卷揚(yáng)式啟閉機(jī)服役期的主要問題及處理措施

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

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

1 設(shè)備組成及工作原理

固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)主要由機(jī)架、起升機(jī)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)組成，其中起升機(jī)構(gòu)通常包括卷揚(yáng)、傳動(dòng)、制動(dòng)等裝置。其工作原理為電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器和減速器相連，帶動(dòng)開式齒輪副和卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒上的鋼絲繩又通過滑輪組實(shí)現(xiàn)吊具的升降。

2 存在的主要問題及原因

根據(jù)啟閉機(jī)的運(yùn)行工況、零部件的破壞形式與性質(zhì)分析，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)(以下簡稱“啟閉機(jī)”)服役期存在的主要問題有以下幾個(gè)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(dān)閘門自重外,還承擔(dān)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(huì)導(dǎo)致啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)啟門力間斷性陡變或異常增大，甚至超過設(shè)備的使用荷載極限,而造成機(jī)構(gòu)振動(dòng)、電機(jī)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(yùn)用形式(露頂式或潛孔式)，其啟閉機(jī)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(xué)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(yán)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(huì)加劇股與股及鋼絲繩間磨損擠壓，造成斷絲，進(jìn)而削弱鋼絲繩的韌性和破斷強(qiáng)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(guān)閉狀態(tài)下，懸掛的鋼絲繩過松，啟用時(shí)，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(huì)造成鋼絲繩局部軋壞、壓潰，局部損傷會(huì)迅速出現(xiàn)斷絲或壓扁而報(bào)廢。

鋼絲繩局部扭曲經(jīng)長期作用后就會(huì)產(chǎn)生扭結(jié)變形，鋼絲繩扭結(jié)后局部繩芯外露，盡管沒有斷絲現(xiàn)象，但強(qiáng)度會(huì)明顯降低。正扭結(jié)破壞后的強(qiáng)度只有原強(qiáng)度的60%～80%，負(fù)扭結(jié)的強(qiáng)度則小于原強(qiáng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jī)負(fù)荷作業(yè)時(shí)，鋼絲繩在纏繞卷筒、通過滑輪時(shí)均會(huì)產(chǎn)生彎曲受壓，產(chǎn)生各個(gè)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(huì)加劇磨損。

2.3 傳動(dòng)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(cè)隙過小(小于0.3mm)或側(cè)隙在齒長方向分布不均勻，就會(huì)造成齒面或局部齒面滑動(dòng)摩擦力增大，隨周期性往復(fù)的運(yùn)動(dòng)便產(chǎn)生磨損，齒面潤滑條件不足或油脂不符合要求會(huì)加劇齒面磨損。如果從動(dòng)齒輪齒面硬度(HB)明顯偏小(小于HB150)，甚至?xí)l(fā)生膠合、啃齒破壞。

2.3.2 傳動(dòng)軸聯(lián)軸器

雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)同步性是通過連接傳動(dòng)軸來實(shí)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(jī)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(zhuǎn)子獲得的能量就少了，轉(zhuǎn)子的速度就會(huì)慢下來，與定子的相對運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)，該電流就很容易超出額定電流而燒毀線圈。電機(jī)缺相啟動(dòng)時(shí)，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)實(shí)際上是處于兩相短路狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)繞組嚴(yán)重發(fā)熱。破壞電機(jī)絕緣，甚至?xí)龤щ姍C(jī)。

2.4.2 相電流不平衡

當(dāng)電機(jī)三相電流不平衡度大于10%時(shí)，易導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)中逆扭矩增加，從而使電動(dòng)機(jī)的溫度上升，效率下降，能耗增加。通常情況下，除電機(jī)本身產(chǎn)品質(zhì)量存在缺陷外，制動(dòng)機(jī)構(gòu)接觸過緊、聯(lián)軸器不同軸以及閘門的卡阻等造成的負(fù)載過重問題，也會(huì)引起電機(jī)的三相電流不平衡。

2.5 控制保護(hù)裝置使用不足

2.5.1 行程指示

由于啟閉機(jī)與閘門是通過鋼絲繩柔性連接的，應(yīng)嚴(yán)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(huì)造成過載拉斷鋼絲繩。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)：大多開度行程的基準(zhǔn)值設(shè)置不準(zhǔn)確，致使啟閉機(jī)接受指令后停機(jī)，但閘門尚未完全關(guān)閉。或者機(jī)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(tái)上觀察人員發(fā)口令進(jìn)行升降操作控制。

2.5.2 荷載控制

為避免啟閉機(jī)起升時(shí)，遭遇異常情況過載運(yùn)行而造成設(shè)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切斷主回路并報(bào)警。而實(shí)地檢查發(fā)現(xiàn)：由于對荷載控制裝置功能性認(rèn)識(shí)不足，啟閉機(jī)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(fù)啟用。有的甚至認(rèn)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(shè)備維護(hù)深度不足

維護(hù)與保養(yǎng)對設(shè)備的正常運(yùn)行尤為重要，隨著水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理工作的推進(jìn)，啟閉機(jī)的日常維護(hù)與歲修基本按程序在實(shí)施，但很大程度表現(xiàn)在設(shè)備外觀的清理與涂護(hù)上，安裝或運(yùn)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(jìn)行油脂涂抹；開式齒輪護(hù)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(yùn)行及配合狀態(tài)無法檢查、糾偏；控制保護(hù)裝置不完善等。

3 處理措施及建議

就上述啟閉機(jī)運(yùn)行期產(chǎn)生的主要問題，提出如下幾點(diǎn)處理措施或建議。

3.1 減小啟門時(shí)非正常摩阻力

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

水中泥沙含量大的運(yùn)行環(huán)境，應(yīng)調(diào)度功能性閘門定期進(jìn)行沖沙、清淤，閘門需定期提出孔口水面進(jìn)行清理、維護(hù)。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(yīng)設(shè)置活動(dòng)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(yù)壓量、完善門葉底緣的結(jié)構(gòu)布置型式。

3.2 科學(xué)維護(hù)鋼絲繩

3.2.1 加強(qiáng)檢查與檢測

日常巡查時(shí)，應(yīng)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(gè)月做1次無損探傷，重點(diǎn)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(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)予以更換。

3.2.2 正確養(yǎng)護(hù)

按管理規(guī)定的頻次及要求對鋼絲繩進(jìn)行清理、潤滑，所選油脂應(yīng)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(shí)，宜采用拆卸的方式，對整根鋼絲繩進(jìn)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(jìn)行包裹保護(hù)。涂抹油脂不宜過多，否則可能會(huì)導(dǎo)致表面聚集碎屑，進(jìn)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(yán)格把控啟閉機(jī)制造、安裝階段的質(zhì)量外，對于設(shè)備經(jīng)歷數(shù)年運(yùn)行后產(chǎn)生的裝配形位、配合公差應(yīng)全面檢驗(yàn)，對因此產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的項(xiàng)目應(yīng)及時(shí)糾偏、調(diào)整。如制動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)引起的閘瓦鉚釘外凸；制動(dòng)輪與閘瓦間隙過大、制動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)測主電源

及時(shí)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(jī)，而造成機(jī)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(hù)裝置

啟閉機(jī)接地連接、埋設(shè)應(yīng)規(guī)范、可靠，接地阻值不得大于10Ω，電機(jī)對地絕緣電阻不應(yīng)小于0.5MΩ；協(xié)調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)與啟閉機(jī)電氣元件的兼容性，修復(fù)并完善高度指示、荷載控制以及遠(yuǎn)程控制裝置的保護(hù)效用。

3.6 加強(qiáng)設(shè)備的技術(shù)維護(hù)

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

a.正確理解和認(rèn)識(shí)設(shè)備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)依據(jù)及性能參數(shù)。

b.了解設(shè)備主要部件工作原理及所用材料在不同條件下的機(jī)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(yán)格遵守工藝規(guī)程，完善質(zhì)量檢測和無損檢驗(yàn)的方法和手段，按設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求做好質(zhì)量驗(yàn)收。

d.對運(yùn)行中不正常現(xiàn)象和故障，特別是破壞的分析必須予以關(guān)注，在全面、深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，確定正確維修方案。

4 結(jié) 語

根據(jù)多年檢測實(shí)踐，啟閉機(jī)運(yùn)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(shè)計(jì)缺陷所致，性質(zhì)嚴(yán)重的需進(jìn)行返修或更新；一部分則由設(shè)備的運(yùn)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(yáng)啟閉機(jī)的正常安全運(yùn)行，提出以下幾點(diǎn)建議：

a.就整個(gè)設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)而言，電控部分是提供可靠動(dòng)力源的，在實(shí)際工作中，加強(qiáng)電氣設(shè)備的連接回路、相電流等特性參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控尤為重要。

b.為了避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)開式齒輪副的加工、裝配精度不足，新型閉式(同軸線)卷揚(yáng)機(jī)取消了開式齒輪副的設(shè)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(guān)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(yùn)行過程中，均應(yīng)認(rèn)真檢查，及時(shí)糾偏、補(bǔ)強(qiáng)。

d.合理設(shè)計(jì)閘門底緣和門槽型式，非正常水位時(shí)，合理調(diào)度運(yùn)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(xué)管護(hù)、技術(shù)更新和實(shí)時(shí)糾偏，是防止或減緩啟閉設(shè)備可靠性劣化的重要途徑和措施，是設(shè)備功能長效發(fā)揮的技術(shù)保障。