人字閘門正向水頭開門故障分析與對(duì)策研究

李樂新

（長(zhǎng)江三峽通航管理局 湖北宜昌）

人字閘門是船閘工作閘門中常見的一種結(jié)構(gòu)型式，廣泛應(yīng)用在中、高水頭的船閘中。人字閘門只能承受單向水頭，應(yīng)在靜水平壓條件下開啟和關(guān)閉。在船閘運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)控制系統(tǒng)在較大正向水頭時(shí)就發(fā)出開啟人字閘門指令的故障，導(dǎo)致人字閘門及其啟閉機(jī)運(yùn)行負(fù)荷超出設(shè)計(jì)規(guī)定，影響人字閘門及其啟閉機(jī)的運(yùn)行安全。本文對(duì)人字閘門開門觸發(fā)條件進(jìn)行了解析，分析了可能引起正向水頭開啟人字閘門的故障原因，有針對(duì)性地提出了故障處理措施，達(dá)到降低故障率，控制故障危害的目的。

一、人字閘門開門觸發(fā)條件解析

人字閘門開啟運(yùn)行是船閘運(yùn)行工藝流程中的重要環(huán)節(jié)，在船閘充泄水過程末期，閘室水位與上游或下游水位齊平時(shí)，就需要開啟人字閘門，讓閘室內(nèi)的船舶駛出閘室，完成船舶過閘流程。根據(jù)運(yùn)行工藝的要求，在船閘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，就將輸水過程中閘室水位與上游或下游水位齊平信號(hào)（以下簡(jiǎn)稱水平信號(hào)）作為發(fā)出開啟人字閘門指令的觸發(fā)條件，水平信號(hào)的產(chǎn)生一般有以下兩種檢測(cè)、判斷方法。

一是利用安裝在人字閘門門頭的合攏開關(guān)來間接判斷水平信號(hào)。合攏開關(guān)是用于檢測(cè)兩扇人字閘門在承受水壓時(shí)是否可靠合攏的專用開關(guān)，開關(guān)的本體和撞塊分別裝于兩扇人字閘門門頭。當(dāng)人字閘門承受水頭時(shí)，受水壓作用兩扇閘門合攏，合攏開關(guān)發(fā)訊，控制系統(tǒng)產(chǎn)生閘門合攏信號(hào)，不產(chǎn)生水平信號(hào)。閘室充泄水末期，人字閘門承受水頭減小，兩扇閘門之間出現(xiàn)門縫，理想狀態(tài)下當(dāng)人字閘門內(nèi)外水位齊平時(shí)，合攏開關(guān)發(fā)訊終止，控制系統(tǒng)產(chǎn)生水平信號(hào)，不產(chǎn)生合攏信號(hào)。通俗的說，水平信號(hào)就是合攏非信號(hào)。合攏開關(guān)安裝示意圖見圖1。

圖1 合攏開關(guān)安裝示意圖

二是在閘室內(nèi)和閘室上、下游分別安裝水位計(jì)，實(shí)時(shí)比較閘室內(nèi)、外水位計(jì)的讀數(shù)，當(dāng)兩者讀數(shù)的差值在設(shè)定的水平信號(hào)發(fā)訊門限范圍內(nèi)時(shí)，控制系統(tǒng)產(chǎn)生水平信號(hào)，當(dāng)兩者讀數(shù)的差值超出設(shè)定的水平信號(hào)終止門限范圍時(shí)，控制系統(tǒng)不產(chǎn)生水平信號(hào)。

二、人字閘門正向水頭開門故障原因分析

1.合攏開關(guān)誤發(fā)水平信號(hào)原因分析

兩扇閘門可靠合攏的判斷標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，一是兩扇閘門之間門縫消失，斜接柱支枕墊塊可靠貼死，二是兩扇閘門之間的錯(cuò)位值在允許范圍內(nèi)。由圖1可知，通過調(diào)整行程開關(guān)與撞塊之間的距離，可以控制合攏信號(hào)發(fā)訊時(shí)閘門門縫的大小。通過改變撞塊的寬度，可以控制合攏信號(hào)發(fā)信時(shí)閘門錯(cuò)位的大小。當(dāng)兩扇人字閘門之間的門縫和錯(cuò)位增大時(shí)，合攏開關(guān)的感應(yīng)面積便減少，直至無合攏信號(hào)產(chǎn)生，同時(shí)產(chǎn)生水平信號(hào)。

當(dāng)兩扇閘門之間的門縫較大時(shí)，人字門基本不承受正向水頭，控制系統(tǒng)不產(chǎn)生合攏信號(hào)而產(chǎn)生水平信號(hào)，這個(gè)邏輯判斷是正確的。但是，當(dāng)兩扇閘門之間的錯(cuò)位較大時(shí)，人字門仍有可能承受正向水頭，此時(shí)控制系統(tǒng)不產(chǎn)生合攏信號(hào)的邏輯判斷是正確的，而產(chǎn)生水平信號(hào)的邏輯判斷就值得商榷了。

在船閘充泄水過程中，受閘門承受水頭、閘門結(jié)構(gòu)應(yīng)力、風(fēng)浪等的影響，兩扇閘門之間的門縫和錯(cuò)位也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)兩扇閘門合攏后錯(cuò)位較大時(shí)，合攏開關(guān)的有效感應(yīng)區(qū)域較小，在充泄水過程中受門體震動(dòng)或其它外力的影響就很可能造成合攏開關(guān)不發(fā)訊，從而在較大正向水頭時(shí)產(chǎn)生水平信號(hào)，引起正向水頭開門故障。

2.水位計(jì)誤發(fā)水平信號(hào)原因分析

當(dāng)水位計(jì)的讀數(shù)與實(shí)際水位相符時(shí)，水位計(jì)產(chǎn)生水平信號(hào)時(shí)閘室內(nèi)、外的水位實(shí)際上就是齊平的。當(dāng)水位計(jì)受外界因素或自身性能變化的影響，出現(xiàn)讀數(shù)與實(shí)際水位不符的情況時(shí)，水位計(jì)產(chǎn)生水平信號(hào)時(shí)閘室內(nèi)、外的水位實(shí)際上就會(huì)存在較大的正向或反向水頭。導(dǎo)致水位計(jì)讀數(shù)與實(shí)際水位不符的影響因素一般有4種情況。

（1）水位計(jì)的探頭上附著了水生物或其它異物，影響水位計(jì)的檢測(cè)精度。

（2）水位計(jì)的零點(diǎn)發(fā)生飄移，水位計(jì)讀數(shù)與實(shí)際水位值存在固定差值。

（3）水位計(jì)的性能下降，斜率在量程范圍內(nèi)呈非線性變化，水位計(jì)讀數(shù)在閘室充泄水過程中無法正確反映閘室水位變化，在某些水位段水位計(jì)讀數(shù)與實(shí)際水位存在差值。

（4）水位計(jì)故障，讀數(shù)出現(xiàn)跳變。

三、人字閘門正向水頭開門故障處理對(duì)策

1.設(shè)置專用的行程開關(guān)檢測(cè)水平信號(hào)

利用合攏開關(guān)間接判斷水平信號(hào)，在兩扇人字閘門合攏后錯(cuò)位較大時(shí)就容易出現(xiàn)誤發(fā)水平信號(hào)的情況，此時(shí)合攏非信號(hào)不能等同于水平信號(hào)。因此，考慮單獨(dú)設(shè)置專用的行程開關(guān)用于檢測(cè)水平信號(hào)（以下簡(jiǎn)稱水平開關(guān)）。

水平開關(guān)的安裝方式與合攏開關(guān)相同，可與合攏開關(guān)在同一個(gè)開關(guān)裝置上分層安裝，但水平開關(guān)的撞塊寬度設(shè)計(jì)應(yīng)遠(yuǎn)大于行程開關(guān)的直徑，以消除人字門錯(cuò)位對(duì)水平信號(hào)的影響，使水平信號(hào)的產(chǎn)生只與兩扇人字閘門的門縫相關(guān)，準(zhǔn)確反映閘室水位是否與上、下游水位齊平。

2.在水平開關(guān)產(chǎn)生水平信號(hào)邏輯判斷中增加限定條件

當(dāng)水平開關(guān)故障或調(diào)整不當(dāng)時(shí)，控制系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的水平信號(hào)，引起正向水頭開門故障。為進(jìn)一步控制正向水頭開門故障的頻次和危害，在行程開關(guān)產(chǎn)生水平信號(hào)的邏輯判斷中增加以下限定條件。

（1）增加水平開關(guān)故障判斷：在閘門處于合攏狀態(tài)時(shí)，如果水平開關(guān)產(chǎn)生了水平信號(hào)則報(bào)警提示，同時(shí)屏蔽掉水平開關(guān)產(chǎn)生的水平信號(hào)。

（2）增加水位限定條件：在水位計(jì)正常時(shí)設(shè)定水平開關(guān)產(chǎn)生的水平信號(hào)只有在人字閘門承受的正向水頭在30 cm（可調(diào)整）以內(nèi)時(shí)才有效，減小正向水頭開門故障造成的危害。

3.優(yōu)化水位計(jì)檢測(cè)判斷程序

相對(duì)于行程開關(guān)而言，水位計(jì)檢測(cè)精度更高、更能真實(shí)反映閘室內(nèi)外水位是否齊平。為進(jìn)一步防止誤信號(hào)的產(chǎn)生，應(yīng)對(duì)水位計(jì)檢測(cè)判斷程序加以優(yōu)化。

（1）增加多支水位計(jì)比較判斷。在檢測(cè)單支水位計(jì)故障的基礎(chǔ)上，增加閘室水位與上下游水位齊平時(shí)，閘室內(nèi)外多支水位計(jì)讀數(shù)比較判斷程序，當(dāng)水位計(jì)讀數(shù)相差超過30 cm（可調(diào)整）時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警提示。

（2）增加水平預(yù)告限定。當(dāng)閘室內(nèi)外水位相差50 cm（可調(diào)整）時(shí)，產(chǎn)生水平預(yù)告信號(hào)，并做為產(chǎn)生水平信號(hào)的前提條件，減小水位計(jì)讀數(shù)跳變帶來的影響。

4.定期檢查維護(hù)行程開關(guān)和水位計(jì)

在采取以上技術(shù)手段的同時(shí)，還應(yīng)定期對(duì)行程開關(guān)和水位計(jì)進(jìn)行檢查、維護(hù)。

（1）每月兩次對(duì)人字閘門關(guān)閉后的門縫和錯(cuò)位狀態(tài)進(jìn)行檢查，調(diào)整關(guān)終行程開關(guān)位置，在氣候變化時(shí)加大檢查頻次。

（2）每月兩次對(duì)水位計(jì)進(jìn)行檢查，調(diào)整水位計(jì)零點(diǎn)，使水位計(jì)讀數(shù)與實(shí)際水位相符。

（3）定期清洗水位計(jì)探頭，防止水生物附著引起水位計(jì)故障。

（4）定期檢測(cè)水位計(jì)斜率，及時(shí)更換性能下降的水位計(jì)。

四、結(jié)語

實(shí)際使用情況表明，通過采取以上故障處理對(duì)策，一年來，未再發(fā)生人字閘門正向水頭開門故障，船閘設(shè)備故障停機(jī)率降低，設(shè)備運(yùn)行可靠性提高，保障了船閘運(yùn)行的安全、高效、暢通。