钢丝绳卷扬式全平衡升船机非平衡法锁定方式初探

(大唐四川发电有限公司，成都，610091)

1 背景

近年来，国内大型水电站的通航建筑物，越来越多的设计为升船机设备过船形式。钢丝绳卷扬全平衡垂直提升型式，是国内建造数量最多的一种升船机，它技术门槛低，性价比高，操作维护较简单，如水口电站升船机。但是这种升船机在以下3种检修工况时需要先把船厢和平衡重全部锁定。

(1)需钢丝绳卸载，检修主提升机(卷筒轴承、减速器、滑轮组轴承等)或调节平衡重花篮螺栓；

(2)需放空船厢水，检修船厢门(更换止水橡皮或支铰轴承)或对船厢结构重新涂装；

(3)间隙密封机构、夹、顶紧机构、船厢液压和电器设备等的检修工作，不需放空船厢水，也不需钢丝绳卸载。

下文以亭子口升船机为例，具体说明钢丝绳卷扬全平衡垂直提升型式升船机的锁定工况与方式，及目前锁定方式的优缺点。

2 升船机船厢、平衡重原设计锁定工况与方式

2.1 升船机锁定原理

升船机运转时，锁定架置于船厢和平衡重运行路径旁侧，当需要检修锁定船厢/平衡重组时，以人力推出锁定装置，置于船厢/平衡重组下方。船厢在上锁定位时，平衡重在下锁定位；船厢在下锁定位时，平衡重在上锁定位。锁定时，各组千斤顶由各自的电动液压泵站操作，同步顶升，将船厢和平衡重的重量转移到各自的锁定装置，部分或全部卸掉钢丝绳载荷，方便升船机设备的检修工作。锁定装置由锁定梁、调整板、埋件、液压千斤顶及电动液压泵站等组成。锁定梁下部设有行走轮，千斤顶和调整板设在锁定梁上部或下部，活动液压油泵站放置在上锁定平台上。锁定装置和升船机的布置如图1所示。

特别说明一点，图中“2-平衡重上锁定装置”布置在各个平衡重井孔口两侧，平衡重块由框架梁限位和固定在一起，锁定时上锁定装置作用在框架梁上，因此从剖面图上看，好象其布置在平衡重井孔口。平衡重下锁定作用在平衡重块上。

2.2 船厢在下锁定位(最低通航水位)、平衡重在上锁定位锁定

主机处于上闸制动状态。顶升4组船厢下锁定至与船厢主纵梁接触；对称、同步顶升4组重力平衡重组Ⅰ上锁定直至重力平衡绳完全卸载，再对称、同步顶升另外4组重力平衡重组Ⅱ直至重力平衡绳完全卸载；对称、同步顶升4组转矩平衡重组上锁定直至转矩平衡绳完全卸载，再对称、同步顶升另外4组转矩平衡重直至转矩平衡绳完全卸载；同步顶升4组船厢下锁定直至提升钢丝绳完全卸载(检修主机时)，或同步顶升4组船厢下锁定直至提升钢丝绳完全卸载后泄空船厢水(检修船厢门时)。如图2所示。

(1-船厢；2-平衡重上锁定装置；3-船厢上锁定装置；4-平衡重；5-平衡重下锁定装置；6-船厢下锁定装置)

(1-平衡重上锁定装置；2-平衡重；3-船厢；4-船厢下锁定装置)

2.3 船厢在上锁定位(最高通航水位)、平衡重在下锁定位锁定

主机处于上闸制动状态。顶升4组船厢上锁定至与船厢外侧牛腿接触；顶升全部平衡重下锁定至与平衡重块底部接触；泄掉约1900t船厢水，对称、同步顶升4组重力平衡重组Ⅰ下锁定直至重力平衡绳完全卸载；再泄掉约1700t船厢水，对称、同步顶升另外4组重力平衡重组Ⅱ下锁定直至重力平衡绳完全卸载；泄空剩余船厢水，同步顶升4组船厢上锁定直至提升绳完全卸载；顶升8组转矩平衡重下锁定，直至转矩平衡绳完全卸载。如图3所示：

(1-船厢；2-船厢上锁定装置；3-平衡重；4-平衡重下锁定装置)

2.4 原设计锁定工况与方式的缺点

这种常规锁定方案，在检修锁定时需投入大量人力，锁定耗时长，使得升船机虽有先进的电控系统，对于锁定却无用武之地。以亭子口为例，共有16孔平衡重井，每个锁定装置需2人，这就需要32人，船厢锁定需8人，共需40人。这种常规的锁定方式已落后升船机整体技术发展水平。为提升升船机的整体运行效率和安全性，本文以亭子口水利枢纽升船机为例，探索通过改造升船机锁定结构，利用升船机先进的控制系统并修订完善操作程序，设定新的升船机锁定方式。

3 升船机半平衡法锁定原理和程序

以亭子口水利枢纽升船机为例，说明这种半平衡法锁定原理和程序。

3.1 亭子口水利枢纽升船机主要相关参数

(1)船厢结构+设备实际重量：约1950t；

(2)设计水深水体重：4300t；

(3)重力平衡重总重：3650t；

(4)转矩平衡重总重：2600t；

(5)每组钢丝绳的实际长度相对差：≤100mm。

3.2 准备工作

改造重力平衡重、转矩平衡重上锁定梁，拆除液压千斤顶，割除高度351mm的支架，这个支架是为了给千斤顶预留空间；船厢在低位、平衡重在高位锁定，废弃船平衡重上锁定位千斤顶。

船厢位于下锁定原设计高程，平衡重位于上锁定原设计高程以下约250mm。

船厢下锁定推至工作位，重力平衡重、转矩平衡重上锁定梁推至工作位。

原设计没有考虑检修时主提升电机不启动工况下，制动器需多次短时间松闸和长时间松闸二种工况，为保证设备安全，制动器短时间松闸采用定时制动上闸，松闸时间根据要求应可以调整，同时检修工况与运行工况间应进行联锁，防止二种工况下同时工作。

3.3 半平衡法锁定工作程序

(1)点动主机提升船厢、下放平衡重，至平衡重安全梁与锁定梁接触后停止，主机处于制动器上闸状态；

(2)缓慢泄船厢水，分3次、每次泄约1200t(共泄掉3600t，尚余700t，此时船厢总重2550t～2650t，处于制动状态的转矩平衡重总重2600t，两侧基本处于平衡状态)。在此过程中重力平衡重块将逐渐、先后失重，转矩平衡重处于悬吊状态；(注意：在每次泄水后检查平衡绳的松弛程度，尤其是已知较长的钢丝绳，发现钢丝绳出现松弛后应通过花篮螺栓将钢丝绳张紧，避免钢丝绳跳槽)；在每次泄水后，将4套船厢下锁定顶升至与船厢主纵梁接触，并由垫板支承(注意：现有垫板数量不足，需要制作4组不少于350mm厚的垫板)；

(3)点动主机提升船厢、下放平衡重，至8台电机总出力达到400t时停机上闸；(注意：在此过程中继续调紧过度松弛的钢丝绳)将4套船厢下锁定顶升至与船厢主纵梁接触，并由垫板支承(此时，提升绳增加约400t张力)；

(4)泄掉400t船厢水；继续顶升船厢下锁定至与船厢主纵梁接触，并由垫板支承；

(5)点动主机提升船厢、下放平衡重，至8台电机总出力达到300t时停机上闸；(注意：在此过程中继续调紧过度松弛的钢丝绳)将4套船厢下锁定顶升至与船厢主纵梁接触，并由垫板支承(此时，提升绳增加约300t张力)；

(6)泄掉剩余的300t船厢水；继续顶升船厢下锁定至与船厢主纵梁接触，并由垫板支承；

(7)制动器松闸(在终止锁定操作前不再上闸)(注意：在此过程中系统可能会产生一定的冲击)；

(8)同步顶升4套船厢下锁定，直至所有钢丝绳卸载后，由垫板填实船厢下锁定。

至此，船厢、平衡重锁定工作完成。恢复船厢、平衡重悬吊状态的工作程序与之相反。

3.4 半平衡法解除锁定程序

在实施解除程序前，空船厢和平衡重均处于锁定状态，制动器处于上闸状态，钢丝绳处于无载或小载荷状态。在此条件下，实施解除锁定程序。

船厢解除锁定过程与锁定程序相反，先顶升千斤顶，每个角撤走3块垫块高度约150mm，再同步下降船厢下锁定装置，待空船厢完全由钢丝绳悬吊后。松开主提升制动器，向船厢内充水，直到船厢落到船厢下锁定支架上，此时船厢侧重量约大于平衡重侧重量。按上述程序直至船厢水深到2.5m。

4 结语

经过设计计算校验，半平衡法锁定方式比较科学，技术可行，安全可靠，可以在实际应用中继续探索研究，以期获得升船机更优的锁定方式，减少人力和安全风险。