大型叠梁闸安全操控装置优化设计创新

王海明

摘要：叠梁闸被广泛应用于大型水工构筑物内，达到局部设施检修时止水停役的目的。上海城投原水公司的创新项目组通过大型原水泵站叠梁闸实际使用过程中存在的问题及整改需求分析，对闸门及门槽挂钩、起吊、清淤三大需求逐个开展研究探索并提出解决方案，创新应用可监控式自动挂钩装置、水下网格式门槽定位监测系统、淤泥搅拌冲洗装置，经技术优化整合形成了一套可推广的大型叠梁闸安全操控装置，提高大型梁闸的操控效率与使用安全，创造了显著的应用效益和社会效益。

关键词：叠梁闸;操控装置;创新

一、背景介绍

青草沙原水五号沟泵站是上海市青草沙原水系统的陆域输水枢纽泵站，负责将青草沙水库重力流来水通过水泵提升向严桥、金海、凌桥三个方向输送，总设计规模708万m?/d。受青草沙水库设计运行水位范围影响，五号沟泵站进水水位变化较大，泵房深度较深[1]。根据五号沟泵站设计资料，前池水位范围在-7.8m～7.0m，池底标高-15.0m，在泵站进水井、前池以及水泵吸水井入口所设的检修闸门承压水头均在20m以上，因此，检修闸门采用叠梁形式以适应泵站的水位条件。

叠梁闸由多块周边镶嵌止水橡胶的闸板组成，需检修止水时闸板逐块横向放入门槽内形成整体挡水结构[2]。实际使用中，叠梁闸现有的起吊装置难以准确控制闸板起吊和下放，存在的主要问题有：（1）闸门起吊时由于水下操作的不可控性，起吊挂钩与叠梁闸板的插销难以准确契合，操作难度较大;（2）叠梁闸板在门槽中下放或起吊时难以严格保持水平，稍有倾斜极易卡在门槽中;（3）叠梁闸板由于长期放置于水下，淤积的泥沙或海蚬子极易影响门板挂钩操作以及门板之间的贴合度。

二、创新思路

为提升五号沟泵站叠梁闸操作安全性、高效性，确保机泵检修、前池清泥等工程的顺利开展，需采取技术优化手段提高叠梁闸的安全操控水平。通过深入分析五号沟前池叠梁闸安全操控所需解决的问题，提出了以下3点创新思路：

2.1深入研究叠梁闸起吊装置水下挂钩的操控原理，设计可监控式自动挂钩装置;

2.2通过建立水下网格式门槽定位监测系统，实现叠梁闸门板在门槽内的可视化操控;

2.3通过应用淤泥搅拌冲洗装置，实现叠梁闸门槽内障碍物的清除，确保闸板的顺利就位。

综上所述通过操控装置的设计制作和实践优化，形成一套可推广的大型叠梁闸安全操控装置。

三、创新过程

叠梁闸安全操控装置主要实现自动挂钩、门槽定位监测、门槽清泥三大功能。通过前期各功能的独立试验，分别确定其可行性并制定相应优化方案，具体内容如下：

3.1可监控式自动挂钩吊具

通过应用改良的偏心轮和接近开关，实现叠梁闸挂钩的操控，并通过PLC控制面板显示各接近开关状态，以控制偏心轮旋转角度，确保挂钩到位。

3.1.1根据偏心轮原理控制起吊装置上插销的动作。通过试验改进偏心轮的动力结构，使插销可以进行自动往复运动，并按照实际操作的需要控制其限位;

3.1.2在起吊装置的各个关键点布置接近开关，利用接近开关感应插销与挂钩之间的位置关系，控制插销准确的与挂钩锁定;

3.1.3编制PLC控制程序，用以控制偏心轮旋转角度，并配置指示灯与每一个接近开关相对应，通过指示灯显示接近开关状态，从而掌握插销与挂钩间的位置关系，进而了解水下作业的实际情况。

3.2网格式叠梁门槽定位系统

3.2.1在叠梁门槽内水平设置多个左右对称的监控点，形成网格式的监控布局，相应地，叠梁闸板上安装配套的感应装置。当叠梁闸板起吊或下放时，感应装置可监控其水平程度，某一水平面的监控点同时发出感应信号，表示叠梁闸板处于水平状态，可继续移动到下一水平监测面;

3.2.2上述功能采用电磁感应的方式实现，由于叠梁门槽长期浸没在水中，通过在门槽内安装永久性磁铁，在叠梁闸板上安装电磁感应元件，保证感应式定位系统的长期有效;

3.2.3编制PLC控制程序，利用指示灯实时显示各个监控点的感应状态，实现水下叠梁闸移动情况可视化控制。

3.3门槽清淤装置

3.3.1门槽底部泥沙及海蚬子由于长期淤积，结构比较紧实，仅靠排污泵抽淤难以达到清理效果，易导致叠梁闸板无法放置到位。为保证排污泵的清淤效果，门槽清淤装置前端装有螺杆式横向淤泥搅拌头，通过横向旋转搅动沉积的底泥，使抽淤泵可以清除大部分底泥;

3.3.2叠梁闸板由于长期滞留在叠梁门槽内，门板上容易附着淤泥或海蚬子，挂钩和接近开关易被淤泥覆盖，影响自动挂钩的操控。为确保自动挂钩装置正常工作，在叠梁闸起吊架上加装清泥泵，并于起吊架下缘安装喷口，进行起吊工作前先对叠梁门槽内的叠梁闸板进行冲洗，然后再进行自动挂钩锁定。

3.4自动化控制原理

3.4.1PLC通过调整变频器转速，控制叠梁闸吊具上的驱动电机正向或反向转动，电机低速旋转输出的扭矩驱动偏心轮的旋转。偏心轮旋转时带动吊具的插销，使插销实现锁定或释放的功能。当两侧的插销都达到预定的位置，接近开关将信号传给PLC，PLC即发出停命令停止电机运行。吊具下方设有4个传感器用于监测叠梁闸是否放到位，如果叠梁闸没有放到位，PLC不允许执行停止运行指令。

3.4.2针对叠梁闸在吊装过程中产生晃动，导致叠梁闸板卡滞在门槽里的情况，PLC通过接收水平传感器对叠梁闸吊具水平度的监测信号，利用指示灯实时显示叠梁闸吊具的水平状态，从而防止叠梁闸在吊装过程中卡死。

四、创新效果

通过分析大型泵站叠梁闸起吊装置实际使用过程中存在的问题及整改需求，对闸门挂钩、起吊、清淤三大需求逐个开展研究探索并提出解决方案，创新地在传统吊具上应用偏心轮动力结构、接近开关定位装置、水平度传感器及搅拌/冲洗清淤装置，并编制PLC控制程序加以优化整合，通过技术优化的方式提高了叠梁闸操控效率，杜绝人员水下作业风险。

经实践应用，叠梁闸安全操控装置在泵站前池清泥、机泵检修等重要工程实施过程中，成效显著，彻底杜绝了原先由于闸板放置不到位难以止水而再三拖延工期，甚至工程無法实施的情况，创造了显著的应用效益和社会效益。

五、经验总结

通过对大型叠梁闸安全操控装置优化设计，可总结出生产运行实践中应用创新思维的方法，主要包括：

5.1发现问题。发现问题是创新灵感的来源。根据企业实际运行中存在的各类问题，需要有善于发掘的眼光与剖析根源的智慧。于实际运行中暴露的问题，往往具备较强的创新生命力与成果应用性。

5.2找准目标。找准解决问题的目标确定了创新成果的预期效果。本案例中叠量闸安全操控装置优化设计根据问题的根源分析提出了优化闸门挂钩、起吊、清淤三个过程的目标，彻底解决操作中遇到的问题。

5.3解决方案。解决方案是创新课题的精髓。一份完善有效的解决方案需要整个创新团队发挥各专业所长积极协作，为实现创新课题提出的目标集思广益，形成全面、可行的技术方案。本案例中叠量闸安全操控装置优化设计过程结合了机械、电气控制、自动化控制等多个专业，为创新课题的开展提供强有力技术支撑。

5.4实践应用及优化。创新灵感来源于实践，其成果亦需通过实践应用的检验与不断优化。叠量闸安全操控装置优化设计在实践中取得了良好的效果，具备较强的应用导向性。

参考文献

[1]金仲康.上海青草沙水源地五号沟泵站工程建设综述[J]. 建筑施工， 2012， 8： 846-848

[2]冷祯皋.粗拦污栅及叠梁闸门在电厂取水工程中的应用[J]. 水利电力机械， 2006， 3： 15-18