人字門船閘常見閘閥門運(yùn)行故障分析與處理

宋端想

摘 要：在船閘水工結(jié)構(gòu)中，閘閥門是船閘最重要的設(shè)施之一，也是船閘樞紐中最大的運(yùn)轉(zhuǎn)件。但是，閘閥門運(yùn)行受水頭荷載、水下障礙、啟閉機(jī)械、電氣系統(tǒng)和控制設(shè)備等諸多因素的影響，在運(yùn)行過程中易產(chǎn)生故障?；诖?，本文主要介紹蘇北運(yùn)河最常見的人字門船閘的閘門、閥門運(yùn)行中常見的故障，并提出具體的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：人字門；閘閥門；運(yùn)行故障

中圖分類號：U641.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0116-03

Analysis and Treatment of Operation Failure of Common

Gate Valve in Herringbone Gate Lock

SONG Duanxiang

Abstract： In the hydraulic structure of shiplock， gate valve is one of the most important facilities of ship lock， and it is also the largest operation part of ship lock hub. However， the operation of gate valve is affected by many factors， such as water head load， underwater obstacle， open and close machinery， electrical system and control equipment. Based on this， this paper mainly introduced the common faults of gate and valve in the most common miter gate locks in Subei canal， and put forward specific improvement measures.

Keywords： miter gate；gate valve；operation failure

1 研究背景

京杭運(yùn)河蘇北段全長404km，現(xiàn)已全面建成國家二級航道，是我國重要的南北貨運(yùn)大通道。自徐州藺家壩至長江六圩口，全線共設(shè)立10道梯級船閘，除解臺(tái)船閘、劉山船閘為復(fù)線船閘外，自宿遷境內(nèi)皂河船閘至揚(yáng)州長江口的施橋船閘已全面建成三線船閘，共計(jì)28座，閥門類型均為鋼質(zhì)平板提升門，閘門采用人字門的船閘有20座。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單閘平均年開放閘次達(dá)120 270次。這些船閘為江蘇及華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，但同時(shí)，高密度的運(yùn)行對船閘閘閥門技術(shù)帶來了一定的壓力和考驗(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)一些小的故障，如閥門無法落到位、無法提閥、運(yùn)行緩慢；閘門運(yùn)行左右岸同步性差，或者閘門運(yùn)行緩慢等?；诖?，本文主要分析人字門船閘常見閘閥門的運(yùn)行故障，并提出針對性的解決對策。

2 限位開關(guān)引起的閘閥門故障

限位開關(guān)作為船閘控制系統(tǒng)重要的外設(shè)儀器，負(fù)責(zé)閘閥門運(yùn)行幅度控制及閘閥門運(yùn)動(dòng)位置檢測及反饋的任務(wù)，保障閘閥門門體動(dòng)作的安全和啟閉機(jī)械液壓油缸行程的安全。但是，限位開關(guān)受本身質(zhì)量良莠不齊及使用環(huán)境和使用壽命的影響，常出現(xiàn)觸點(diǎn)鎖死或者中繼氧化的故障[1]，導(dǎo)致閘閥門出現(xiàn)不同的故障現(xiàn)象，而養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員單憑肉眼很難迅速辨識出故障根源，常需要按步驟進(jìn)行故障診斷，對啟閉機(jī)系統(tǒng)、水下障礙和供配電系統(tǒng)進(jìn)行逐一排查，這種方式較為浪費(fèi)時(shí)間。

2.1 限位開關(guān)觸點(diǎn)鎖死引起閥門不動(dòng)作

2.1.1 故障現(xiàn)象。閥門提落綠燈常亮，落閥到位，無法提閥。

2.1.2 故障排查。排除啟閉機(jī)故障和水下障礙后，可初步判斷故障來自電氣控制系統(tǒng)，進(jìn)一步的排查步驟如下。①閥門關(guān)到位室，用值班室操作臺(tái)按鈕和手動(dòng)控制柜操作提閥門，系統(tǒng)無動(dòng)作；②用上位機(jī)的提閥門，組態(tài)軟件顯示閥門已提到位；③查看電氣柜信號燈，閥門落到位，指示燈和提閥到位指示燈都亮，可判斷故障來自中繼或行程開關(guān)；④查看控制柜內(nèi)中繼，閥門提閥到位，中繼和落閥到位，中繼均得電吸合，排除中繼故障，進(jìn)一步確定行程開關(guān)及限位開關(guān)故障；⑤查看現(xiàn)場閥門實(shí)際位置在落閥到位，行程開關(guān)的限位撞塊抵住落閥到位的開關(guān)搖臂，觸發(fā)落閥到位信號；⑥查看提閥到位開關(guān)，撥動(dòng)搖臂，形態(tài)正常，提閥到位信號常在；⑦拆開提閥到位限位開關(guān)外殼，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部潮濕，觸點(diǎn)生銹，用萬用表檢測常開觸點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)常開觸點(diǎn)常閉，導(dǎo)致限位檢測回路導(dǎo)通，提閥到位信號常在，無法提閥門。

2.1.3 故障分析。限位開關(guān)自身質(zhì)量問題或者使用壽命到期，其密封圈老化，竄入水汽；或者限位開關(guān)外接線纜接口處密封措施不到位，雨水或者打掃衛(wèi)生時(shí)水沿著線纜滲入限位開關(guān)內(nèi)部，導(dǎo)致觸點(diǎn)生銹，形成回路。

2.1.4 解決辦法。更換限位開關(guān)，故障排除。

2.2 限位開關(guān)DC24V供電故障引起人字型閘門關(guān)閉到位時(shí)撞門

2.2.1 故障現(xiàn)象。人字形閘門關(guān)門時(shí)，左右岸閘門可同步可不同步，在關(guān)門到位時(shí)發(fā)生撞門現(xiàn)象，門體抖動(dòng)，聲響巨大。

2.2.2 故障排查。在排除啟閉機(jī)故障和水下障礙后，進(jìn)一步的排查步驟如下。①查看閘門啟閉機(jī)油缸的行程開關(guān)，前置限位器正常抵住擋塊，排除行程竿位置變動(dòng)故障；②手動(dòng)觸發(fā)前后限位開關(guān)搖臂時(shí)，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開，限位動(dòng)作正常，排除限位開關(guān)卡死不回彈的機(jī)械故障；③拆檢前置限位開關(guān)，用萬用表檢測觸點(diǎn)，未形成回路，限位開關(guān)觸點(diǎn)正常；④再用外用表檢測兩端DC24電壓，檢測發(fā)現(xiàn)觸點(diǎn)兩端電壓不足；⑤再測量關(guān)到位中繼，手動(dòng)觸發(fā)搖臂，限位開關(guān)觸點(diǎn)閉合，中繼線圈電壓不足，可判斷限位開關(guān)供電電壓低，中繼不吸合，仔細(xì)觀察限位開關(guān)的線纜端頭，已經(jīng)氧化發(fā)黑，致使回路接觸不良，壓降較大，中繼不吸合，故障來自限位開關(guān)供電線路。

2.2.3 故障分析。人字形閘門啟閉機(jī)油缸行程開關(guān)均為前后雙限位，一前一后布置。正常情況下，行程監(jiān)測由前置的限位開關(guān)負(fù)責(zé)，基本觸發(fā)不到后置的開關(guān)。但是，當(dāng)前置限位開關(guān)供電故障時(shí)，閘門關(guān)閉動(dòng)作發(fā)生，限位擋塊雖觸發(fā)前置限位開關(guān)，但中繼不吸合，無反饋信號入PLC設(shè)備，油缸未收到行程到位的信號，繼續(xù)運(yùn)行，直至行程竿擋塊觸發(fā)后置的限位開關(guān)，閘門才停止運(yùn)行，此時(shí)閘門已經(jīng)發(fā)生碰撞。

2.2.4 解決方法。檢查或更換DC24V供電線纜，限位開關(guān)得電正常，故障排除。

3 開度儀引起的閘閥門故障

開度儀是指用于檢測閘閥門啟閉機(jī)油缸活塞桿行程的測距儀。在蘇北運(yùn)河船閘上，開度儀分為內(nèi)置式和外置式兩種，內(nèi)置式是安裝于閘閥門活塞桿內(nèi)部的磁感應(yīng)式測距儀，外置的有拉繩式測距儀和激光式測距儀。開度儀在船閘電氣系統(tǒng)中實(shí)時(shí)檢測閘閥門的開度狀態(tài)，從而完成左右側(cè)閘閥門的同步、變速運(yùn)行。通過PLC將開度數(shù)據(jù)模擬在船閘操作系統(tǒng)組態(tài)畫面中[2]，可直觀反饋給操作人員。開度儀故障會(huì)嚴(yán)重影響閘閥門的運(yùn)行，導(dǎo)致閘閥門運(yùn)行速度異常，變快或變慢，兩側(cè)閘閥門不同步，泄水、漲水速度變快或變慢，易對閘室內(nèi)的船舶造成較大的安全隱患。

3.1 開度數(shù)據(jù)顯示不準(zhǔn)確導(dǎo)致閘閥門運(yùn)行速度異常、左右岸不同步

3.1.1 故障現(xiàn)象。閘門運(yùn)行速度突然異常，自開門起動(dòng)到關(guān)門到位，慢—快—慢。變速丟失，反之亦然，左右岸不同步；閥門提起動(dòng)作異常，閥門自落閥到位至提閥到位速度異常，動(dòng)作緩慢或速度變快，導(dǎo)致閘室漲消水速度過快，易造成閘室船舶受水流沖擊，從而發(fā)生斷纜事故；或者漲消水速度過慢，影響船閘運(yùn)行效率。

3.1.2 故障排查。①檢查操作系統(tǒng)組態(tài)畫面顯示情況；②開度一直沒有數(shù)據(jù)的情況下，檢測開度儀的輸電流信號；③如果輸出電流在可測得范圍內(nèi)（4～20mA），可排除開度儀自身故障，繼續(xù)檢查接線情況及線纜情況；④若開度儀沒有電流輸出，則判斷開度儀自身故障。

3.1.3 故障分析。根據(jù)開度儀的形式分別判斷故障。一是內(nèi)置式開度儀是安裝于閘閥門活塞桿內(nèi)部的磁感應(yīng)式測距儀，在廠內(nèi)安裝，安裝于活塞桿內(nèi)部，故障原因主要是該測距儀屬于接觸式儀器，其設(shè)備本體跟隨活塞桿有桿腔的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，而活塞桿連接閘門和閥門，運(yùn)動(dòng)時(shí)門體的跳動(dòng)、震動(dòng)或碰撞，產(chǎn)生的力會(huì)沿活塞缸傳導(dǎo)至儀表本體，磁感應(yīng)線圈會(huì)受到損傷，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。而該儀表必須從活塞桿內(nèi)拆除，無法對其進(jìn)行日常維修。二是外置式開度儀。蘇北運(yùn)河船閘采用較多的是激光測距儀，其原理是采用紅外光反射測距，儀表本體安裝于活塞桿尾部，反射板安裝于限位撞塊上，跟隨限位撞塊一同運(yùn)動(dòng)。紅外光從儀表本體射出，打至反射板上再反射回儀表本體，日常維護(hù)量小，僅需用干布擦拭儀表鏡頭灰塵即可。測量發(fā)生誤差時(shí)，通過儀表本體按鍵對儀表的4～20MA信號和距離重新標(biāo)定，PLC程序?qū)﹂_度和測量值換算參數(shù)重新整定。

3.1.4 解決方法。①開度儀自身無故障的情況下，重新連接線纜，通過PLC編程軟件和組態(tài)軟件糾正顯示偏差，故障排除；②開度儀自身故障，更換開度儀，重新連接PLC系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

3.2 開度儀引發(fā)閘閥門運(yùn)行故障的思考

內(nèi)置式開度儀因其安裝在油缸內(nèi)部，易受閘閥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)外部因素干擾而發(fā)生故障，日常無法對其進(jìn)行維護(hù)，一旦發(fā)生故障，只能返廠維修，造成斷航。目前，蘇北運(yùn)河船閘正在逐步淘汰此類開度儀。外置式開度儀主要是激光測距儀，因其安裝在油缸外部，同樣容易受閘閥門運(yùn)轉(zhuǎn)的外部因素干擾，如底座緊固件松動(dòng)、反射板跳動(dòng)，致使紅外光反射偏轉(zhuǎn)。而經(jīng)過技術(shù)改良可以克服此類情況的發(fā)生，如選擇漫反射類型激光發(fā)生器，選擇定制的反射板。閘閥門運(yùn)行過程中發(fā)生類似情況，養(yǎng)護(hù)人員首先要檢查組態(tài)畫面中開度儀的數(shù)據(jù)顯示，進(jìn)而排除是否是開度儀自身故障，然后再根據(jù)不同類別的開度儀選擇對應(yīng)的處理措施。

4 二次控制回路故障引發(fā)閘閥門故障

船閘電氣系統(tǒng)的電路分別由一次拖動(dòng)回路和二次控制回路組成[3]。其故障的發(fā)生也存在區(qū)別。一次拖動(dòng)回路線路簡單明了，其故障較為明顯，容易判別；二次控制回路線路較為復(fù)雜，引發(fā)的閘閥門運(yùn)行故障五花八門，發(fā)生故障不易判別，最常見的故障是閘閥門運(yùn)行明顯緩慢。

4.1 故障現(xiàn)象

閘門開門正常，關(guān)門動(dòng)作緩慢，閥門落閥正常，提閥緩慢。

4.2 故障診斷

①檢查閘閥門運(yùn)行速度控制設(shè)備，檢查泵站的速度控制設(shè)備。蘇北運(yùn)河船閘啟閉機(jī)泵站有變頻器控制電機(jī)和比例泵兩種形式，分別檢查其是否正常。②檢查泵站油量、油溫是否正常，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常。③檢查泵站電磁閥，分別對應(yīng)測量閘門關(guān)門時(shí)閘門開門電磁閥是否得電，閥門提閥時(shí)落閥電磁閥是否得電。④逐一拆卸電磁閥供電插頭，閘門關(guān)閉時(shí)拆下開門電磁閥供電插頭，閘門關(guān)門運(yùn)行速度明顯加快，判定為關(guān)門電磁閥同時(shí)得電，從而引發(fā)故障；閥門提閥時(shí)拆卸落閥電磁閥供電插頭，提閥速度明顯提高，判定提落閥電磁閥同時(shí)得電，引發(fā)故障。

4.3 故障分析

蘇北運(yùn)河船閘的泵站工業(yè)設(shè)計(jì)較為緊湊美觀，閘門的關(guān)門和開門電磁閥緊靠在一起布局，閥門的落閥和提閥電磁閥同樣緊靠在一起布置。電磁閥供電插頭受泵站震動(dòng)會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象，觸點(diǎn)回退從而使閥件殼體整體帶電，導(dǎo)致關(guān)閘門運(yùn)行時(shí)，關(guān)閘門中繼得電閉合的同時(shí)開閘門中繼也得電閉合，從而導(dǎo)致開門油路和關(guān)門油路同時(shí)打開，液壓油同時(shí)進(jìn)入有桿腔和無桿腔，閘門關(guān)門運(yùn)行背壓大，而導(dǎo)致速度緩慢，閥門故障原因同上。

4.4 故障解決

重新制作電磁閥供電插頭，壓接牢靠，故障排除。

5 結(jié)語

人字門船閘閘閥門常受外部因素影響而發(fā)生故障。對于因水下障礙和啟閉機(jī)械等直觀原因引起的故障，船閘養(yǎng)護(hù)人員可以第一時(shí)間排查和處理；對于供配電系統(tǒng)或者控制系統(tǒng)故障引起的閘閥門停擺，也常能按技術(shù)規(guī)程快速給予辨識和解決；而對于像限位器、開度儀這類細(xì)小設(shè)備常會(huì)疏于保養(yǎng)，故障發(fā)生時(shí)也常常難以第一時(shí)間從此類小的設(shè)備零件上進(jìn)行排查。對于像閥件供電插頭松動(dòng)回退、按鈕觸點(diǎn)接觸不良和接線端子松動(dòng)等不明顯的故障現(xiàn)象，難以憑肉眼直接觀察。這就要求養(yǎng)護(hù)人員認(rèn)真落實(shí)船閘日巡查制度，改變設(shè)備巡查中能聽不看，能看不動(dòng)手的惰性思維，要善于從細(xì)小處發(fā)現(xiàn)問題，用萬用表等檢測設(shè)備進(jìn)行檢測，不能依靠主觀進(jìn)行判斷，從而準(zhǔn)確辨別細(xì)微差別，防患于未然，確保蘇北運(yùn)河船閘安全暢通。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇禹.船閘電氣隱性故障分析及解決方法[J].江蘇交通科技，2011（3）：28-29.

[2]張雷.PLC控制技術(shù)在船閘電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2009（5）：3-4.

[3]京杭運(yùn)河江蘇省交通運(yùn)輸廳蘇北航務(wù)管理處.船閘電氣故障維修手冊[Z].2017.