固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩纏繞故障分析及處置

蔣巍巍，李佳楠，唐義超，魏世全

(國(guó)能大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

水電廠閘門啟閉機(jī)是重要輔助設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)水電廠運(yùn)行、檢修、防洪系統(tǒng)等主要功能的重要設(shè)備之一。直接關(guān)系到水電廠可靠運(yùn)行、檢修安全、安全行洪，而深水閘門在工作中由于各種原因，造成鋼絲繩過(guò)量放出纏繞動(dòng)滑輪組及閘門上穿、脫銷裝置，有可能引發(fā)閘門損壞、滑輪組損壞、鋼絲繩拉斷等事故。深溪溝水電站位于大渡河中游，是大渡河干流規(guī)劃的的第十八級(jí)電站，其上一梯級(jí)為瀑布溝水電站，下一級(jí)為枕頭壩一級(jí)水電站[1]。2019年檢修期，該站3號(hào)機(jī)組在進(jìn)行事故閘門起落試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)3號(hào)事故閘門無(wú)法正常起落，事故閘門停留在門槽中部，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法正常開機(jī)，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，檢修人員對(duì)3號(hào)事故閘門固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，解決了鋼絲繩纏繞故障，提高了設(shè)備可靠性。

1 固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)介紹

深溪溝水電站每臺(tái)機(jī)組設(shè)3個(gè)事故閘門，按照一門一機(jī)布置，每個(gè)事故閘門配一臺(tái)5 000 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，啟閉機(jī)安裝在壩面662.5 m上的排架上。固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)一般由起升機(jī)構(gòu)、機(jī)架及電氣控制系統(tǒng)組成。起升機(jī)構(gòu)主要由滑輪組、卷筒組、驅(qū)動(dòng)裝置(包括開式齒輪副、減速器、制動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)等)及安全裝置等部件組成，如圖1所示。啟閉機(jī)通過(guò)滑輪組的動(dòng)滑輪的吊具與閘門相連。其工作原理是：由電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶動(dòng)制動(dòng)輪聯(lián)軸器和減速器帶動(dòng)開式齒輪副和卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒上鋼絲繩又通過(guò)動(dòng)滑輪和平衡滑輪實(shí)現(xiàn)事故閘門的升降。啟閉機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

圖1 啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)示意

表1 啟閉機(jī)主要參數(shù)

2 故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 缺陷

2019年檢修期，深溪溝水電站3號(hào)機(jī)組進(jìn)行事故閘門起落試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)3號(hào)事故閘門發(fā)生異響，無(wú)法正常起落。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)啟閉機(jī)定滑輪上游側(cè)左右兩端鋼絲繩相互纏繞，由于閘門內(nèi)充滿水，無(wú)法檢查吊頭動(dòng)滑輪處具體情況。排盡事故閘門槽內(nèi)積水后，此時(shí)事故閘門停留在門槽中部，距離壩面將近20 m高度，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)動(dòng)滑輪上游側(cè)右端鋼絲繩限位鐵板已經(jīng)損壞，右端鋼絲繩跳出卷筒并卷入左端鋼絲繩繩槽中，動(dòng)滑輪一處平衡塊已經(jīng)脫落，移位鋼絲繩斷絲數(shù)量達(dá)15絲，此時(shí)事故閘門懸掛在數(shù)十米高門槽中部，無(wú)法進(jìn)行起落。

2.2 原因分析

一旦鋼絲繩出現(xiàn)纏繞，事故閘門就處于危險(xiǎn)狀態(tài)，安全操作得不到保障，極易引發(fā)事故閘門掉落產(chǎn)生較為嚴(yán)重的破壞。而大多數(shù)這類閘門都是在幾十米深水以下，故障處置比較困難，經(jīng)濟(jì)損失大，需要的檢修時(shí)間比較長(zhǎng)。一般起重鋼絲繩發(fā)生纏繞現(xiàn)象可能有以下三種原因：①吊鉤滑輪上鋼絲繩的距離過(guò)小；②普通國(guó)產(chǎn)右交互捻鋼絲繩張緊時(shí)有旋轉(zhuǎn)傾向。在鋼絲繩受張力時(shí)，有向右旋轉(zhuǎn)松脫的傾向，每一股有向左旋轉(zhuǎn)松脫的傾向，一般來(lái)說(shuō)鋼絲繩向右旋轉(zhuǎn)的傾向要大一些[2]；③鋼絲繩由卷盤卷繞到起升機(jī)構(gòu)及滑輪組上時(shí)，沒有完全釋放旋轉(zhuǎn)內(nèi)力[3]；④鋼絲繩本身質(zhì)量故障。經(jīng)過(guò)對(duì)其它正常工作的事故閘門固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行檢查，吊鉤滑輪上鋼絲繩的距離和質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)作時(shí)鋼絲繩也無(wú)旋轉(zhuǎn)傾向，排除以上四種原因。

排除鋼絲繩本身故障后，檢修人開始對(duì)啟閉機(jī)本身和操作流程進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)3號(hào)事故閘門啟閉機(jī)行程限制開關(guān)已失效，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，事故閘門在下落到位后，沒有及時(shí)動(dòng)作讓制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)，過(guò)度下落導(dǎo)致鋼絲繩松馳，從而引起鋼絲繩纏繞。當(dāng)鋼絲繩纏繞時(shí)，試驗(yàn)人員又急于開啟事故閘門，造成啟閉機(jī)一側(cè)的鋼絲繩限位裝置損壞，鋼絲繩松脫跑至另一側(cè)鋼絲繩繩槽中，造成啟閉機(jī)無(wú)法正常動(dòng)作。

3 故障處置

3.1 處置方案研究

深溪溝水電站事故閘門凈重125 t，加上閘門和門槽摩擦力和淤積物，起升重量達(dá)145 t，此時(shí)的事故閘門位置處于門槽中部，無(wú)法用鎖錠梁鎖住，只能通過(guò)外力吊起事故閘門使鋼絲繩解除受力。檢修人員通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)由于啟閉機(jī)室的阻擋，無(wú)法用吊車直接吊起工作門，考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終確定用16個(gè)55 mm繩卡把大壩400 t雙向門機(jī)與鋼絲繩綁定，起升吊頭時(shí)，鋼絲繩下端不受力，從而使纏繞鋼絲繩解除受力。同時(shí)檢查更換限位開關(guān)，確保事故閘門開度保護(hù)能夠正常工作。

3.2 施工方案

3.2.1 主要工器具

16個(gè)55 mm繩卡、2個(gè)10 mφ54鋼絲繩、1個(gè)電動(dòng)扳手、1個(gè)36 mm套筒、2個(gè)鋼釬、2個(gè)5 t手拉葫蘆、尼龍繩50 m。

3.2.2 施工步驟

第一步：把兩根φ54鋼絲繩一端懸掛在大壩門機(jī)吊頭上，鋼絲繩與門機(jī)吊頭連接處做好保護(hù)措施，同時(shí)拆除啟閉機(jī)室房頂彩鋼瓦，確保門機(jī)吊頭能通過(guò)。

第二步：把φ54鋼絲繩和定滑輪上游側(cè)左右兩端鋼絲繩用55 mm繩卡連接，每根鋼絲繩繩卡數(shù)量為8個(gè)，繩卡間距為鋼絲繩直徑7倍(378 mm)，同時(shí)把第7和第8個(gè)繩卡之間的φ54鋼絲繩彎起一定高度(如圖2序號(hào)2所示)，以便觀察繩卡是否固定牢固，注意繩卡安裝方式要正確。

圖2 繩卡安裝位置示意

第三步：安排檢修人員到工作門頂部，用尼龍繩栓牢配重塊，防止配重塊掉落，注意下放人員要正確穿戴安全帶。

第四步：鋼絲繩固定完畢后，緩慢起升大壩門機(jī)吊頭，注意觀察第7和第8個(gè)繩卡之間彎起鋼絲繩是否移動(dòng)，如果移動(dòng)，需進(jìn)一步緊固繩卡螺栓，直到點(diǎn)動(dòng)吊起門機(jī)吊頭時(shí)，第7和第8個(gè)繩卡之間彎起鋼絲繩無(wú)移動(dòng)。

第五步：當(dāng)門機(jī)吊頭受力后，確保工作門不會(huì)下落，此時(shí)點(diǎn)落固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，進(jìn)一步觀察第7和第8個(gè)繩卡之間彎起鋼絲繩有無(wú)移動(dòng)，如移動(dòng)，進(jìn)一步緊固繩卡螺栓，直到點(diǎn)落固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)時(shí)，第7和第8個(gè)繩卡之間彎起鋼絲繩無(wú)移動(dòng)。然后繼續(xù)點(diǎn)動(dòng)落下，確認(rèn)纏繞動(dòng)滑輪的鋼絲繩解除受力，復(fù)位該鋼絲繩。

第六步：鋼絲繩復(fù)位后點(diǎn)起固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，使松動(dòng)的鋼絲繩卷起，待門機(jī)吊頭解除受力后，固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)停止動(dòng)作，然后拆卸繩卡和φ54鋼絲繩，注意安裝繩卡位置處的固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩是否有損壞。

第七步：繩卡和φ54鋼絲繩拆卸完成后，開動(dòng)啟閉機(jī)，檢查啟閉機(jī)動(dòng)作是否正常。

采用上述方法，暫時(shí)使工作門能夠正常啟閉，保證機(jī)組能夠正常發(fā)電。由于發(fā)現(xiàn)移位鋼絲繩斷絲數(shù)量達(dá)15絲，接近鋼絲繩報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，所以在檢修期不影響發(fā)電的情況下，需對(duì)鋼絲繩全部更換，提高設(shè)備可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)深溪溝水電站事故閘門固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩纏繞故障的分析處理，利用大壩400 t雙向門機(jī)吊裝啟閉機(jī)鋼絲繩，使纏繞鋼絲繩解除受力并復(fù)位的方式，有效解決了固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩纏繞的故障，切實(shí)提升了設(shè)備可靠性。后續(xù)需注重對(duì)啟閉機(jī)安全操作和維修保養(yǎng)，提高機(jī)電設(shè)備的使用壽命和工作效率[4]；同時(shí)認(rèn)真檢查機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的污染、松動(dòng)、泄露、磨損、振動(dòng)、發(fā)熱、壓力異常等故障，發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)排除，防患于未然，使機(jī)電設(shè)備運(yùn)行靈活、控制準(zhǔn)確，保證水閘工程發(fā)揮最大工程效益[5]。防止發(fā)生類似因鋼絲繩下放過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致鋼絲繩纏繞的情況，也為其他水電站預(yù)防和處理此類故障提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。