電氣自動(dòng)化閘門在水電站中的運(yùn)用

劉書奇

摘 要：當(dāng)今社會(huì)，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，使得自動(dòng)化技術(shù)也進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代。面對(duì)水電站管理水平要求的不斷提高，將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到水電站閘門的設(shè)計(jì)中成為了水電站今后重要的建設(shè)方向。該文介紹了電氣自動(dòng)化閘門的組成結(jié)構(gòu)以及其在水電站中的應(yīng)用，并對(duì)今后水電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展做出了展望。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化 ?自動(dòng)化閘門 ?水電站

中圖分類號(hào)：TM622 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ?文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0071-01

1 自動(dòng)化閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 閘門梁系設(shè)計(jì)

多數(shù)自動(dòng)化閘門的梁系都采用多主橫梁同層結(jié)構(gòu)布置，除了底部主梁之外，閘門的上部主梁的荷載都要均等分布，主梁的截面也要盡量相同，這樣可以方便施工。底部主梁的類型選用雙腹板箱型，為了配合閘門底檻下游側(cè)存在的偏角，同時(shí)還能減少門底底部主梁以下部分懸伸長(zhǎng)度、滿足底部主梁到底止水的距離符合地緣布置的要求，以減小底部主梁的荷載，所以應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)合理的下游傾角和底部主梁與底檻的夾角。

在計(jì)算主梁荷載時(shí)可以采用相鄰間距和之半法、力矩法以及連續(xù)梁法等等，前兩種方法雖然比較常用，但是并沒有涉及到縱梁對(duì)主梁的約束作用，只考慮到了水壓力的作用。目前多數(shù)的閘門，由于構(gòu)造方面的原因，縱梁需要與主梁的高度一致，作為一個(gè)超靜定的計(jì)算問題，在對(duì)主梁閘門的荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要考慮到在經(jīng)過主梁的分隔后，縱梁的跨度是十分小的，同時(shí)相對(duì)于縱梁來(lái)說(shuō)，主梁的剛度相對(duì)較小。在之前的閘門設(shè)計(jì)中，由于要對(duì)連續(xù)梁內(nèi)力進(jìn)行多次超靜定的計(jì)算，整個(gè)計(jì)算過程過于繁瑣復(fù)雜，所以一般都會(huì)采用相鄰間距和之半法和力矩法兩種。這兩種方法在進(jìn)行計(jì)算時(shí)會(huì)有較大的誤差，如果將閘門設(shè)計(jì)成多節(jié)來(lái)配合假定的體系，在設(shè)計(jì)和制造的過程中又過于復(fù)雜，這將會(huì)對(duì)閘門的整體剛度造成嚴(yán)重的影響，避振的效果就會(huì)大大削弱。

如今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和一些工程軟件的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，對(duì)于連續(xù)梁內(nèi)力的多次超靜定的計(jì)算已經(jīng)變得非常快速和簡(jiǎn)單。因此，連續(xù)梁法更適合在今天來(lái)計(jì)算主梁的荷載。在采用連續(xù)梁法計(jì)算主梁的荷載時(shí)，以閘門的傳力特點(diǎn)來(lái)分析，將縱向單位寬度面板作為支撐于主梁上的連續(xù)梁，更能接近于主梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況。然后利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)工程軟件進(jìn)行計(jì)算即可得到每個(gè)主梁的支反力，也就是主梁所承載的單寬荷載，然后將計(jì)算結(jié)果相加即可得到主梁荷載。計(jì)算出結(jié)果后，按照受均布荷載的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行主梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這種方法得到的計(jì)算誤差非常小，還不需要將閘門進(jìn)行分支設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)起來(lái)效率就會(huì)比較高，同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)閘門結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，整體的剛度還得到了加強(qiáng)，使得閘門的避振效果大為改善。

1.2 閘門主支撐設(shè)計(jì)

如今，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新材料也在不斷地出現(xiàn)并被運(yùn)用到閘門主支撐的設(shè)計(jì)材料中來(lái)，為了方便布置，已經(jīng)產(chǎn)生了水工專用的關(guān)節(jié)軸承。以后置式帶輪架線接觸簡(jiǎn)支輪為例，主輪軸采用的是自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承可以確保滾輪的線接觸性，保證了大跨度、高輪壓的主支撐輪的設(shè)置。主輪的支座采用的是偏心軸套，可以克服傳統(tǒng)偏心軸所造成的密封偏心問題。主輪按照近似等荷載布置，可以充分利用材料，然后利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)的工程軟件進(jìn)行計(jì)算即可得到每個(gè)主輪的支反力，也就是主輪所承受的荷載。

2 閘門在工程運(yùn)行中的運(yùn)用研究

2.1 閘門結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性研究

對(duì)閘門結(jié)構(gòu)振動(dòng)的研究?jī)?nèi)容包括振型、質(zhì)量、剛度、阻尼參數(shù)、固有頻率等等。在結(jié)構(gòu)體型確定的情況下，閘門結(jié)構(gòu)的固有特性也是確定的，閘門結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生劇烈的振動(dòng)與這些特性具有很大的聯(lián)系，在實(shí)際的工程運(yùn)行中要密切關(guān)注閘門出現(xiàn)較大振動(dòng)的工況。

2.2 閘門水彈性振動(dòng)研究

在閘門運(yùn)行的過程中，閘門的結(jié)構(gòu)會(huì)在水的動(dòng)力作用下產(chǎn)生振動(dòng)。所以，要對(duì)閘門在振動(dòng)時(shí)的加速度、動(dòng)位移以及動(dòng)應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行精確的測(cè)取，并且研究在不同運(yùn)行水位和不同的開度條件下閘門的振動(dòng)特性是否相同，從而尋找閘門振動(dòng)的原因，并研究減振的措施。

2.3 閘門水動(dòng)力荷載研究

水流荷載和閘門結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不利組合是閘門在運(yùn)行過程中出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)的根本原因，尤其是二者發(fā)生共振的情況下，閘門的振動(dòng)產(chǎn)生的危害更為嚴(yán)重。所以要對(duì)閘門發(fā)生振動(dòng)的外部因素尤其是水動(dòng)力荷載對(duì)閘門的作用進(jìn)行深入的研究。

3 水電站自動(dòng)化建設(shè)的展望

隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，同時(shí)對(duì)于水電站管理水平要求的不斷提高，今后自動(dòng)化技術(shù)在水電站中的應(yīng)用也將不斷地深入。

3.1 水電站無(wú)人值班技術(shù)的推進(jìn)

無(wú)人值班技術(shù)是水電站自動(dòng)化水平運(yùn)用的重要標(biāo)志。無(wú)人值班技術(shù)除了要將高性能的控制元件和自動(dòng)化元件應(yīng)用到水電站中之外，還要提高無(wú)人值班技術(shù)的可靠性，比如采用智能控制回路和先進(jìn)的智能傳感器等等，以達(dá)到簡(jiǎn)化復(fù)雜環(huán)節(jié)的目的。

3.2 數(shù)字化技術(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建

如今，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)在水電站建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，包括監(jiān)控系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等在內(nèi)的各個(gè)系統(tǒng)都開始采用智能設(shè)備。針對(duì)水電站設(shè)備數(shù)據(jù)信息量龐大、數(shù)據(jù)采集頻率高等特點(diǎn)，今后水電站應(yīng)構(gòu)建數(shù)字化技術(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)，加強(qiáng)大型通用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)軟件的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

水電站電閘電氣自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，加強(qiáng)了水電站的科學(xué)管理水平，對(duì)于水電站正常的工作指導(dǎo)和事故處理操作指導(dǎo)具有很大的顯示意義。電氣自動(dòng)化電閘既解決了以往水電站在水庫(kù)蓄水、泄洪以及水電站發(fā)電等方面的難題，而且還增加了水電站運(yùn)行和工作的安全可靠性，為社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的效益。

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