1]浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院.趙山渡引水工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].

[2]水利部，電力工業(yè)部，東北勘測設(shè)計(jì)研究院.SL74-95水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，1995.

[3]SL-94水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測技術(shù)規(guī)程[S].

TV663

B

1672-5387（2017）05-0097-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.05.025

2017-03-08

徐順放（1977-），男，工程師，研究方向：水利工程。