大型疊梁閘安全操控裝置優化設計創新

王海明

摘要：疊梁閘被廣泛應用于大型水工構筑物內，達到局部設施檢修時止水停役的目的。上海城投原水公司的創新項目組通過大型原水泵站疊梁閘實際使用過程中存在的問題及整改需求分析，對閘門及門槽掛鉤、起吊、清淤三大需求逐個開展研究探索并提出解決方案，創新應用可監控式自動掛鉤裝置、水下網格式門槽定位監測系統、淤泥攪拌沖洗裝置，經技術優化整合形成了一套可推廣的大型疊梁閘安全操控裝置，提高大型梁閘的操控效率與使用安全，創造了顯著的應用效益和社會效益。

關鍵詞：疊梁閘;操控裝置;創新

一、背景介紹

青草沙原水五號溝泵站是上海市青草沙原水系統的陸域輸水樞紐泵站，負責將青草沙水庫重力流來水通過水泵提升向嚴橋、金海、凌橋三個方向輸送，總設計規模708萬m?/d。受青草沙水庫設計運行水位范圍影響，五號溝泵站進水水位變化較大，泵房深度較深[1]。根據五號溝泵站設計資料，前池水位范圍在-7.8m～7.0m，池底標高-15.0m，在泵站進水井、前池以及水泵吸水井入口所設的檢修閘門承壓水頭均在20m以上，因此，檢修閘門采用疊梁形式以適應泵站的水位條件。

疊梁閘由多塊周邊鑲嵌止水橡膠的閘板組成，需檢修止水時閘板逐塊橫向放入門槽內形成整體擋水結構[2]。實際使用中，疊梁閘現有的起吊裝置難以準確控制閘板起吊和下放，存在的主要問題有：（1）閘門起吊時由于水下操作的不可控性，起吊掛鉤與疊梁閘板的插銷難以準確契合，操作難度較大;（2）疊梁閘板在門槽中下放或起吊時難以嚴格保持水平，稍有傾斜極易卡在門槽中;（3）疊梁閘板由于長期放置于水下，淤積的泥沙或海蜆子極易影響門板掛鉤操作以及門板之間的貼合度。

二、創新思路

為提升五號溝泵站疊梁閘操作安全性、高效性，確保機泵檢修、前池清泥等工程的順利開展，需采取技術優化手段提高疊梁閘的安全操控水平。通過深入分析五號溝前池疊梁閘安全操控所需解決的問題，提出了以下3點創新思路：

2.1深入研究疊梁閘起吊裝置水下掛鉤的操控原理，設計可監控式自動掛鉤裝置;

2.2通過建立水下網格式門槽定位監測系統，實現疊梁閘門板在門槽內的可視化操控;

2.3通過應用淤泥攪拌沖洗裝置，實現疊梁閘門槽內障礙物的清除，確保閘板的順利就位。

綜上所述通過操控裝置的設計制作和實踐優化，形成一套可推廣的大型疊梁閘安全操控裝置。

三、創新過程

疊梁閘安全操控裝置主要實現自動掛鉤、門槽定位監測、門槽清泥三大功能。通過前期各功能的獨立試驗，分別確定其可行性并制定相應優化方案，具體內容如下：

3.1可監控式自動掛鉤吊具

通過應用改良的偏心輪和接近開關，實現疊梁閘掛鉤的操控，并通過PLC控制面板顯示各接近開關狀態，以控制偏心輪旋轉角度，確保掛鉤到位。

3.1.1根據偏心輪原理控制起吊裝置上插銷的動作。通過試驗改進偏心輪的動力結構，使插銷可以進行自動往復運動，并按照實際操作的需要控制其限位;

3.1.2在起吊裝置的各個關鍵點布置接近開關，利用接近開關感應插銷與掛鉤之間的位置關系，控制插銷準確的與掛鉤鎖定;

3.1.3編制PLC控制程序，用以控制偏心輪旋轉角度，并配置指示燈與每一個接近開關相對應，通過指示燈顯示接近開關狀態，從而掌握插銷與掛鉤間的位置關系，進而了解水下作業的實際情況。

3.2網格式疊梁門槽定位系統

3.2.1在疊梁門槽內水平設置多個左右對稱的監控點，形成網格式的監控布局，相應地，疊梁閘板上安裝配套的感應裝置。當疊梁閘板起吊或下放時，感應裝置可監控其水平程度，某一水平面的監控點同時發出感應信號，表示疊梁閘板處于水平狀態，可繼續移動到下一水平監測面;

3.2.2上述功能采用電磁感應的方式實現，由于疊梁門槽長期浸沒在水中，通過在門槽內安裝永久性磁鐵，在疊梁閘板上安裝電磁感應元件，保證感應式定位系統的長期有效;

3.2.3編制PLC控制程序，利用指示燈實時顯示各個監控點的感應狀態，實現水下疊梁閘移動情況可視化控制。

3.3門槽清淤裝置

3.3.1門槽底部泥沙及海蜆子由于長期淤積，結構比較緊實，僅靠排污泵抽淤難以達到清理效果，易導致疊梁閘板無法放置到位。為保證排污泵的清淤效果，門槽清淤裝置前端裝有螺桿式橫向淤泥攪拌頭，通過橫向旋轉攪動沉積的底泥，使抽淤泵可以清除大部分底泥;

3.3.2疊梁閘板由于長期滯留在疊梁門槽內，門板上容易附著淤泥或海蜆子，掛鉤和接近開關易被淤泥覆蓋，影響自動掛鉤的操控。為確保自動掛鉤裝置正常工作，在疊梁閘起吊架上加裝清泥泵，并于起吊架下緣安裝噴口，進行起吊工作前先對疊梁門槽內的疊梁閘板進行沖洗，然后再進行自動掛鉤鎖定。

3.4自動化控制原理

3.4.1PLC通過調整變頻器轉速，控制疊梁閘吊具上的驅動電機正向或反向轉動，電機低速旋轉輸出的扭矩驅動偏心輪的旋轉。偏心輪旋轉時帶動吊具的插銷，使插銷實現鎖定或釋放的功能。當兩側的插銷都達到預定的位置，接近開關將信號傳給PLC，PLC即發出停命令停止電機運行。吊具下方設有4個傳感器用于監測疊梁閘是否放到位，如果疊梁閘沒有放到位，PLC不允許執行停止運行指令。

3.4.2針對疊梁閘在吊裝過程中產生晃動，導致疊梁閘板卡滯在門槽里的情況，PLC通過接收水平傳感器對疊梁閘吊具水平度的監測信號，利用指示燈實時顯示疊梁閘吊具的水平狀態，從而防止疊梁閘在吊裝過程中卡死。

四、創新效果

通過分析大型泵站疊梁閘起吊裝置實際使用過程中存在的問題及整改需求，對閘門掛鉤、起吊、清淤三大需求逐個開展研究探索并提出解決方案，創新地在傳統吊具上應用偏心輪動力結構、接近開關定位裝置、水平度傳感器及攪拌/沖洗清淤裝置，并編制PLC控制程序加以優化整合，通過技術優化的方式提高了疊梁閘操控效率，杜絕人員水下作業風險。

經實踐應用，疊梁閘安全操控裝置在泵站前池清泥、機泵檢修等重要工程實施過程中，成效顯著，徹底杜絕了原先由于閘板放置不到位難以止水而再三拖延工期，甚至工程無法實施的情況，創造了顯著的應用效益和社會效益。

五、經驗總結

通過對大型疊梁閘安全操控裝置優化設計，可總結出生產運行實踐中應用創新思維的方法，主要包括：

5.1發現問題。發現問題是創新靈感的來源。根據企業實際運行中存在的各類問題，需要有善于發掘的眼光與剖析根源的智慧。于實際運行中暴露的問題，往往具備較強的創新生命力與成果應用性。

5.2找準目標。找準解決問題的目標確定了創新成果的預期效果。本案例中疊量閘安全操控裝置優化設計根據問題的根源分析提出了優化閘門掛鉤、起吊、清淤三個過程的目標，徹底解決操作中遇到的問題。

5.3解決方案。解決方案是創新課題的精髓。一份完善有效的解決方案需要整個創新團隊發揮各專業所長積極協作，為實現創新課題提出的目標集思廣益，形成全面、可行的技術方案。本案例中疊量閘安全操控裝置優化設計過程結合了機械、電氣控制、自動化控制等多個專業，為創新課題的開展提供強有力技術支撐。

5.4實踐應用及優化。創新靈感來源于實踐，其成果亦需通過實踐應用的檢驗與不斷優化。疊量閘安全操控裝置優化設計在實踐中取得了良好的效果，具備較強的應用導向性。

參考文獻

[1]金仲康.上海青草沙水源地五號溝泵站工程建設綜述[J]. 建筑施工， 2012， 8： 846-848

[2]冷禎皋.粗攔污柵及疊梁閘門在電廠取水工程中的應用[J]. 水利電力機械， 2006， 3： 15-18