亭子口電站進水口隔水疊梁門液壓抓梁設計及應用

馬興發

(嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川蒼溪，628400)

1 引言

亭子口電站機組取水口在每年3-6月份根據水位的變化采用分層取水，滿足環保對取水水溫的要求，以提高下泄水溫，保持生態平衡。根據電站運行特性及要求，結合電站進水口的布置情況，利用備用攔污柵柵槽設置一道隔水疊梁門，疊梁門為板梁式焊接結構，滑道支承，疊梁門總高度28m，結構主要材料為Q235B，分成若干個單元(每節疊梁高度為2.8m左右)入槽，用以調節取水高度以達到提高下泄水溫的目的。隔水疊梁門采用電站廠房壩段進水口壩頂2×1250/1000/100kN門機回轉吊操作。因此，門機和抓梁的安全性能高低具有重要的意義。在實際工作中檢查發現抓梁存在以下問題：①抓梁在下落進行抓門操作時，無導向裝置和抓梁到位信號反饋裝置，在水下工作中，無法正確判斷抓梁是否正確到位，給吊裝作業埋下安全隱患；②抓鉤翻轉時，完全依靠抓梁的自重實現，無抓鉤脫開和抓合信號反饋，在水下工作中，無法正確判斷抓梁的實際工作情況；③抓梁在進行抓門時，齒輪在傳動過程中，傳動軸剛性不足出線斷裂，無法正常進行疊梁門的抓吊工作；④兩個抓鉤的重心不在同一水平線上，在抓門時，存在扭曲情況，疊梁門導軌摩擦力矩成倍增加，不能正常依靠門的自重進行下落操作。此外，不同的操作人員在進行起吊作業時，對抓梁抓鉤角度的判斷是不同的，操作的結果也是不盡相同，沒有技術保障。針對上述問題，抓梁自動抓取功能的改造和視頻監控功能的完善勢在必行，從而在設備技術上實現起吊工作的安全可靠。

2 設計總體要求

本方案針對此次改造的具體內容和現場環境以及其他一些要求來進行設計的一個方案。在設計最初均考慮到了新系統在現場時的安裝、調試、維護以及和原系統的接口等問題。總體方案概述如下所示。

(1)取消原機械桿傳動進行抓吊工作的方式，增加一套液壓傳動裝置和視頻監控系統，在收到抓梁就位信號后，由控制室發出脫開和抓合命令。操作人員一是根據信號反饋判斷操作的正確性；二是直接通過視頻系統觀看脫開和抓合的全過程動作過程，保障操作過程的正確和安全。

(2)采用YD-Ⅳ型門機綜合監測儀作為系統處理的核心。所有信號部分采用門機綜合監測儀進行處理。門機綜合監測儀裝設在操作室斜前方，以不影響操作人員的視線和便于查看、拆裝為原則。

(3)門機綜合監測儀采用高分辨率的TFT彩色液晶觸摸屏，主機無任何外圍按鍵操作，全中文操作系統，所有設置及翻查菜單采用觸摸方式進行，操作非常簡便。抓梁穿銷、浸水檢測、高度、重量等信號的數值在觸摸屏實時顯示。

(4)液晶觸摸屏可對其控制對象的控制參數進行設定，與主機構成緊湊型設計。

(5)采用數字化通信技術，抓梁各穿銷、就位等信號經我公司開發的HY-Ⅳ型信號處理箱處理后，通過485現場總線與門機綜合監測儀進行通訊，并通過門機綜合監測儀進行處理。

3 設計改造方案

3.1 抓梁機械部分改造

目前，存在以下問題：①抓梁在下落進行抓門操作時，無導向裝置和抓梁到位信號反饋裝置，特別是在水下工作中，無法正確判斷抓梁是否正確到位；②抓鉤翻轉時，依靠抓梁的自重帶動齒輪在旋轉，通過傳動軸實現抓鉤的翻轉，無抓鉤脫開和抓合信號反饋，在水下工作中，無法正確判斷抓梁的實際工作情況。因此，本次改造將取消這種抓鉤控制方式，安裝一套液壓機構傳動裝置，即在抓梁就位后，操作液壓閥組，實現抓鉤和穿銷操作。

3.2 控制系統改造方案

基于門機現有的控制系統，在不改變原機械抓梁整體結構的基礎上，對機械式抓梁進行自動化監控改造，使其達到抓梁穿銷、退銷、重量信號、開度信號全過程線性監視，抓梁各傳感器及其輔助接線裝置、動力及信號傳輸裝置防水、密封性能好，整個抓梁監控系統能長時間安全、可靠運行，使用、維護簡便，性價比高。

(1)增加穿銷同步位移傳感器，對穿銷運行全過程進行檢測，整個運行檢測值為線性化，因此其實際顯示時也對全過程監視，這樣可以避免運行時許多不安全因素所帶來的各種隱患。同時在抓梁穿銷傳感器的外部加裝不銹鋼護罩，以防水面漂浮物進入傳感器運行部件導致卡阻或對其進行撞擊，見圖1所示。

圖1 穿銷傳感器走線及運行原理

(2)增加開度(高度)檢測傳感器，選用可靠性高的、測量精確的原裝進口倍加福(P+F)絕對形光電編碼器。

(3)增加抓梁隨行深水電纜，使用質量好、可靠性靠的專用深水電纜和信號傳輸屏蔽電纜。

(4)增加抓梁防水接線盒及防水插頭/插座，采用新型不銹鋼深水密封防水接線盒(內設浸水檢測，在主機上自動報警提示)，將原抓梁防水插頭/插座改造為進口軍工級專用防水插頭/插座，并對以上部位進行防水密封處理，使之在2MPa大氣壓試驗不滲水。

(5)增加一套原抓梁監測主機系統，采用WZ-Ⅳ型門機綜合監測儀(觸摸屏)進行監控，在主機上直接動態顯示抓梁穿銷、閘門開度運行的全過程，提供模擬實時動態及運行實際數據(絕對數值)顯示，抓梁就位及回位、穿銷到位及回位、密封接線盒浸水等報警(中文及聲光提示)，并對泵站運行裝置、主起升機構等進行相應保護控制。如對主機信號處理裝置進行擴展，可接入主起升重量、高度等信號一并處理、實時監控。

(6)將新系統控制輸出信號直接在聯動臺并入相應保護回路。

(7)增加水下攝像功能，為了可靠運行，安裝了一套水下攝像裝置，通過抓梁信號和水下視頻來共同判斷穿軸裝置的位置，利用視頻裝置對操作的全過程進行監控。整個系統由水下攝像機、水下密封接線裝置、深水傳輸電纜、監控主機構成。

4 結語

通過本次改造，亭子口電站基本實現了抓梁的自動抓取功能，抓梁各部位運行情況都能通過監控系統正確反映，報警功能正確，水下攝像功能完善，可以清晰地記錄和監控整個穿銷過程，有效實現抓梁的自動抓取功能。這次抓梁的改造，是一次成功的技術改造，提高了設備可靠性。

總而言之，在現階段水電廠生產中，對起重設備的性能和視頻監控系統提出了較高的安全要求。管理人員要盡量提高起重設備自動控制和監控功能，保障作業人員的安全和工作效率，大量引進現代科學技術，對起重設備進行針對性的改造和應用。