王海明

摘要：疊梁閘被廣泛應(yīng)用于大型水工構(gòu)筑物內(nèi)，達(dá)到局部設(shè)施檢修時止水停役的目的。上海城投原水公司的創(chuàng)新項(xiàng)目組通過大型原水泵站疊梁閘實(shí)際使用過程中存在的問題及整改需求分析，對閘門及門槽掛鉤、起吊、清淤三大需求逐個開展研究探索并提出解決方案，創(chuàng)新應(yīng)用可監(jiān)控式自動掛鉤裝置、水下網(wǎng)格式門槽定位監(jiān)測系統(tǒng)、淤泥攪拌沖洗裝置，經(jīng)技術(shù)優(yōu)化整合形成了一套可推廣的大型疊梁閘安全操控裝置，提高大型梁閘的操控效率與使用安全，創(chuàng)造了顯著的應(yīng)用效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：疊梁閘;操控裝置;創(chuàng)新

一、背景介紹

青草沙原水五號溝泵站是上海市青草沙原水系統(tǒng)的陸域輸水樞紐泵站，負(fù)責(zé)將青草沙水庫重力流來水通過水泵提升向嚴(yán)橋、金海、凌橋三個方向輸送，總設(shè)計規(guī)模708萬m?/d。受青草沙水庫設(shè)計運(yùn)行水位范圍影響，五號溝泵站進(jìn)水水位變化較大，泵房深度較深[1]。根據(jù)五號溝泵站設(shè)計資料，前池水位范圍在-7.8m～7.0m，池底標(biāo)高-15.0m，在泵站進(jìn)水井、前池以及水泵吸水井入口所設(shè)的檢修閘門承壓水頭均在20m以上，因此，檢修閘門采用疊梁形式以適應(yīng)泵站的水位條件。

疊梁閘由多塊周邊鑲嵌止水橡膠的閘板組成，需檢修止水時閘板逐塊橫向放入門槽內(nèi)形成整體擋水結(jié)構(gòu)[2]。實(shí)際使用中，疊梁閘現(xiàn)有的起吊裝置難以準(zhǔn)確控制閘板起吊和下放，存在的主要問題有：（1）閘門起吊時由于水下操作的不可控性，起吊掛鉤與疊梁閘板的插銷難以準(zhǔn)確契合，操作難度較大;（2）疊梁閘板在門槽中下放或起吊時難以嚴(yán)格保持水平，稍有傾斜極易卡在門槽中;（3）疊梁閘板由于長期放置于水下，淤積的泥沙或海蜆子極易影響門板掛鉤操作以及門板之間的貼合度。

二、創(chuàng)新思路

為提升五號溝泵站疊梁閘操作安全性、高效性，確保機(jī)泵檢修、前池清泥等工程的順利開展，需采取技術(shù)優(yōu)化手段提高疊梁閘的安全操控水平。通過深入分析五號溝前池疊梁閘安全操控所需解決的問題，提出了以下3點(diǎn)創(chuàng)新思路：

2.1深入研究疊梁閘起吊裝置水下掛鉤的操控原理，設(shè)計可監(jiān)控式自動掛鉤裝置;

2.2通過建立水下網(wǎng)格式門槽定位監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)疊梁閘門板在門槽內(nèi)的可視化操控;

2.3通過應(yīng)用淤泥攪拌沖洗裝置，實(shí)現(xiàn)疊梁閘門槽內(nèi)障礙物的清除，確保閘板的順利就位。

綜上所述通過操控裝置的設(shè)計制作和實(shí)踐優(yōu)化，形成一套可推廣的大型疊梁閘安全操控裝置。

三、創(chuàng)新過程

疊梁閘安全操控裝置主要實(shí)現(xiàn)自動掛鉤、門槽定位監(jiān)測、門槽清泥三大功能。通過前期各功能的獨(dú)立試驗(yàn)，分別確定其可行性并制定相應(yīng)優(yōu)化方案，具體內(nèi)容如下：

3.1可監(jiān)控式自動掛鉤吊具

通過應(yīng)用改良的偏心輪和接近開關(guān)，實(shí)現(xiàn)疊梁閘掛鉤的操控，并通過PLC控制面板顯示各接近開關(guān)狀態(tài)，以控制偏心輪旋轉(zhuǎn)角度，確保掛鉤到位。

3.1.1根據(jù)偏心輪原理控制起吊裝置上插銷的動作。通過試驗(yàn)改進(jìn)偏心輪的動力結(jié)構(gòu)，使插銷可以進(jìn)行自動往復(fù)運(yùn)動，并按照實(shí)際操作的需要控制其限位;

3.1.2在起吊裝置的各個關(guān)鍵點(diǎn)布置接近開關(guān)，利用接近開關(guān)感應(yīng)插銷與掛鉤之間的位置關(guān)系，控制插銷準(zhǔn)確的與掛鉤鎖定;

3.1.3編制PLC控制程序，用以控制偏心輪旋轉(zhuǎn)角度，并配置指示燈與每一個接近開關(guān)相對應(yīng)，通過指示燈顯示接近開關(guān)狀態(tài)，從而掌握插銷與掛鉤間的位置關(guān)系，進(jìn)而了解水下作業(yè)的實(shí)際情況。

3.2網(wǎng)格式疊梁門槽定位系統(tǒng)

3.2.1在疊梁門槽內(nèi)水平設(shè)置多個左右對稱的監(jiān)控點(diǎn)，形成網(wǎng)格式的監(jiān)控布局，相應(yīng)地，疊梁閘板上安裝配套的感應(yīng)裝置。當(dāng)疊梁閘板起吊或下放時，感應(yīng)裝置可監(jiān)控其水平程度，某一水平面的監(jiān)控點(diǎn)同時發(fā)出感應(yīng)信號，表示疊梁閘板處于水平狀態(tài)，可繼續(xù)移動到下一水平監(jiān)測面;

3.2.2上述功能采用電磁感應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)，由于疊梁門槽長期浸沒在水中，通過在門槽內(nèi)安裝永久性磁鐵，在疊梁閘板上安裝電磁感應(yīng)元件，保證感應(yīng)式定位系統(tǒng)的長期有效;

3.2.3編制PLC控制程序，利用指示燈實(shí)時顯示各個監(jiān)控點(diǎn)的感應(yīng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)水下疊梁閘移動情況可視化控制。

3.3門槽清淤裝置

3.3.1門槽底部泥沙及海蜆子由于長期淤積，結(jié)構(gòu)比較緊實(shí)，僅靠排污泵抽淤難以達(dá)到清理效果，易導(dǎo)致疊梁閘板無法放置到位。為保證排污泵的清淤效果，門槽清淤裝置前端裝有螺桿式橫向淤泥攪拌頭，通過橫向旋轉(zhuǎn)攪動沉積的底泥，使抽淤泵可以清除大部分底泥;

3.3.2疊梁閘板由于長期滯留在疊梁門槽內(nèi)，門板上容易附著淤泥或海蜆子，掛鉤和接近開關(guān)易被淤泥覆蓋，影響自動掛鉤的操控。為確保自動掛鉤裝置正常工作，在疊梁閘起吊架上加裝清泥泵，并于起吊架下緣安裝噴口，進(jìn)行起吊工作前先對疊梁門槽內(nèi)的疊梁閘板進(jìn)行沖洗，然后再進(jìn)行自動掛鉤鎖定。

3.4自動化控制原理

3.4.1PLC通過調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速，控制疊梁閘吊具上的驅(qū)動電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動，電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)輸出的扭矩驅(qū)動偏心輪的旋轉(zhuǎn)。偏心輪旋轉(zhuǎn)時帶動吊具的插銷，使插銷實(shí)現(xiàn)鎖定或釋放的功能。當(dāng)兩側(cè)的插銷都達(dá)到預(yù)定的位置，接近開關(guān)將信號傳給PLC，PLC即發(fā)出停命令停止電機(jī)運(yùn)行。吊具下方設(shè)有4個傳感器用于監(jiān)測疊梁閘是否放到位，如果疊梁閘沒有放到位，PLC不允許執(zhí)行停止運(yùn)行指令。

3.4.2針對疊梁閘在吊裝過程中產(chǎn)生晃動，導(dǎo)致疊梁閘板卡滯在門槽里的情況，PLC通過接收水平傳感器對疊梁閘吊具水平度的監(jiān)測信號，利用指示燈實(shí)時顯示疊梁閘吊具的水平狀態(tài)，從而防止疊梁閘在吊裝過程中卡死。

四、創(chuàng)新效果

通過分析大型泵站疊梁閘起吊裝置實(shí)際使用過程中存在的問題及整改需求，對閘門掛鉤、起吊、清淤三大需求逐個開展研究探索并提出解決方案，創(chuàng)新地在傳統(tǒng)吊具上應(yīng)用偏心輪動力結(jié)構(gòu)、接近開關(guān)定位裝置、水平度傳感器及攪拌/沖洗清淤裝置，并編制PLC控制程序加以優(yōu)化整合，通過技術(shù)優(yōu)化的方式提高了疊梁閘操控效率，杜絕人員水下作業(yè)風(fēng)險。

經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用，疊梁閘安全操控裝置在泵站前池清泥、機(jī)泵檢修等重要工程實(shí)施過程中，成效顯著，徹底杜絕了原先由于閘板放置不到位難以止水而再三拖延工期，甚至工程無法實(shí)施的情況，創(chuàng)造了顯著的應(yīng)用效益和社會效益。

五、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過對大型疊梁閘安全操控裝置優(yōu)化設(shè)計，可總結(jié)出生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐中應(yīng)用創(chuàng)新思維的方法，主要包括：

5.1發(fā)現(xiàn)問題。發(fā)現(xiàn)問題是創(chuàng)新靈感的來源。根據(jù)企業(yè)實(shí)際運(yùn)行中存在的各類問題，需要有善于發(fā)掘的眼光與剖析根源的智慧。于實(shí)際運(yùn)行中暴露的問題，往往具備較強(qiáng)的創(chuàng)新生命力與成果應(yīng)用性。

5.2找準(zhǔn)目標(biāo)。找準(zhǔn)解決問題的目標(biāo)確定了創(chuàng)新成果的預(yù)期效果。本案例中疊量閘安全操控裝置優(yōu)化設(shè)計根據(jù)問題的根源分析提出了優(yōu)化閘門掛鉤、起吊、清淤三個過程的目標(biāo)，徹底解決操作中遇到的問題。

5.3解決方案。解決方案是創(chuàng)新課題的精髓。一份完善有效的解決方案需要整個創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)揮各專業(yè)所長積極協(xié)作，為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新課題提出的目標(biāo)集思廣益，形成全面、可行的技術(shù)方案。本案例中疊量閘安全操控裝置優(yōu)化設(shè)計過程結(jié)合了機(jī)械、電氣控制、自動化控制等多個專業(yè)，為創(chuàng)新課題的開展提供強(qiáng)有力技術(shù)支撐。

5.4實(shí)踐應(yīng)用及優(yōu)化。創(chuàng)新靈感來源于實(shí)踐，其成果亦需通過實(shí)踐應(yīng)用的檢驗(yàn)與不斷優(yōu)化。疊量閘安全操控裝置優(yōu)化設(shè)計在實(shí)踐中取得了良好的效果，具備較強(qiáng)的應(yīng)用導(dǎo)向性。

參考文獻(xiàn)

[1]金仲康.上海青草沙水源地五號溝泵站工程建設(shè)綜述[J]. 建筑施工， 2012， 8： 846-848

[2]冷禎皋.粗?jǐn)r污柵及疊梁閘門在電廠取水工程中的應(yīng)用[J]. 水利電力機(jī)械， 2006， 3： 15-18