亭子口電站進水口隔水疊梁門液壓抓梁設計及應用

馬興發(fā)

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川蒼溪，628400)

1 引言

亭子口電站機組取水口在每年3-6月份根據水位的變化采用分層取水，滿足環(huán)保對取水水溫的要求，以提高下泄水溫，保持生態(tài)平衡。根據電站運行特性及要求，結合電站進水口的布置情況，利用備用攔污柵柵槽設置一道隔水疊梁門，疊梁門為板梁式焊接結構，滑道支承，疊梁門總高度28m，結構主要材料為Q235B，分成若干個單元(每節(jié)疊梁高度為2.8m左右)入槽，用以調節(jié)取水高度以達到提高下泄水溫的目的。隔水疊梁門采用電站廠房壩段進水口壩頂2×1250/1000/100kN門機回轉吊操作。因此，門機和抓梁的安全性能高低具有重要的意義。在實際工作中檢查發(fā)現(xiàn)抓梁存在以下問題：①抓梁在下落進行抓門操作時，無導向裝置和抓梁到位信號反饋裝置，在水下工作中，無法正確判斷抓梁是否正確到位，給吊裝作業(yè)埋下安全隱患；②抓鉤翻轉時，完全依靠抓梁的自重實現(xiàn)，無抓鉤脫開和抓合信號反饋，在水下工作中，無法正確判斷抓梁的實際工作情況；③抓梁在進行抓門時，齒輪在傳動過程中，傳動軸剛性不足出線斷裂，無法正常進行疊梁門的抓吊工作；④兩個抓鉤的重心不在同一水平線上，在抓門時，存在扭曲情況，疊梁門導軌摩擦力矩成倍增加，不能正常依靠門的自重進行下落操作。此外，不同的操作人員在進行起吊作業(yè)時，對抓梁抓鉤角度的判斷是不同的，操作的結果也是不盡相同，沒有技術保障。針對上述問題，抓梁自動抓取功能的改造和視頻監(jiān)控功能的完善勢在必行，從而在設備技術上實現(xiàn)起吊工作的安全可靠。

2 設計總體要求

本方案針對此次改造的具體內容和現(xiàn)場環(huán)境以及其他一些要求來進行設計的一個方案。在設計最初均考慮到了新系統(tǒng)在現(xiàn)場時的安裝、調試、維護以及和原系統(tǒng)的接口等問題。總體方案概述如下所示。

(1)取消原機械桿傳動進行抓吊工作的方式，增加一套液壓傳動裝置和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在收到抓梁就位信號后，由控制室發(fā)出脫開和抓合命令。操作人員一是根據信號反饋判斷操作的正確性；二是直接通過視頻系統(tǒng)觀看脫開和抓合的全過程動作過程，保障操作過程的正確和安全。

(2)采用YD-Ⅳ型門機綜合監(jiān)測儀作為系統(tǒng)處理的核心。所有信號部分采用門機綜合監(jiān)測儀進行處理。門機綜合監(jiān)測儀裝設在操作室斜前方，以不影響操作人員的視線和便于查看、拆裝為原則。

(3)門機綜合監(jiān)測儀采用高分辨率的TFT彩色液晶觸摸屏，主機無任何外圍按鍵操作，全中文操作系統(tǒng)，所有設置及翻查菜單采用觸摸方式進行，操作非常簡便。抓梁穿銷、浸水檢測、高度、重量等信號的數值在觸摸屏實時顯示。

(4)液晶觸摸屏可對其控制對象的控制參數進行設定，與主機構成緊湊型設計。

(5)采用數字化通信技術，抓梁各穿銷、就位等信號經我公司開發(fā)的HY-Ⅳ型信號處理箱處理后，通過485現(xiàn)場總線與門機綜合監(jiān)測儀進行通訊，并通過門機綜合監(jiān)測儀進行處理。

3 設計改造方案

3.1 抓梁機械部分改造

目前，存在以下問題：①抓梁在下落進行抓門操作時，無導向裝置和抓梁到位信號反饋裝置，特別是在水下工作中，無法正確判斷抓梁是否正確到位；②抓鉤翻轉時，依靠抓梁的自重帶動齒輪在旋轉，通過傳動軸實現(xiàn)抓鉤的翻轉，無抓鉤脫開和抓合信號反饋，在水下工作中，無法正確判斷抓梁的實際工作情況。因此，本次改造將取消這種抓鉤控制方式，安裝一套液壓機構傳動裝置，即在抓梁就位后，操作液壓閥組，實現(xiàn)抓鉤和穿銷操作。

3.2 控制系統(tǒng)改造方案

基于門機現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，在不改變原機械抓梁整體結構的基礎上，對機械式抓梁進行自動化監(jiān)控改造，使其達到抓梁穿銷、退銷、重量信號、開度信號全過程線性監(jiān)視，抓梁各傳感器及其輔助接線裝置、動力及信號傳輸裝置防水、密封性能好，整個抓梁監(jiān)控系統(tǒng)能長時間安全、可靠運行，使用、維護簡便，性價比高。

(1)增加穿銷同步位移傳感器，對穿銷運行全過程進行檢測，整個運行檢測值為線性化，因此其實際顯示時也對全過程監(jiān)視，這樣可以避免運行時許多不安全因素所帶來的各種隱患。同時在抓梁穿銷傳感器的外部加裝不銹鋼護罩，以防水面漂浮物進入傳感器運行部件導致卡阻或對其進行撞擊，見圖1所示。

圖1 穿銷傳感器走線及運行原理

(2)增加開度(高度)檢測傳感器，選用可靠性高的、測量精確的原裝進口倍加福(P+F)絕對形光電編碼器。

(3)增加抓梁隨行深水電纜，使用質量好、可靠性靠的專用深水電纜和信號傳輸屏蔽電纜。

(4)增加抓梁防水接線盒及防水插頭/插座，采用新型不銹鋼深水密封防水接線盒(內設浸水檢測，在主機上自動報警提示)，將原抓梁防水插頭/插座改造為進口軍工級專用防水插頭/插座，并對以上部位進行防水密封處理，使之在2MPa大氣壓試驗不滲水。

(5)增加一套原抓梁監(jiān)測主機系統(tǒng)，采用WZ-Ⅳ型門機綜合監(jiān)測儀(觸摸屏)進行監(jiān)控，在主機上直接動態(tài)顯示抓梁穿銷、閘門開度運行的全過程，提供模擬實時動態(tài)及運行實際數據(絕對數值)顯示，抓梁就位及回位、穿銷到位及回位、密封接線盒浸水等報警(中文及聲光提示)，并對泵站運行裝置、主起升機構等進行相應保護控制。如對主機信號處理裝置進行擴展，可接入主起升重量、高度等信號一并處理、實時監(jiān)控。

(6)將新系統(tǒng)控制輸出信號直接在聯(lián)動臺并入相應保護回路。

(7)增加水下攝像功能，為了可靠運行，安裝了一套水下攝像裝置，通過抓梁信號和水下視頻來共同判斷穿軸裝置的位置，利用視頻裝置對操作的全過程進行監(jiān)控。整個系統(tǒng)由水下攝像機、水下密封接線裝置、深水傳輸電纜、監(jiān)控主機構成。

4 結語

通過本次改造，亭子口電站基本實現(xiàn)了抓梁的自動抓取功能，抓梁各部位運行情況都能通過監(jiān)控系統(tǒng)正確反映，報警功能正確，水下攝像功能完善，可以清晰地記錄和監(jiān)控整個穿銷過程，有效實現(xiàn)抓梁的自動抓取功能。這次抓梁的改造，是一次成功的技術改造，提高了設備可靠性。

總而言之，在現(xiàn)階段水電廠生產中，對起重設備的性能和視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了較高的安全要求。管理人員要盡量提高起重設備自動控制和監(jiān)控功能，保障作業(yè)人員的安全和工作效率，大量引進現(xiàn)代科學技術，對起重設備進行針對性的改造和應用。