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闸门耦合式自动投退锁定梁装置的研制及应用

2024-11-28 60 上传者：管理员

摘要：针对极端恶劣环境中闸门锁定梁无法自动投入和退出的问题，研制了一套以闸门自身上下运行作为动力源的耦合式自动投退锁定梁装置，该装置由动力源触发器、装置移梁机构和安全控制系统共3部分组成，其中装置移梁机构接收触发器传递来的动力，然后按需传递给锁定梁，从而实现闸门在启闭过程中锁定梁自动投退功能。该装置可极大降低人员操作风险与劳动强度。

关键词：
水电站
耦合式
自动投退
锁定梁
闸门
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在水电站挡水或泄洪启闭闸门过程中，经常涉及到闸门机械锁定梁投入和退出操作。某水电站泄洪洞进水口事故闸门形式为平板钢闸门，尺寸为12×15～55 m, 闸门总重280 t, 采用双吊点液压启闭机启闭。该事故闸门非工作状态下通过机械锁定梁支撑悬挂在门槽孔口位置，锁定梁设置在孔口闸门两侧边梁部位，锁定梁单根重量为3 t。传统锁定梁的投退主要由人工操作来实现，该方法效率较低，且人员存在一定的安全风险[1-5]。为了解决现有技术中存在的问题，本文提出了一种在不要额外添加液压或电路装置的情况下，仅通过闸门自身的上行和下行运动时的动能作为该装置的动力源，来实现闸门锁定梁的自动投入和退出功能，该装置在具有较低的改造及维护成本的前提下，降低人员孔口操作风险，实现锁定梁投退的自动化。本文以某水电站泄洪洞进水口事故闸门为例，对现有锁定梁投退方法的优缺点进行分析，以寻求一种适用于该类闸门锁定梁自动投退的解决方法。

1、现有锁定梁投退方案优缺点

目前，闸门锁定梁主要投退方法是人工现地操作及外部驱动操作。人工现地操作就是作业人员到达现场，通过人力的方式将卸载后的锁定梁撬动至孔口两侧极限位置，避让闸门上下运行，但该方法需要操作人员在闸门孔口部位进行操作，作业过程中存在人员坠落风险。而外部驱动操作又分为全自动操作及半自动操作，其中全自动操作主要依靠液压装置或电动装置来驱动机械装置实现锁定梁的自动投退，该方法最主要的优点是不需要人工前往孔口进行操作，只需要远程下达指令程序自动执行操作，避免了人员孔口坠落风险，但该方法需要在孔口位置增加一套驱动设备，成本较为高昂，且对于安装位置较恶劣的环境工况，对驱动设备本体稳定运行有着较高的要求。另外，锁定梁在水电站生产运行过程中使用频率较低，驱动设备即使在不工作的情况下也需要定期维护，造成较大的人力物力资源闲置。另一种半自动操作是利用杠杆原理实现对锁定梁的退出操作，即通过外加配重块在闸门启门过程中将锁定梁旋转抬高至退出锁定位置，但当需要将锁定梁投入锁定闸门时，仍需要人工现地操作，该类方法能实现锁定梁的自动退出，但不能实现将锁定梁自动投入，不能满足锁定梁的自动投入与退出这两个功能。

2、耦合式自动投退锁定梁装置研制

本文研制的基于闸门耦合式自动投退锁定梁装置(见图1),是由动力源触发器1、装置移梁机构2和安全控制系统共3部分组成。其中动力源触发器1,主要的作用是将闸门的上下运行动能作为动力源，以耦合的方式触发驱动本装置2做投退运动；触发器主要包含安装杆1-1、自润滑轴承1-2、触发轮1-3和安装螺母1-4组成，通过安装杆安装在闸门支撑耳板上。装置移梁机构2,主要作用是接收触发器传递来的动力，通过顺序器2-3处理后将该动力按需传递给锁定梁，从而实现闸门在启闭过程中锁定梁自动投退功能，机构中包含支撑架2-1,导向杆2-1,顺序器2-3,传动轴2-4,自润滑轴承2-5,摆臂杆2-6,水平推拉杆2-7,导向驱动器2-8及锁定梁固定架2-9。安全控制系统，主要是检测锁定梁运行轨迹，当锁定梁出现脱轨和越限后，发出声光报警并及时将信号传递给闸门控制系统，可实现紧急停机，确保设备安全运行。

图1 耦合式自动投退锁定梁装置机构图

动力源触发器1安装在闸门本体两侧支撑耳板上，装置移梁机构2安装在孔口两侧部位，顺序器2-3安装位置详见I放大图(见图2),同时为了使该装置在实际运用中运行更平稳，一般采用带行走轮的锁定梁(见图3),并在移动部位安装锁定梁支撑行走轨道(见图4),锁定梁支撑行走轨道可根据现场工作实际情况进行安装，如现场锁定梁移动的工作基面比较粗糙，则必须安装支撑行走轨道。

图2 耦合式自动投退锁定梁装置I部位放大图

图3 锁定梁构造图

图4 锁定梁支撑行走轨道构造图

支撑行走轨道由支撑板4-1和行走轨道4-2组成，支撑行走轨道主要是为锁定梁提供一个可靠的支撑、行走和安全限位功能，可减少外界对锁定梁投退移动中产生的阻力，确保锁定梁在投入或退出工作中移动平稳无卡阻，实现装置在投退锁定梁过程中安全运行。

基于闸门耦合式自动投退锁定梁装置与锁定梁连接方式以及现场应用场景如图5。

图5 耦合式自动投退锁定梁装置现场应用示意图

3、系统工作原理

装置工作原理如图6所示，其中实线表示装置的初始位置即锁定梁的投入位置，虚线表示装置的终点位置即锁定梁退出位置。装置被安装在锁定梁的两端，并将其固定在孔口的混凝土上。同时根据装置的高度，在闸门支撑耳板上选择合适的高度安装动力源触发器，触发器高度小于装置导向杆上A口高度，且安装在A入口的正下方。为了确保锁定梁退出后不会干涉闸门的上下运行，锁定梁的移动距离可通过调整导向杆和摆臂杆的角度θ来确定。

图6 耦合式自动投退锁定梁装置工作示意图

具体执行过程如下。

1)提门自动退锁定梁。

闸门在锁定位置提升带动触发器向上移动，触发器从导向杆的A口进入，继续提升对导向杆向上抬升移动，在通过顺序器后从B口退出，顺序器执行的逻辑为A→B,待触发器从B口退出后停止闸门提升操作，该执行过程中将锁定梁缓慢退出孔口位置，实现了锁定梁自动退出功能。

2)落门至底坎位。

闸门落门带动触发器从导向杆的B口进入，通过顺序器从C口退出，顺序器执行的逻辑为B→C,待闸门全关信号发出后，停止落门操作。

3)提门至孔口位。

闸门在全关位置提升带动触发器向上移动，触发器从导向杆的C口进入通过顺序器后继续提升闸门，顺序器执行的逻辑为C→B,待触发器从B口退出后停止闸门提升操作，该执行过程中完成了对闸门的提门操作。

4)落门自动投锁定梁。

闸门落门带动触发器从导向杆的B口进入，继续下落对导向杆向下压降移动，在通过顺序器后从A口退出，顺序器执行的逻辑为B→A,待触发器从A口退出时，此刻装置完成对锁定梁投入到位操作。

5)闸门支撑卸载。

继续向下落门，直至闸门支撑耳板全部压在锁定梁上停止落门，卸除提落闸门的外在起升机构的荷载，使闸门安全稳定的悬挂于闸门孔口处。

通过上述步骤可以实现闸门在提门及落门过程中自动将锁定梁进行投入及退出操作。该方法与装置同样适用于相似工况的闸门，由于改造量较小不需要额外液压或电路装置，具有较强的适用性。

4、结语

闸门锁定梁作为水电行业不可避免的设计产物，本文针对某水电站泄洪洞事故闸门锁定梁无法进行自动投入和退出操作的情况，研制出一种无需额外增加动力源的耦合式自动投退锁定梁装置，并已在该水电站得以应用，加装的耦合式自动投退装置实现了锁定梁在闸门提升或下落时的自动投退操作，极大降低了人员操作风险与劳动强度，使投退锁定梁作业的安全性大幅提高。同时也为水电站的智能化建设提供了闸门自动化运行解决方案。装置具备安全生产、改善劳动条件的功能，具有良好通用性，可广泛应用于类似作业环境的工程领域。

参考文献:

[1]高小娅,黄超,王俊,等.小型平板闸门手动锁定装置的优化设计研究[J].浙江水利科技,2019,47(3):59-60.

[2]钱正林,熊荣刚,赵勇.水电站平板闸门锁定梁自动位移装置研制[J].水电站机电技术,2020,43(5):52-54.

[3]高则宇,许静雅.泄洪隧洞闸门锁定梁电动化改造[J].水电站机电技术,2023,46(10):45-48.

[4]姜英焕,郭凤春,王涛.一种简支梁式钢闸门锁定装置的设计与应用[J].人民黄河,2022,44(S1):90-91,94.

[5]钟全胜,蒋立新,陈辉春.黑麇峰抽水蓄能电站进/出水口事故闸门锁定装置优化设计[J].水电站机电技术,2016,39(S2):68-69,72.

文章来源:包唐伟,孟春琦,张兆礼,等.闸门耦合式自动投退锁定梁装置的研制及应用[J].水电与新能源,2024,38(11):32-34.