三峽升船機密封框信號檢測優化研究

石鋒，游強

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443000）

三峽升船機是世界上規模最大、技術難度最高的升船機，是船舶過壩的快速通道。其主體結構可以分為上游引航道、上閘首段、船廂室段、下閘首段、下游引航道，其中對接密封框便是實現上下閘首段與船廂室段的水密連接。

對接密封框布置在船廂兩端，當船舶需要進出船廂時，對接密封框在驅動油缸的推動下向閘首工作門移動，到達設計壓力后油缸停止動作，同時設置有位置檢測裝置，以確保對接密封框與閘首工作門緊密接觸。驅動油缸將對接密封框保持在壓制位置，間隙充泄水裝置蝶閥打開，間隙開始充水，水位與船廂水位平齊后，開啟船廂門。自三峽升船機試通航以來，時常發生對接密封框位置檢測信號丟失與位置檢測開關損壞情況。因此，有必要對信號丟失原因進行研究與優化。

圖1 對接密封框布置圖

1 對接密封框結構及工作原理

三峽升船機對接密封框共2 套，分別布置在船廂上下廂頭，主要由U 形框架、導向支承滑塊、驅動油缸、碟形彈簧柱與止水橡皮等組成。U形框架上設有10套“油缸—彈簧”的液壓驅動機構，其中兩兩一組，共五組。兩側邊各2 組，底邊一組。在每組支座上設有位置檢測接近開關，分別為“密封框擴張到位”、“密封框壓縮到位”。

在密封框伸出時，首先其端面P 型止水橡皮與閘首工作大門接觸，“密封框擴展到位”開關會被觸發。然后密封框繼續伸出，接著“密封框壓縮到位”開關會被觸發。此時油缸會繼續伸出，當油缸無桿腔壓力達到設計壓力時，系統停機。

圖2 對接密封框壓縮到位與擴張到位檢測裝置

為了確保密封框伸出后，密封框與閘首工作大門時刻緊密貼合，密封框伸出到位采用壓縮到位、擴展到位、壓力到位與運算的一個綜合信號。當五組密封框擴展到位信號都到達是得到擴展到位中間量（CSM.BH），當五組壓縮到位信號都到達時得到壓縮到位中間量（CSM.BJ），當五組壓力到位信號都到達時，得到壓力到位中間量（CSM.QL），最終其進行與運算得出密封框伸出到位（CSM.Extracted）。也就是說密封框伸出到位需要15 個檢測信號都到位，才能得出密封框伸出到位信號，其中一個不到就會造成密封框伸出到位信號不到，造成后續流程無法運行。

2 對接密封框檢測故障

三峽升船機從2016年9月18日試通航至今，時有發生對接密封框位置檢測信號丟失與位置檢測開關損壞情況，約占上下廂頭故障報警總數27.4%，是現地站故障報警次數第二多的故障。同時，當信號丟失時需要轉到檢修模式，再次推出密封框，存在一定的安全風險。

2019年5月升船機在一次上游對接過程中，報“上廂頭密封框進超時故障”，流程中斷，系統停機。檢查發現，上游密封框第3 組位置檢測開關直接與閘首工作接觸，造成開關損壞。

圖3 撞壞的接近開關

3 原因分析

（1）當船廂與閘首對接，密封框伸出到位后，會打開管路蝶閥由船廂向密封框內充水，船廂水會迅速將這個20.5m(L)*0.3m(W)*8.84m(H)的狹窄空間充滿，巨大的沖擊力將會使密封框產生較大的震動，使油缸回縮，無桿腔油壓下降，密封框伸出到位信號丟失。

（2）三峽升船機上閘首工作大門能適應上游航道3.75 米水深的變化，下閘首工作大門能適應下游航道1.97 面的水深變化。在不同門檻水深情況下，工作大門航道側承受的水壓也不相同。在對接過程中，密封框推出與工作大門接觸，密封框油缸推出壓力達到設計壓力后停機，巨大的推力會將工作大門水封壓縮，工作大門水封的壓縮量會因水壓的不同而變化，密封框油缸伸出量也就不同，而運行信號檢測裝置是通過剛性連接固定在U 型框架上，距離是固定的。

圖4 閘首工作大門

從表1中可以看出在門檻水深較低的情況下，閘首工作大門承受的水壓小，密封框伸出行程長。在門檻水深較高時，閘首工作大門承受的水壓大，密封框伸出行程會相對減小，其中底部兩組油缸行程變化量最大，分別達到了10 毫米、9 毫米，而信號檢測裝置為固定安裝，無位移適應性。當閘首工作大門增加疊梁后，門檻水深會直接由最大值變成最小值，此時密封框油缸伸出行程增加，位置檢測接近開關便有可能撞上工作大門造成開關損壞。當閘首工作大門減疊梁后，門檻水深會直接由最小值變成最大值，密封框油缸伸出行程減小，造成檢測信號不到或丟失。

表1 不同門檻水下密封框油缸行程值 （單位毫米）

（3）工作大門的形變也會在特定位置會放大接近開關與工作大門的間距。同時，在升船機迎向運行時，從船廂對接船舶出廂，到下廂次船舶進廂解除對接，對接密封框與閘首工作大門需保持長時對接，其時常通常在30 分鐘以上。期間無桿腔處于保壓狀態，液壓缸的保壓壓力因泄露維持不住而逐漸下降。而泄漏或多或少必然存在，壓力必然會慢慢下降，因此造成對接密封框伸出到位信號丟失。

4 優化建議

（1）針對間隙充水引起震動的情況，建議在間隙充水過程中讓密封框油缸再次保壓運行一次，避免行程退讓。其次在無桿腔壓力泄露時進行壓力補償，當檢測到無桿腔壓力降到一定量時，油泵啟動對密封框油缸進行補壓。

（2）通過表1可以看出，密封框油缸地伸出行程的變化量在10 毫米左右，加上工作大門形變及無桿腔壓力泄露的影響，密封框信號檢測傳感器的感應范圍至少大于15 毫米。且由于檢測傳感器工作環境潮濕，并不適用機械開關。而接近開關受安裝形式以及應用場所的限制，目前可選產品最多只有12 毫米的感應距離。因此，建議對信號檢測裝置支架進行優化，將原檢測支架由固定連接改為氣動支撐桿，當前方檢測開關與閘首工作大門接觸時，活塞桿受力回縮。密封框油缸退回后，活塞桿伸出到設定位。同時將檢測開關安裝板材質改為高強度鋁合金，減輕重量。此方法將檢測支架由“剛”性連接改為“柔”性連接，既能提高檢測傳感器的感應距離，又能保護檢測開關避免檢測傳感器損壞。

圖5 新檢測支架設計圖

5 結束語

三峽升船機密封框信號檢測裝置作為密封框運行狀態的重要監護設備，工作環境復雜，受影響因素多。本文主要目的在于分析造成對接密封框位置檢測信號丟失與位置檢測開關損壞的原因，并提出對應優化建議，以期為運行維護人員提供一定的思路和啟發。