鋼絲繩卷揚式全平衡升船機非平衡法鎖定方式初探

(大唐四川發(fā)電有限公司，成都，610091)

1 背景

近年來，國內(nèi)大型水電站的通航建筑物，越來越多的設(shè)計為升船機設(shè)備過船形式。鋼絲繩卷揚全平衡垂直提升型式，是國內(nèi)建造數(shù)量最多的一種升船機，它技術(shù)門檻低，性價比高，操作維護較簡單，如水口電站升船機。但是這種升船機在以下3種檢修工況時需要先把船廂和平衡重全部鎖定。

(1)需鋼絲繩卸載，檢修主提升機(卷筒軸承、減速器、滑輪組軸承等)或調(diào)節(jié)平衡重花籃螺栓；

(2)需放空船廂水，檢修船廂門(更換止水橡皮或支鉸軸承)或?qū)Υ瑤Y(jié)構(gòu)重新涂裝；

(3)間隙密封機構(gòu)、夾、頂緊機構(gòu)、船廂液壓和電器設(shè)備等的檢修工作，不需放空船廂水，也不需鋼絲繩卸載。

下文以亭子口升船機為例，具體說明鋼絲繩卷揚全平衡垂直提升型式升船機的鎖定工況與方式，及目前鎖定方式的優(yōu)缺點。

2 升船機船廂、平衡重原設(shè)計鎖定工況與方式

2.1 升船機鎖定原理

升船機運轉(zhuǎn)時，鎖定架置于船廂和平衡重運行路徑旁側(cè)，當(dāng)需要檢修鎖定船廂/平衡重組時，以人力推出鎖定裝置，置于船廂/平衡重組下方。船廂在上鎖定位時，平衡重在下鎖定位；船廂在下鎖定位時，平衡重在上鎖定位。鎖定時，各組千斤頂由各自的電動液壓泵站操作，同步頂升，將船廂和平衡重的重量轉(zhuǎn)移到各自的鎖定裝置，部分或全部卸掉鋼絲繩載荷，方便升船機設(shè)備的檢修工作。鎖定裝置由鎖定梁、調(diào)整板、埋件、液壓千斤頂及電動液壓泵站等組成。鎖定梁下部設(shè)有行走輪，千斤頂和調(diào)整板設(shè)在鎖定梁上部或下部，活動液壓油泵站放置在上鎖定平臺上。鎖定裝置和升船機的布置如圖1所示。

特別說明一點，圖中“2-平衡重上鎖定裝置”布置在各個平衡重井孔口兩側(cè)，平衡重塊由框架梁限位和固定在一起，鎖定時上鎖定裝置作用在框架梁上，因此從剖面圖上看，好象其布置在平衡重井孔口。平衡重下鎖定作用在平衡重塊上。

2.2 船廂在下鎖定位(最低通航水位)、平衡重在上鎖定位鎖定

主機處于上閘制動狀態(tài)。頂升4組船廂下鎖定至與船廂主縱梁接觸；對稱、同步頂升4組重力平衡重組Ⅰ上鎖定直至重力平衡繩完全卸載，再對稱、同步頂升另外4組重力平衡重組Ⅱ直至重力平衡繩完全卸載；對稱、同步頂升4組轉(zhuǎn)矩平衡重組上鎖定直至轉(zhuǎn)矩平衡繩完全卸載，再對稱、同步頂升另外4組轉(zhuǎn)矩平衡重直至轉(zhuǎn)矩平衡繩完全卸載；同步頂升4組船廂下鎖定直至提升鋼絲繩完全卸載(檢修主機時)，或同步頂升4組船廂下鎖定直至提升鋼絲繩完全卸載后泄空船廂水(檢修船廂門時)。如圖2所示。

(1-船廂；2-平衡重上鎖定裝置；3-船廂上鎖定裝置；4-平衡重；5-平衡重下鎖定裝置；6-船廂下鎖定裝置)

(1-平衡重上鎖定裝置；2-平衡重；3-船廂；4-船廂下鎖定裝置)

2.3 船廂在上鎖定位(最高通航水位)、平衡重在下鎖定位鎖定

主機處于上閘制動狀態(tài)。頂升4組船廂上鎖定至與船廂外側(cè)牛腿接觸；頂升全部平衡重下鎖定至與平衡重塊底部接觸；泄掉約1900t船廂水，對稱、同步頂升4組重力平衡重組Ⅰ下鎖定直至重力平衡繩完全卸載；再泄掉約1700t船廂水，對稱、同步頂升另外4組重力平衡重組Ⅱ下鎖定直至重力平衡繩完全卸載；泄空剩余船廂水，同步頂升4組船廂上鎖定直至提升繩完全卸載；頂升8組轉(zhuǎn)矩平衡重下鎖定，直至轉(zhuǎn)矩平衡繩完全卸載。如圖3所示：

(1-船廂；2-船廂上鎖定裝置；3-平衡重；4-平衡重下鎖定裝置)

2.4 原設(shè)計鎖定工況與方式的缺點

這種常規(guī)鎖定方案，在檢修鎖定時需投入大量人力，鎖定耗時長，使得升船機雖有先進的電控系統(tǒng)，對于鎖定卻無用武之地。以亭子口為例，共有16孔平衡重井，每個鎖定裝置需2人，這就需要32人，船廂鎖定需8人，共需40人。這種常規(guī)的鎖定方式已落后升船機整體技術(shù)發(fā)展水平。為提升升船機的整體運行效率和安全性，本文以亭子口水利樞紐升船機為例，探索通過改造升船機鎖定結(jié)構(gòu)，利用升船機先進的控制系統(tǒng)并修訂完善操作程序，設(shè)定新的升船機鎖定方式。

3 升船機半平衡法鎖定原理和程序

以亭子口水利樞紐升船機為例，說明這種半平衡法鎖定原理和程序。

3.1 亭子口水利樞紐升船機主要相關(guān)參數(shù)

(1)船廂結(jié)構(gòu)+設(shè)備實際重量：約1950t；

(2)設(shè)計水深水體重：4300t；

(3)重力平衡重總重：3650t；

(4)轉(zhuǎn)矩平衡重總重：2600t；

(5)每組鋼絲繩的實際長度相對差：≤100mm。

3.2 準備工作

改造重力平衡重、轉(zhuǎn)矩平衡重上鎖定梁，拆除液壓千斤頂，割除高度351mm的支架，這個支架是為了給千斤頂預(yù)留空間；船廂在低位、平衡重在高位鎖定，廢棄船平衡重上鎖定位千斤頂。

船廂位于下鎖定原設(shè)計高程，平衡重位于上鎖定原設(shè)計高程以下約250mm。

船廂下鎖定推至工作位，重力平衡重、轉(zhuǎn)矩平衡重上鎖定梁推至工作位。

原設(shè)計沒有考慮檢修時主提升電機不啟動工況下，制動器需多次短時間松閘和長時間松閘二種工況，為保證設(shè)備安全，制動器短時間松閘采用定時制動上閘，松閘時間根據(jù)要求應(yīng)可以調(diào)整，同時檢修工況與運行工況間應(yīng)進行聯(lián)鎖，防止二種工況下同時工作。

3.3 半平衡法鎖定工作程序

(1)點動主機提升船廂、下放平衡重，至平衡重安全梁與鎖定梁接觸后停止，主機處于制動器上閘狀態(tài)；

(2)緩慢泄船廂水，分3次、每次泄約1200t(共泄掉3600t，尚余700t，此時船廂總重2550t～2650t，處于制動狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩平衡重總重2600t，兩側(cè)基本處于平衡狀態(tài))。在此過程中重力平衡重塊將逐漸、先后失重，轉(zhuǎn)矩平衡重處于懸吊狀態(tài)；(注意：在每次泄水后檢查平衡繩的松弛程度，尤其是已知較長的鋼絲繩，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩出現(xiàn)松弛后應(yīng)通過花籃螺栓將鋼絲繩張緊，避免鋼絲繩跳槽)；在每次泄水后，將4套船廂下鎖定頂升至與船廂主縱梁接觸，并由墊板支承(注意：現(xiàn)有墊板數(shù)量不足，需要制作4組不少于350mm厚的墊板)；

(3)點動主機提升船廂、下放平衡重，至8臺電機總出力達到400t時停機上閘；(注意：在此過程中繼續(xù)調(diào)緊過度松弛的鋼絲繩)將4套船廂下鎖定頂升至與船廂主縱梁接觸，并由墊板支承(此時，提升繩增加約400t張力)；

(4)泄掉400t船廂水；繼續(xù)頂升船廂下鎖定至與船廂主縱梁接觸，并由墊板支承；

(5)點動主機提升船廂、下放平衡重，至8臺電機總出力達到300t時停機上閘；(注意：在此過程中繼續(xù)調(diào)緊過度松弛的鋼絲繩)將4套船廂下鎖定頂升至與船廂主縱梁接觸，并由墊板支承(此時，提升繩增加約300t張力)；

(6)泄掉剩余的300t船廂水；繼續(xù)頂升船廂下鎖定至與船廂主縱梁接觸，并由墊板支承；

(7)制動器松閘(在終止鎖定操作前不再上閘)(注意：在此過程中系統(tǒng)可能會產(chǎn)生一定的沖擊)；

(8)同步頂升4套船廂下鎖定，直至所有鋼絲繩卸載后，由墊板填實船廂下鎖定。

至此，船廂、平衡重鎖定工作完成?；謴?fù)船廂、平衡重懸吊狀態(tài)的工作程序與之相反。

3.4 半平衡法解除鎖定程序

在實施解除程序前，空船廂和平衡重均處于鎖定狀態(tài)，制動器處于上閘狀態(tài)，鋼絲繩處于無載或小載荷狀態(tài)。在此條件下，實施解除鎖定程序。

船廂解除鎖定過程與鎖定程序相反，先頂升千斤頂，每個角撤走3塊墊塊高度約150mm，再同步下降船廂下鎖定裝置，待空船廂完全由鋼絲繩懸吊后。松開主提升制動器，向船廂內(nèi)充水，直到船廂落到船廂下鎖定支架上，此時船廂側(cè)重量約大于平衡重側(cè)重量。按上述程序直至船廂水深到2.5m。

4 結(jié)語

經(jīng)過設(shè)計計算校驗，半平衡法鎖定方式比較科學(xué)，技術(shù)可行，安全可靠，可以在實際應(yīng)用中繼續(xù)探索研究，以期獲得升船機更優(yōu)的鎖定方式，減少人力和安全風(fēng)險。