白龜山水庫固定卷揚式啟閉機鋼絲繩繩孔封閉裝置的理論與實踐

王繼濤

（河南省白龜山水庫管理局，河南　平頂山　467031）

?

白龜山水庫固定卷揚式啟閉機鋼絲繩繩孔封閉裝置的理論與實踐

王繼濤

（河南省白龜山水庫管理局，河南平頂山467031）

摘要：本文介紹了一種水利工程中固定卷揚式啟閉機鋼絲繩繩孔的封閉裝置，這種裝置結構簡單，安裝、使用方便，能夠將繩孔封閉而又不影響鋼絲繩運動軌跡，同時和閘門控制系統聯動，實現自動化控制，有效減輕操作人員勞動量和避免操作失誤而產生的故障隱患。

關健詞：白龜山水庫；固定卷揚式啟閉機；封閉裝置

1　工程概述

白龜山水庫是綜合治理沙潁河的水利樞紐工程，水庫總庫容9.22億m3，是一座以防洪為主，兼顧農業灌溉、工業和城市供水綜合利用的大（Ⅱ）型年調節半平原水庫。水庫的泄洪閘由7孔帶胸墻的開敞式出流閘孔組成，安裝11m×10m弧形鋼閘門7扇，控制下泄流量7 105m3/s。閘門采用雙吊點固定卷揚式啟閉機控制，每個吊點采用2根鋼絲繩連接至卷筒。

2　問題的提出

2.1不可避免的孔洞

當啟閉機采用固定卷揚式，閘門采用弧形閘門時，閘門開啟時閘門向上運動，閘門的吊點即向上又向前移動，鋼絲繩的運動分兩個方向，一是隨著吊點向上運動，一是隨著鋼絲繩的纏繞向卷筒中間運動。當吊點上升超過轉軸的水平連線時，鋼絲繩則隨著吊點和卷筒的運動向后且繼續向里運動。所以，閘門啟閉過程中鋼絲繩的運動形成了一個不規則的弧線，因此固定卷揚式啟閉機的工作橋底部不能全部封閉，易自然形成一個孔洞。起升高度越大，留下的孔洞越大。

2.2孔洞帶來的隱患

當啟閉機采用固定卷揚式，鋼絲繩自卷筒穿過工作橋連接閘門吊耳時，必然在工作橋底部留下鋼絲繩啟閉閘門運動軌跡的孔洞，工作橋底部無法完全封閉。飛鳥、老鼠等動物通過這個孔洞進入啟閉室內部，對機電設備線路造成潛在的安全隱患，同時灰塵雜物的進入、踩踏的油污給工程管理中機電設備的維護增加了困難［1］。

2.3原有封孔裝置的缺陷

原有封孔裝置是依靠人工，當閘門全部關閉時，操作人員跳入機座內，拿木塊封閉孔口，木塊的形狀剛好封閉孔口。當需要開啟閘門時，操作人員應先啟跳入機座內，拿開封閉孔口的木塊，方可啟閉閘門。這種操作方法，十分不便，特別有時操作人員忘記，沒有拿掉木塊，對閘門進行啟閉時，就會使保護鋼絲繩的護膜撕裂，使其失去保護作用，造成不必要的損壞。同時，木塊使用以后，還會影響到整體工程環境的美觀。

針對上述問題，白龜山水庫閘門運行管理人員設計了一種用于固定卷揚式啟閉機鋼絲繩繩孔封閉裝置，解決上述技術問題。

圖1　封閉裝置結構示意圖

3　新型封閉裝置的結構與工作原理

3.1新型封閉裝置的結構

新型封閉裝置的結構如圖1所示，圖中主要部件包括電動減速一休機、傳動齒輪、軸承及軸承座、絲杠，螺母、封閉板、撥叉、防誤操作開關、行程開關、主控制器和主令控制器等組成。在該裝置中，電動減速一體機1提供開關繩孔封閉裝置的動力，通過傳動齒輪2、3帶動絲杠5旋轉。當絲杠5旋轉時，可帶動螺母8、9在水平方向做相對或相反方向的直線運動，在螺母8、9上固定有封閉繩孔的鋼板6、7，封閉繩孔的鋼板6、7隨著螺母做水平的開或閉的運動。封閉板6、7上部固定有撥叉12、13，隨著封閉板運動到設定位置時，推動行程開關和防誤操作開關，可實現自動停機，防止操作人員在沒有開啟封孔裝置的情況下進行啟閉閘門所造成的損壞。

為使螺母在水平方向做相對或相反的運動，絲杠兩端的螺紋應具有相反的旋向，即一端螺紋是左旋，另一端螺紋為右旋。同時，保證絲杠固定在兩端的軸承上，當絲杠旋轉時螺母就會沿絲杠做相對或相反的直線運動。同時，為增加絲杠的使用壽命，絲杠的螺紋車制成梯形［2］。

3.2新型封閉裝置的工作原理

新型封閉裝置的工作原理見圖2。當需要開啟封孔裝置時，按下開啟按鈕ST1，接觸器KM1線圈通電，接觸器KM1主觸頭吸合，封孔裝置電機接通電源，輸出動力。同時，接觸器的常閉開關KM1閉合，保持KM1線圈通電，保證封孔裝置電機接通電源，持續輸出動力。電機輸出的動力，通過齒輪傳動，帶動絲杠順時針轉動，絲杠則帶動螺母沿絲杠水平方向相背運動，并帶動固定在螺母上的封閉板呈相反方向運動，使繩孔逐漸打開。當封閉板到達全開位置時，固定在封閉板上的拔叉觸發行程開關SR14（SR15為備用行程開關）動作，KM1線圈斷電，KM1主觸頭斷開，使主電路斷電，電機停轉，自動控制繩孔開啟到位。

當需要關閉封孔裝置時，按下關閉按鈕ST2，接觸器KM2線圈通電，接觸器KM2主觸頭吸合，封孔裝置電機接通電源，電機反方向轉動輸出動力。同時，接觸器KM2常開觸頭閉合，使KM2線圈保持通電，保證電機連續輸出動力。通過傳動齒輪傳送動力，帶動絲杠旋轉。絲杠旋轉帶動螺母沿絲杠水平方向相對運動，并帶動固定在螺母上的封閉板一起運動，使繩孔關閉。到達全關位置時，固定在封閉板上的拔叉觸發行程開關SR16動作，使KM2線圈斷電，KM2主觸頭斷開，主電路斷電，電機停轉，自動控制繩孔關閉到位。

為防止行程開關SR14、SR16出現故障，不能自動控制到位停機，造成機件的損壞，在實際安裝中，分別在SR14、SR16兩端并聯行程開關SR15和SR17做為備用控件。

4　新型封閉裝置的技術改進

4.1封閉裝置與閘門自動控制電路的聯動

在實際運用中，要求在封閉裝置沒有打開或開度沒有達到設定值時，啟閉機不能提升閘門；當封閉裝置關閉到設定開度或全關時啟閉機不能再下落閘門。為實現這種功能，保證操作人員因忘記或疏忽，在未打開封閉裝置時啟閉閘門或在封閉裝置關閉時，向下降落閘門而造成設備的損壞，為實現該控制功能，在閘門提升控制線路中串入防開誤動開關SR18的常開觸點，在降落控制線路中串入防關誤動開關SR19的常閉開關。

當封閉裝置在全關位置時，防開誤動開關SR18的常開觸點串在提升控制線路中，按下提升按鈕ST3時控制線路不通，可以防止在未開啟封孔裝置下開啟閘門，發生誤操作。封閉裝置在全關位置時，防關誤動開關SR19在封閉板關閉時，由于撥叉推動SR19的撞頭，使SR19常閉開關觸頭斷開，這時下降控制電路斷開，即使按下下降落按鈕ST4，控制線路不通電，閘門不會下落，從而避免在封閉裝置全關位置時向下降落閘門而引起的錯誤操作。

當閘門需要開啟時，先按下封閉裝置的開啟按鈕ST1，封閉板開啟一定的開度，撥叉隨封閉板離開防關誤動開關SR19的撞頭，防關誤動開關SR19常觸閉點閉合。這時閘門下降控制電路已經準備就緒，按下閘門關閉按鈕ST4，閘門可以向下降落；當封閉板繼續開啟時，撥叉推動防開誤動開關SR18撞頭，使SR18常開觸點閉合，這時閘門上升控制電路準備就緒，只要按下提升按鈕ST3，就可提升閘門。封閉板繼續開啟，撥叉推動限位開關SR14撞頭動作，使限位開關SR14常閉觸點斷開，KM1線圈斷電，KM1主觸點斷開，封閉裝置到位停機。

當閘門全關到位時，按下封閉裝置的關閉按鈕ST2，封閉板關閉，撥叉離開SR18的撞頭，SR18常開觸點斷開，此時閘門提升控制線路處于斷開狀態，即使按下閘門提升按鈕ST3，閘門也不能提升，從而保證閘門操作的安全。當封閉板繼續關閉到一定開度時，撥叉推動防關誤動開關SR19的撞頭，使SR19常閉觸點斷開，閘門下降控制線路處于斷開狀態，即使按下閘門下降按鈕ST4，閘門也不能關閘，從而防止誤操作，保證閘門操作安全。封閉板繼續關閉到全關位置，撥叉推動限位開關SR16撞頭動作，SR16常閉觸頭斷開，封閉裝置到位停機。

4.2增設手動螺母

在傳動齒輪側絲杠一端開花鍵槽，使傳動齒輪在絲杠上能左右移動，這樣齒輪能與電機輸出軸上的齒輪嚙合或脫開。在絲杠的另一端設置一小螺母。通常齒輪嚙合依靠電力驅動開閉封閉裝置；當驅動電機發生故障時，可脫開齒輪，用手轉動絲杠另一端的小螺母，人力開關封閉裝置，保證繩孔的正常開關，不影響閘門的正常啟閉。

4.3增加遙控操作方式

增加遙控發射和接收裝置，可實現遠距離操作。實現設備遙控、主令控制器、手動3種操作方式。遙控方式可實現遠距離操作，一臺或多臺同時啟閉。主令控制器方式可現地操作一臺機啟閉，手動操作方式作為一種出現故障時的臨時啟閉方式。多種操作方式保證封閉裝置安全運行，確保啟閉機能正常的啟閉。

4.4涂刷油脂，加強潤滑

在齒輪、絲杠上涂刷油脂，加強潤滑，減少阻力和噪聲。

圖2　新型封閉裝置的工作原理圖

5　改造后的效果

工作橋繩孔改造后，消除了潛在的安全隱患，并使設備整體工程環境更加美觀，操作運行更加靈活。另外，封孔裝置和閘門啟閉控制系統相結合，實現自動控制的聯動，提高了自動化管理水平。

參考文獻：

［1］朱躍安，徐建峰.一起大壩弧形閘門啟閉機拒動電氣故障分析［J］.小水電，2006（2）：66-67.

［2］黃堅華，何孝德.黃龍帶水庫溢洪閘門自動啟閉控制系統的建設與運用［J］.中國西部科技，2008（14）：18-20.

中圖分類號：TV664

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5168（2016）01-0092-03

收稿日期：2015-12-21

作者簡介：王繼濤（1974-），男，本科，副主任，閘門運行技師，研究方向：水利自動化工程。

Bai Gui Mountain Reservoir Fixed Hoist Wire Rope Winding Type Rope Hole Sealing Device of the Theory and Practice

Wang Jitao
（Baigui Mountain Reservoir Administration in Henan Province，Pingdingshan Henan 467031）

Abstract:This paper introduced a kind of water conservancy project in fixed winding type hoist wire rope hole seal?ing device,the device has simple structure,installation,use convenient,which can will affect wire rope hole closed without movement,at the same time and the gate control system linkage to realize automation control,effectively re?duce the operator labor and avoid misoperation caused the problems.

Keywords:Baigui mountain reservoirs；fixed winding type hoist；sealing device