陳利

摘要：文章在介紹彭水水電站通航建筑物相關(guān)特點(diǎn)及內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出了運(yùn)輸與吊裝方式的合理選擇方法、設(shè)備安裝的關(guān)鍵點(diǎn)及質(zhì)量控制措施等，希望以此為彭水升船機(jī)超大型下沉式平板門安裝技術(shù)的優(yōu)化及完善提供一些具有價(jià)值的參考憑據(jù)。

關(guān)鍵詞：彭水升船機(jī)；超大型下沉式平板門；安裝技術(shù)；水電站；通航建筑物 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TV547 文章編號(hào)：1009-2374（2016）15-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.056

1 概述

本文以遼寧某河干流大型攔河閘鋼閘門啟閉機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)為研究對(duì)象，闡述水工鋼閘門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)檢測(cè)技術(shù)及方法，并結(jié)合測(cè)試結(jié)果綜合分析啟閉機(jī)現(xiàn)狀質(zhì)量和安全情況。該閘擔(dān)負(fù)著城市防洪任務(wù)，同時(shí)也是灌溉用水控制工程，工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，并能通過500年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，最大泄流量超過為7000m3/s。工程主體攔河閘采用露頂式平面定輪鋼閘門，孔口尺寸為9.6m×6.0m（寬×高），單扇鋼閘門重為35t，設(shè)計(jì)水頭為5.5m，動(dòng)水啟閉。每扇鋼閘門配備一臺(tái)集中驅(qū)動(dòng)雙吊點(diǎn)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，容量為2×400kN，吊點(diǎn)間距為5.82m，啟門速度為1.38m/min，功率為22kW，減速箱速度比為50，配三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為712r/min，頻率為50Hz，定子電壓為380V，閘門上游側(cè)布置平面檢修閘門，靜水啟閉。

2 檢測(cè)內(nèi)容及方法

本工程運(yùn)行時(shí)間不超過3年，但過閘流量經(jīng)常達(dá)到設(shè)計(jì)水頭，根據(jù)運(yùn)行管理要求，結(jié)合規(guī)程進(jìn)行有重點(diǎn)的抽查、抽檢。外觀與現(xiàn)狀在運(yùn)行管護(hù)過程中經(jīng)常開展不再進(jìn)行贅述，本次以運(yùn)行狀況、電氣設(shè)備及保護(hù)裝置、啟閉機(jī)啟閉力檢測(cè)為主。

2.1 運(yùn)行狀況

主要檢查、檢測(cè)制動(dòng)器制動(dòng)性、滑輪組轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性、荷載限制裝置、行程控制裝置及啟閉機(jī)左、右吊點(diǎn)平衡性等。檢測(cè)方法以目測(cè)、尺測(cè)、數(shù)據(jù)采集對(duì)比分析及影像資料描述為主。

2.2 電氣設(shè)備及保護(hù)裝置

主要抽檢電參數(shù)和保護(hù)裝置，包括啟閉機(jī)定子電壓、電機(jī)與轉(zhuǎn)速箱之間連接軸的轉(zhuǎn)速、電機(jī)絕緣電阻、定子三相電流、配電箱電源電壓等?，F(xiàn)場(chǎng)采用貼片、儀器儀表測(cè)試方法進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 啟閉力檢測(cè)

卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)檢測(cè)主要包括啟門力和持住力檢測(cè)，檢測(cè)方法可采用直接法或間接法，直接法宜采用測(cè)力計(jì)或拉壓式傳感器直接測(cè)量，間接法宜采用動(dòng)態(tài)應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，通過測(cè)量吊耳或傳動(dòng)軸的應(yīng)力應(yīng)變，換算得到啟閉力。從測(cè)試精度方面講，直接法測(cè)試精度更高，結(jié)果更接近實(shí)際，但目前設(shè)備能力直接法操作性相對(duì)差、難度大。間接法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求相對(duì)寬泛、較常用。本工程結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件采用間接法，在吊耳板上布置電阻式應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試。

3 檢測(cè)工況的確定

為保證檢測(cè)結(jié)果更具有代表性，檢測(cè)工況以符合或接近設(shè)計(jì)工況為宜。閘門荷載以水壓力為主，啟閉機(jī)荷載主要為閘門自重加水壓力等。為獲得高水頭，借助汛期高水位（以不影響度汛安全為原則），利用水位變化規(guī)律來(lái)提高上、下游水位差。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，閘門上游水位為35.95m，閘門下游無(wú)水，堰頂高程為30.50m，閘門的作用水頭為5.45m，接近設(shè)計(jì)水頭為5.50m。

4 檢測(cè)結(jié)果及分析

4.1 運(yùn)行狀況

在全部啟閉機(jī)運(yùn)行狀況各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果良好的情況下，抽取其中10臺(tái)啟閉機(jī)進(jìn)行左、右吊點(diǎn)平衡性測(cè)試，設(shè)兩種工況（即兩種閘門開度），測(cè)試過程閘門正常行水。

工況一（閘門開度0.6m）時(shí)，左、右吊點(diǎn)荷載差最大和最小值分別為1.6t和0.0t。工況二（閘門開度1.6m）時(shí)，左、右吊點(diǎn)荷載差最大和最小值分別為1.1t和0.0t。觀測(cè)結(jié)果見表1。

影響左、右吊點(diǎn)不平衡性的因素很多，閘門因素如門體尺寸、導(dǎo)輪的靈活性、吊耳的位置，鋼絲繩的因素，周邊約束如邊導(dǎo)軌尺寸、表面不平整等，外界的附加因素如波浪和風(fēng)荷載等，運(yùn)行管護(hù)中應(yīng)注重該參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不平衡度變大要及時(shí)查找原因進(jìn)行調(diào)整，以免出現(xiàn)卡阻等不良后果。

4.2 電氣設(shè)備及保護(hù)裝置

所有啟閉機(jī)的電氣控制設(shè)備完整、齊備，配電控制箱及開關(guān)按鈕操作方便，荷載控制裝置、行程控制裝置、開度指示裝置運(yùn)行良好。動(dòng)力線路及控制保護(hù)、操作系統(tǒng)線路的排列有序，具有備用電源，以應(yīng)對(duì)不時(shí)

之需。

檢測(cè)結(jié)果表明，啟閉機(jī)定子電壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)均符合運(yùn)行要求，所測(cè)定子每相對(duì)地絕緣電阻為10.0～16.0G?，遠(yuǎn)大于0.5M?，絕緣電阻及接地系統(tǒng)可靠，絕緣性能滿足要求。檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2：

三相電流中任何一相電流與三相電流平均值之差與三相電流平均值相比，稱為電流不平衡度k，即三相電流中的最大不平衡度為kmax。根據(jù)規(guī)定，固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)啟閉機(jī)三相電流不平衡度不超過±10%，測(cè)試結(jié)果為2.0%～8.8%，滿足規(guī)范要求。檢測(cè)數(shù)據(jù)見表3：

電源三相電壓不平衡，會(huì)使電機(jī)額外發(fā)熱、噪音增加、出力不夠。一般要求三相電源電壓中任何一相電壓與三相電壓平均值之差不超過平均值的5%，所測(cè)電源電壓最大不平衡度kmax為0.4%～0.7%，均小于5%，滿足要求。檢測(cè)數(shù)據(jù)見表4：

電氣設(shè)備是保證啟閉機(jī)正常運(yùn)行的核心系統(tǒng)，應(yīng)注重常規(guī)保養(yǎng)維護(hù)，備用電源按要求定期運(yùn)行，保證能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其汛期，如果出現(xiàn)突發(fā)性斷電等緊急情況，其作用更是舉足輕重。

4.3 啟閉力

閘門啟閉過程中啟閉力不斷變化，檢測(cè)時(shí)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)應(yīng)連續(xù)采集，以得到完整的啟閉力變化過程線，以確定最大啟閉力。根據(jù)這一特性要求，現(xiàn)場(chǎng)采用動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)12#和18#啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉力檢測(cè)。測(cè)點(diǎn)對(duì)稱布置在閘門頂部左、右兩個(gè)吊耳的兩塊鋼板上，在每塊鋼板的中軸線和邊緣處各粘貼2個(gè)工作應(yīng)變片，每個(gè)閘門共粘貼工作應(yīng)變片8個(gè)。測(cè)試過程中要考慮溫度影響，粘貼溫度補(bǔ)償片以修正測(cè)試結(jié)果。

4.3.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)處理。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反映的是單塊吊耳鋼板在啟閉作用下產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變值 。第i塊吊耳鋼板所受的拉力由下式計(jì)算，即：

4.3.2 檢測(cè)成果及分析。根據(jù)12#和18#鋼閘門吊耳鋼板實(shí)測(cè)應(yīng)變過程曲線，利用啟閉力計(jì)算公式可以得到該閘門實(shí)測(cè)啟門力、持住力和閉門力的換算結(jié)果，見表6。換算后總啟閉力過程曲線見圖2。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，動(dòng)水啟閉閘門瞬間，兩孔啟閉機(jī)最大啟門力分別為257kN和276kN；鋼閘門半開半閉（開啟高度3m）時(shí)，最大持住力分別為222kN和210kN；鋼閘門全開啟（閘門開啟高度6.5m）時(shí)，最大持住力分別為215kN和203kN；閉門階段啟閉力下降明顯，最大閉門力分別為192kN和173kN，由此可見，最大啟閉力、持住力均小于啟閉機(jī)的額定容量為800kN，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范

要求。

影響閘門啟閉力的因素很多，閘門自身如尺寸、導(dǎo)輪靈活性、吊耳位置；鋼絲繩因素，約束條件如邊導(dǎo)軌尺寸及表面平整度；外界附加因素如閘前水位高度、異物卡阻、水流狀態(tài)及風(fēng)荷載等。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，設(shè)計(jì)工況下卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)運(yùn)行狀況良好，電氣設(shè)備及保護(hù)裝置等電參數(shù)滿足規(guī)范要求，啟閉機(jī)最大啟閉力均小于啟閉機(jī)額定容量，啟閉機(jī)現(xiàn)狀質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行要求；（2）最大啟閉力檢測(cè)時(shí)，要注意檢查邊界條件及方法選擇。當(dāng)采用不同的檢測(cè)方法時(shí)，檢測(cè)結(jié)果是有差異的，即使采用同一種方法，不同次重復(fù)，數(shù)據(jù)也有偏差；（3）啟閉機(jī)是水工結(jié)構(gòu)重要機(jī)械，應(yīng)注重日程管理維護(hù)和檢修，發(fā)現(xiàn)問題或到鑒定周期時(shí)要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和鑒定，檢測(cè)參數(shù)的選擇，可根據(jù)不同檢測(cè)性質(zhì)，不同目的，有針對(duì)性地進(jìn)行選擇確定。

參考文獻(xiàn)

[1] 水閘技術(shù)管理規(guī)程（SL 75-2014）[S].北京：中國(guó)水

利水電出版社，2014.

[2] 水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程（SL 101-

2014）[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2014.

[3] 孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來(lái)泰.材料力學(xué)[M].北京：高

等教育出版社，1995.

[4] 郭建斌，王江.基于ANSYS鋼閘門吊耳框架應(yīng)力集中

的安全分析[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014，（5）.

[5] 劉禮華，陳安元，曹定勝，等.啟閉機(jī)啟門力單應(yīng)變

片檢測(cè)方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，34（5）.

[6] 王長(zhǎng)江，鄭圣義，舒劉海.淺述水工鋼閘門卷?yè)P(yáng)式啟

閉力動(dòng)態(tài)檢測(cè)[J].治淮，2015，（6）.

[7] 水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 41-2011）[S].北

京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：汪魁峰（1976-），男，遼寧丹東人，遼寧省水利水電科學(xué)研究院高級(jí)工程師，工程碩士，研究方向：水利水電工程科研、材料試驗(yàn)、水工建筑物質(zhì)量檢測(cè)及修補(bǔ)技術(shù)。

（責(zé)任編輯：小 燕）