卷揚式啟閉機服役期的主要問題及處理措施

(安徽省水利水電勘測設計院工程質(zhì)量檢測所，安徽 合肥 230000)

卷揚式啟閉機結構緊湊、承載能力大、運行平穩(wěn)可靠、安裝維護方便，是水利水電工程上應用最為廣泛的一種啟閉機。其中開式齒輪副減速且工作位置固定的結構型式采用最為普遍。國內(nèi)現(xiàn)已開發(fā)有普通、快速、高揚程(QP、QPQ、QPK)等多系列卷揚式啟閉機產(chǎn)品，一般啟門力不大于400kN的固定卷揚式啟閉機，可設手搖裝置。相對螺桿式、液壓式啟閉機，閘門降落時，卷揚式啟閉機無須提供閉門力。

1 設備組成及工作原理

固定卷揚式啟閉機主要由機架、起升機構及電氣控制系統(tǒng)組成，其中起升機構通常包括卷揚、傳動、制動等裝置。其工作原理為電動機通過聯(lián)軸器和減速器相連，帶動開式齒輪副和卷筒轉動，卷筒上的鋼絲繩又通過滑輪組實現(xiàn)吊具的升降。

2 存在的主要問題及原因

根據(jù)啟閉機的運行工況、零部件的破壞形式與性質(zhì)分析，卷揚式啟閉機(以下簡稱“啟閉機”)服役期存在的主要問題有以下幾個方面。

2.1 啟門力異常增大或陡變

正常情況下，啟門力除承擔閘門自重外,還承擔支承、止水的摩擦阻力以及底緣下吸力、水注重等荷載。然而，門槽內(nèi)存在異物卡阻、閘門支承接觸行走不正常、門葉扭曲變形等現(xiàn)象，都會導致啟閉機運行時啟門力間斷性陡變或異常增大，甚至超過設備的使用荷載極限,而造成機構振動、電機過載發(fā)熱等異常狀況，甚至拉斷鋼絲繩，發(fā)生閘門墜落事件。

2.2 鋼絲繩損壞

2.2.1 腐蝕

由于閘門的不同運用形式(露頂式或潛孔式)，其啟閉機鋼絲繩有的是完全暴露在大氣中，有的是部分外露部分浸于水中，由于電化學腐蝕使其表面剝離，產(chǎn)生黑皮、麻坑，形成溝紋，在水質(zhì)環(huán)境較差的干濕交替部位尤為嚴重，而酸性或堿性水質(zhì)易于溶解鋼絲繩表面和內(nèi)部的油脂，造成繩芯腐爛。腐蝕不僅減小了繩股的有效斷面面積，其表面粗糙也會加劇股與股及鋼絲繩間磨損擠壓，造成斷絲，進而削弱鋼絲繩的韌性和破斷強度。

2.2.2 變形

鋼絲繩在異常使用情形下而產(chǎn)生的變形破壞有很多種，閘門處于關閉狀態(tài)下，懸掛的鋼絲繩過松，啟用時，鋼絲繩在滑輪里極易產(chǎn)生滑槽，在卷筒上脫槽卷亂、疊加后跳出擋板。這都會造成鋼絲繩局部軋壞、壓潰，局部損傷會迅速出現(xiàn)斷絲或壓扁而報廢。

鋼絲繩局部扭曲經(jīng)長期作用后就會產(chǎn)生扭結變形，鋼絲繩扭結后局部繩芯外露，盡管沒有斷絲現(xiàn)象，但強度會明顯降低。正扭結破壞后的強度只有原強度的60%～80%，負扭結的強度則小于原強度的50%。

2.2.3 磨損

鋼絲繩外層繩股鋼絲表面的磨損，是由于其在壓力作用下與滑輪和卷筒的繩槽接觸摩擦而造成的。這種現(xiàn)象在吊載加速和減速運動時，鋼絲繩與滑輪接觸的部位特別明顯，并表現(xiàn)為外部鋼絲磨成平面狀。其次，啟閉機負荷作業(yè)時，鋼絲繩在纏繞卷筒、通過滑輪時均會產(chǎn)生彎曲受壓，產(chǎn)生各個繩股和鋼絲之間的內(nèi)磨損。潤滑不足，或不正確的潤滑以及附著的灰塵和砂粒都會加劇磨損。

2.3 傳動部件局部磨損

2.3.1 開式齒輪齒面

開式齒輪副嚙合是通過大、小齒輪齒面完成的，齒面直接承受荷載傳遞與分布。而由于兩齒面裝配側隙過小(小于0.3mm)或側隙在齒長方向分布不均勻，就會造成齒面或局部齒面滑動摩擦力增大，隨周期性往復的運動便產(chǎn)生磨損，齒面潤滑條件不足或油脂不符合要求會加劇齒面磨損。如果從動齒輪齒面硬度(HB)明顯偏小(小于HB150)，甚至會發(fā)生膠合、啃齒破壞。

2.3.2 傳動軸聯(lián)軸器

雙吊點啟閉機同步性是通過連接傳動軸來實現(xiàn)的，所以兩端聯(lián)軸器的同軸度尤為重要，其中聯(lián)軸器軸承的磨損就是由于連接軸與其裝配存在同一軸線偏差所造成的，兩者傾斜相交狀態(tài)對軸承的磨損破壞程度更大。

2.4 電機異常發(fā)熱

2.4.1 電流缺相

缺相就是有一相沒有電流了，轉子獲得的能量就少了，轉子的速度就會慢下來，與定子的相對運動就增大，定子仍通電的那兩組線圈電流就比原來的大，如果電動機處于負載狀態(tài)，該電流就很容易超出額定電流而燒毀線圈。電機缺相啟動時，其啟動轉矩為零，電機實際上是處于兩相短路狀態(tài)。電動機繞組嚴重發(fā)熱。破壞電機絕緣，甚至會燒毀電機。

2.4.2 相電流不平衡

當電機三相電流不平衡度大于10%時，易導致電動機中逆扭矩增加，從而使電動機的溫度上升，效率下降，能耗增加。通常情況下，除電機本身產(chǎn)品質(zhì)量存在缺陷外，制動機構接觸過緊、聯(lián)軸器不同軸以及閘門的卡阻等造成的負載過重問題，也會引起電機的三相電流不平衡。

2.5 控制保護裝置使用不足

2.5.1 行程指示

由于啟閉機與閘門是通過鋼絲繩柔性連接的，應嚴格控制其行程指示精度，如果閘門觸底不斷路，就可能造成鋼絲繩在卷筒或滑輪上脫槽；上限不斷路，遇到遮擋物則會造成過載拉斷鋼絲繩。實際工作中發(fā)現(xiàn)：大多開度行程的基準值設置不準確，致使啟閉機接受指令后停機，但閘門尚未完全關閉。或者機械式高度指示裝置廢棄，現(xiàn)地控制柜上行程顯示儀表又不工作，需依靠檢修平臺上觀察人員發(fā)口令進行升降操作控制。

2.5.2 荷載控制

為避免啟閉機起升時，遭遇異常情況過載運行而造成設備事故，故配置荷載控制裝置，即啟門力超過1.1倍額定啟門力時，系統(tǒng)自動切斷主回路并報警。而實地檢查發(fā)現(xiàn)：由于對荷載控制裝置功能性認識不足，啟閉機上已安裝的傳感器并未完成其他連接安裝；或者安裝了，損壞后未再修復啟用。有的甚至認為該裝置使用后影響了啟閉操作的連續(xù)性，所以棄用。

2.6 設備維護深度不足

維護與保養(yǎng)對設備的正常運行尤為重要，隨著水利工程標準化管理工作的推進，啟閉機的日常維護與歲修基本按程序在實施，但很大程度表現(xiàn)在設備外觀的清理與涂護上，安裝或運行缺陷不能得以全面徹底解決。譬如：鋼絲繩不拆卸檢查、清洗、潤滑，僅對外露部分進行油脂涂抹；開式齒輪護罩有的埋置在混凝土中或者焊死，不能拆裝，齒輪得不到有效潤滑，運行及配合狀態(tài)無法檢查、糾偏；控制保護裝置不完善等。

3 處理措施及建議

就上述啟閉機運行期產(chǎn)生的主要問題，提出如下幾點處理措施或建議。

3.1 減小啟門時非正常摩阻力

更換銹損滑塊，宜使用耐磨抗腐蝕新型復合材質(zhì)(SF或TSC)滑塊；拆卸轉動不靈活的主滾輪，對主軸破壞鉻層進行表面處理后重新鍍鉻封閉，磨損的軸套應更新，宜采用銅基鑲嵌(球墨潤滑)的襯套，恢復閘門行走支承的正常功能。

水中泥沙含量大的運行環(huán)境，應調(diào)度功能性閘門定期進行沖沙、清淤，閘門需定期提出孔口水面進行清理、維護。常態(tài)化巡檢，全面清理門槽內(nèi)雜物及工作面附著物，建議露頂式閘門頂緣兩端或門槽頂端應設置活動式遮擋蓋板，防止墜物卡塞。

此外，在不影響使用功能的情況下，合理調(diào)整閘門橡膠止水的預壓量、完善門葉底緣的結構布置型式。

3.2 科學維護鋼絲繩

3.2.1 加強檢查與檢測

日常巡查時，應著重檢查繩端在卷筒上固定情況以及鋼絲繩在卷筒、滑輪上的纏繞狀態(tài)。每隔6～10個月做1次無損探傷，重點檢測每1節(jié)距的斷絲數(shù)、繩徑的減小量以及腐蝕、磨損、變形的程度與性質(zhì)等，達到報廢標準的應予以更換。

3.2.2 正確養(yǎng)護

按管理規(guī)定的頻次及要求對鋼絲繩進行清理、潤滑，所選油脂應與制造階段使用的油脂一致或相容，所用油脂不得削弱其摩擦性能。保養(yǎng)潤滑時，宜采用拆卸的方式，對整根鋼絲繩進行表面清理后再涂油；在不影響正常行程區(qū)間的條件下，建議對干濕交替部位及水下部位的繩段涂油后再進行包裹保護。涂抹油脂不宜過多，否則可能會導致表面聚集碎屑，進而對鋼絲繩、滑輪、卷筒造成磨損破壞。

3.3 調(diào)整部件裝配質(zhì)量

除嚴格把控啟閉機制造、安裝階段的質(zhì)量外，對于設備經(jīng)歷數(shù)年運行后產(chǎn)生的裝配形位、配合公差應全面檢驗，對因此產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的項目應及時糾偏、調(diào)整。如制動機構振動引起的閘瓦鉚釘外凸；制動輪與閘瓦間隙過大、制動帶磨損造成的打滑或溜車；開式齒輪齒面?zhèn)认镀蠡蚱《斐傻哪p、啃齒等。

3.4 實時監(jiān)測主電源

及時獲取外接主電的特性參數(shù)，以避免在非正常條件下使用電機，而造成機身異常發(fā)熱、繞組燒損等問題。特別情況下，為了提供合適的主電可啟用備用電源。

3.5 完善安全保護裝置

啟閉機接地連接、埋設應規(guī)范、可靠，接地阻值不得大于10Ω，電機對地絕緣電阻不應小于0.5MΩ；協(xié)調(diào)自動化系統(tǒng)與啟閉機電氣元件的兼容性，修復并完善高度指示、荷載控制以及遠程控制裝置的保護效用。

3.6 加強設備的技術維護

設備的保養(yǎng)與維護，根本上是為了保證其運行的可靠性和安全性。而在實際工作中，為了更有效地做好設備管護，提出以下幾點建議：

a.正確理解和認識設備產(chǎn)品的設計依據(jù)及性能參數(shù)。

b.了解設備主要部件工作原理及所用材料在不同條件下的機械性能，基本了解其在制造過程中的工藝過程。

c.監(jiān)督工廠生產(chǎn)和安裝過程要嚴格遵守工藝規(guī)程，完善質(zhì)量檢測和無損檢驗的方法和手段，按設計及標準要求做好質(zhì)量驗收。

d.對運行中不正?，F(xiàn)象和故障，特別是破壞的分析必須予以關注，在全面、深入調(diào)查研究的基礎上，確定正確維修方案。

4 結 語

根據(jù)多年檢測實踐，啟閉機運行期不同階段產(chǎn)生的問題，一部分是由產(chǎn)品質(zhì)量的隱蔽工藝缺陷或設計缺陷所致，性質(zhì)嚴重的需進行返修或更新；一部分則由設備的運行工況或安裝質(zhì)量缺陷造成的。除本文上述主要問題和處理措施外，為了更好地保證卷揚啟閉機的正常安全運行，提出以下幾點建議：

a.就整個設備運行系統(tǒng)而言，電控部分是提供可靠動力源的，在實際工作中，加強電氣設備的連接回路、相電流等特性參數(shù)的實時監(jiān)控尤為重要。

b.為了避免傳動機構開式齒輪副的加工、裝配精度不足，新型閉式(同軸線)卷揚機取消了開式齒輪副的設置，其通過特種減速器直接作用于卷筒，有效解決了此問題。

c.鋼絲繩作為關鍵的荷載連接裝置，其在卷筒上的固定卡件狀態(tài)、繩股纏繞和疊加狀態(tài)以及和滑輪組的裝配狀態(tài)，都將直接影響閘門的啟閉安全，作業(yè)前后及運行過程中，均應認真檢查，及時糾偏、補強。

d.合理設計閘門底緣和門槽型式，非正常水位時，合理調(diào)度運行，均可在一定程度上消除啟閉荷載的異常變化。

綜上所述，科學管護、技術更新和實時糾偏，是防止或減緩啟閉設備可靠性劣化的重要途徑和措施，是設備功能長效發(fā)揮的技術保障。