卷揚式啟閉機繩孔自動封閉系統(tǒng)研究

孫超君，劉建龍，趙慶華，王翹楚，曹 猛

（江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇南京 210022）

1 概 述

卷揚式啟閉機在水閘工程中應(yīng)用較廣，因為工程實際運行需要，在機架和相連接的工作橋橋面相應(yīng)部位預(yù)留一定規(guī)格的孔洞，以便于閘門啟閉時鋼絲繩的通過和觀察閘門運行情況，這類孔洞簡稱為繩孔或觀察窗［1］。為防止灰塵以及動物等通過繩孔進(jìn)入啟閉機房影響機電設(shè)備的運行安全和正常養(yǎng)護(hù)，目前水閘的繩孔在啟閉機座相應(yīng)部位一般安裝固定式防塵封板進(jìn)行封堵［2］，但采用固定式防塵擋板在閘門啟閉時現(xiàn)場運行操作人員無法直接觀察到閘門運行狀況和水面情況，而且鋼絲繩來回運動處采用褶式材料密封，閘門啟閉時鋼絲繩的來回運動會擠壓和拉伸密封材料，導(dǎo)致閘門在重復(fù)運動后，密封處殘留鋼絲繩上油漬和灰層，需要經(jīng)常清理，給工程運行管理工作造成不便。卷揚式啟閉機出繩孔移動式封閉裝置（專利號CN208201808U）采用滑槽上安裝移動式出繩板解決固定式擋板不方便挪動的問題，卷揚啟閉機底座上的封堵裝置（專利號CN103866746A）采用機床專用伸縮帶的伸縮解決卷揚啟閉機底座的封堵問題，這些都是有益的嘗試。本文結(jié)合具體工程，對卷揚式啟閉機底板繩孔封閉系統(tǒng)進(jìn)行了研究與探索。

2 工程概況

秦淮新河水利樞紐位于南京市雨花臺區(qū)天后村秦淮新河入江口處，與武定門水利樞紐共同擔(dān)負(fù)著流域內(nèi)江寧區(qū)、溧水區(qū)、句容市及南京郊區(qū)的防洪、排澇、灌溉、水環(huán)境改善、水生態(tài)保障及航運等任務(wù)，對防洪、排澇、水環(huán)境具有特別重要的意義。秦淮新河水利樞紐由1座大型節(jié)制閘和1座大型泵站共同組成，采用閘、站結(jié)合的布置形式。節(jié)制閘位于樞紐北側(cè)，于1980 年建成，2001 年進(jìn)行加固改造，設(shè)計泄洪流量800 m3/s，校核流量1 100 m3/s，Ⅱ級水工建筑物，共12 孔閘門，每孔凈寬6 m。閘門為直升式平板門，下扉門為鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，上扉門為鋼筋混凝土梁柱鋼絲網(wǎng)水泥波形面板結(jié)構(gòu)，用2×125 kN 電動卷揚式啟閉機分上、下扉門聯(lián)動啟閉［3］。

2020 年汛期，秦淮新河節(jié)制閘開閘排澇60 d，排水5.57億m3。工程運行期間，發(fā)現(xiàn)啟閉機繩孔固定式防塵擋板（圖1）不便于現(xiàn)場運行操作人員觀察閘門運行狀況，存在一定的安全隱患，而且運行時常有鋼絲繩上的灰塵或油污脫落、污染地面，同時每年汛前鋼絲繩保養(yǎng)時需要拆除該裝置，需要人工挪開和封閉，工作勞動強度大且工作效率低，給工程管理造成不便［4-5］。針對工程運行中存在的不足，秦淮河水利工程管理處經(jīng)過充分研究和多次實踐，進(jìn)行卷揚式啟閉機底部繩孔封閉裝置設(shè)計和實施，改造后繩孔自動封閉裝置取代了原先的人工固定式封板，將新工藝、新技術(shù)真正用于工程日常管理之中，提高了樞紐工程的安全系數(shù)，保障了工程效益的充分發(fā)揮。

圖1 啟閉機繩孔固定式防塵擋板結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 機械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

卷揚式啟閉機繩孔自動封閉系統(tǒng)由自動封閉裝置、可移動天窗、鋼絲繩、接油盤等組成，自動封閉裝置由滑軌、滑塊、電機組成，可移動天窗由固定扇、移動扇、封條組成。

3.1.1 可移動天窗設(shè)計

將啟閉機傳統(tǒng)的固定式防塵封板改為可移動天窗，在鋼絲繩上下游分別安裝1 扇可移動天窗，可移動天窗由固定扇、移動扇和封條組成（圖2）。啟閉機底板兩端設(shè)置有固定扇，固定扇之間設(shè)置有移動扇，移動扇上設(shè)置有觀察窗，2個移動扇連接處均設(shè)置有密封條。固定扇和移動扇均為不銹鋼面板制成，在第一移動扇上設(shè)置有觀察窗，觀察窗由鋼化玻璃制成。閘門啟閉時能夠通過觀察窗清晰的實時觀察到閘門運動以及水面的情況，更好地對裝置進(jìn)行控制以及根據(jù)水面的實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 可移動天窗結(jié)構(gòu)示意

3.1.2 自動封閉裝置設(shè)計

自動封閉裝置（圖3）由滑軌、滑塊、電機、移動天窗組成，利用原來的封板支架安裝活動式啟閉器，用2 個電機驅(qū)動器（BKS-02）分別控制移動天窗，帶動滑塊滑軌上的移動以實現(xiàn)移動扇與固定扇的相對移動，實現(xiàn)移動天窗自動開啟和閉合的功能。在每個封閉裝置配備1 個控制器，安裝在封閉裝置旁，可以通過控制器上的開、關(guān)、停按鈕來實現(xiàn)天窗的自動啟閉。

圖3 自動封閉裝置結(jié)構(gòu)示意

3.1.3 鋼絲繩封閉部分設(shè)計

卷揚式啟閉機機架下方鋼絲繩出繩時會在水平方向不斷發(fā)生位移，需要較大的水平位移區(qū)域；工程停止運行時需要保證灰塵及小動物等不能通過繩孔進(jìn)入啟閉機房，基于這兩方面需求的考慮，在2個移動扇的連接處均設(shè)置密封條。密封條材質(zhì)為三元乙丙橡膠條，膠條切割成10 cm 的條狀（圖4），不僅可以在啟閉機關(guān)閉的時候在接口處起到更好的封閉作用，防止灰塵等進(jìn)入，而且能夠滿足鋼絲繩在不同位置的功能。移動天窗下方設(shè)置有接油盤，通過設(shè)置接油盤，可以承接鋼絲繩上落下的油漬和灰塵，防止油漬對于設(shè)備的污染，造成后續(xù)難以清掃等問題。

圖4 鋼絲繩封閉部分結(jié)構(gòu)示意

3.2 電氣控制部分設(shè)計

為實現(xiàn)卷揚式啟閉機底板繩孔封閉裝置同開閘門的聯(lián)動，采用閘門開度荷載儀實時采集閘門啟閉高度。當(dāng)聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至聯(lián)動，閘門的轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至遠(yuǎn)方時，通過微機PLC 顯示器顯示信息，鍵盤操作，繩孔封閉裝置全開，閘門根據(jù)指令開啟或關(guān)閉，其原理見圖5。

圖5 電氣控制部分結(jié)構(gòu)示意

控制部分電路在裝置內(nèi)與閘門控制器火線連接，當(dāng)聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至聯(lián)動時，閘門無論是現(xiàn)場控制還是遠(yuǎn)程控制，只要將閘門的轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至現(xiàn)場或遠(yuǎn)方時，封閉裝置會自動打開，當(dāng)閘門操作完畢后，將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥回切除時，封閉裝置會自動關(guān)閉。每次閘門運行時，必須先將繩孔封閉裝置打開至全開位置，否則閘門無法操作。若封閉裝置限位損壞，可以將封閉裝置全開限位繼電器強制接通來實現(xiàn)閘門的啟閉。

4 結(jié) 語

卷揚式啟閉機繩孔自動封閉系統(tǒng)采用可移動天窗代替固定式防塵擋板，利用原來的封板支架安裝活動式啟閉器，在2 扇移動扇連接處安裝三元乙丙橡膠條，在下方設(shè)置接油盤，并將裝置與閘門啟閉控制電路有效連接，實現(xiàn)了在閘門運行時封閉裝置能自動開啟，閘門在到達(dá)上下限位和停止時能自動閉合的功能，不僅在閘門運行時確保運行人員可以實時觀察閘門運動以及水面的情況，更好地對裝置進(jìn)行控制以及根據(jù)水面的實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且在平時閘門不使用的時候底板能夠及時閉合，有效防止灰塵及動物等進(jìn)入啟閉機房，延長了整體設(shè)備的使用壽命，確保工程運行安全。

該裝置施工簡單，使用可靠，故障率低，經(jīng)濟實用，適用于各種閘門型式的卷揚式啟閉機，尤其適用于直升式弧形閘門、下臥式弧形閘門等出繩方向隨起升高度不斷發(fā)生變化的卷揚式啟閉機。當(dāng)水閘每年定期進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)時，該裝置可自動啟閉，便于鋼絲繩日常保養(yǎng)，可節(jié)省大量人力物力，便于保持啟閉機房的干凈。該裝置日常維護(hù)工作量小，維修保養(yǎng)費用低，性價比高，維護(hù)方便，具有一定的推廣價值。