基于闸门启闭控制的闸门润滑水控制系统的设计研究

张步溪，陈娟文，余 磊，陆乙君，王 俊，杨 勇，白东东，胡正松

（1.龙港市农业农村局，浙江 龙港 325802； 2.苍南县水利局，浙江 苍南 325800；3.平湖市城市防洪工程管理所，浙江 平湖 314200；4.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；5.苍南县桥墩水库管理处，浙江 苍南 325800）

1 问题的提出

水闸是修建在河道和渠道上利用闸门控制流量和调节水位的低水头水工建筑物。在水利工程中，水闸的应用十分广泛，多建于河道、 渠系、水库、湖泊及滨海地区。闸门可以泄洪、拦洪、挡潮、排涝、灌溉、蓄水、以满足上游取水或通航的需要。鉴于水闸对上下游导流的重要作用，要求其密封性极其高。目前，大型水闸主流应用π型或双P型橡胶作为止水密封条，材质采用SF6574或SF6674。橡胶止水密封条作为闸门金属结构的易损件，在闸门启闭过程中与闸门门槽的强烈摩擦极易造成止水密封条的翻转或损坏[1]，致使闸门漏水及无法密封，甚至卡阻闸门，而更换橡胶昂贵的材料和维护费用，对管理单位较大的管理工作量和经济负担，对民生、安全都形成难以挽回的损失。

较之以前，传统闸门润滑水采用润滑剂与水混合均衡，再经以人工或水泵将润滑混合物向闸门浇灌为之润滑，其润滑效果不理想。且在闸门启闭过程中，传统闸门润滑水系统基本与闸门启闭控制系统分离，即要先启动闸门润滑水系统，完毕后，再行启闭闸门，期间需要大量人工操作及运行时间，还需随时观察润滑情况[2]，易产生故障，更有甚者，有些操作人员为避免麻烦，甚至不经润滑直接启闭闸门。上述种种造成闸门启闭操作工作量加大，工序复杂，运行时间长，经济费用高，运行效率低。本文针对闸门橡胶水封润滑需求，以苍南县龙港镇朱家站水闸为实例，设计了一套基于闸门启闭控制的闸门润滑水控制系统，充分结合闸门启闭控制，达到闸门启闭与润滑一体化同步联动控制，保障闸门启闭前橡胶水封充分润滑，并在提高闸门橡胶止水密封条使用寿命的同时保证水闸安全、高效、经济运行。

2 闸门润滑水系统结构

朱家站水闸位于浙江省温州市苍南县龙港镇横阳支江至鳌江的出口处，主要发挥防洪、灌溉、蓄水和挡潮4大功能。其排涝泄洪闸规模为5孔，每孔净宽10 m，总净宽50 m，属于大型水闸。

朱家站水闸闸门润滑水系统主要由闸门启闭LCU控制柜，储水箱、电磁阀、截止阀、Y型过滤器、润滑水管道组成。

储水箱：生活水箱，由市政给水管网供水或自备水泵抽水闸上游清水。

电磁阀：控制闸门喷水管水流启闭，由闸门启闭LCU控制柜控制。

截止阀：为方便水管检修维护。

Y型过滤器：保护电磁阀和喷水孔不会堵塞。

闸门润滑水控制系统通过改造原有水闸启闭LCU控制柜，加装接触器、延迟继电器、中间继电器等电子器件，当闸门需启闭时，控制电磁阀提前在闸门橡胶水封处喷闸门润滑水，喷射10 s，在工作闸门启动前3 s，水流量达到橡胶水封充分润滑后，再联动闸门上升/下降，实现一体化联动控制橡胶水封润滑及闸门启闭。

图1为闸门润滑水控制系统布置图及结构图。

图1 闸门润滑水控制系统布置图及结构图

3 闸门润滑水管道系统

润滑水管道采用主管—分支管—喷水管的3层结构设计，管路管径以渐进缩减方式明敷布设。润滑水管道采用1根主管、5根分支管及5根喷水管的布置方式，所有管道用金属支架固定在就近混凝土墙、柱上，主管道采用DN63PPR管，分支管道采用DN50PPR管，喷水管采用DN25PPR且每间距100 mm钻孔5 mm。

闸门润滑水管道系统采用独立控制、互不干扰的方式设计。润滑水主管道从水闸屋顶生活水箱敷设至闸门闸室，在闸室5孔闸门前端设置一DN63止回阀，连接至5孔闸门上并安装法兰连接至分支管，后端5根分支管和5根喷水管采用并联管路敷设；分支管上按水流方向顺序布置1个DN63止回阀、1个DN50Y型过滤器及1个DN50电磁阀，电磁阀后端连接漏孔式喷水管。

闸门喷水管以水平形式敷设在闸门上部，连接至闸门两侧及顶部π形橡胶水封上方500 mm左右处并朝向橡胶水封，通过闸门喷水管小孔对橡胶水封喷淋并全覆盖喷射于闸门π形橡胶水封上，并沿墙壁流至闸门门槽、下端橡胶水封处及轨道，以使在工作闸门启动前达到橡胶水封充分润滑的要求，在闸门启动过程中减小闸门上升/下降的动作摩擦。

控闸前的预润滑时间虽然并不长，但操控人员在等待时感觉到很长，为了增加喷射距离及减少等待时间，闸门润滑水管道采用管径渐缩方式，且在必要时5孔闸门润滑管道前增设DN63自吸增压泵，增加润滑水水流量及喷射压力，通过提高水压来增加单位时间内注水量，以减少预润滑过程时间。

润滑水管道系统布设见图2。

图2 闸门润滑水管道系统布设图

4 闸门润滑水控制系统

闸门润滑水闸门系统控制作为闸门电气启闭控制系统的子系统，控制方式采用手动控制和自动控制2种，互为备用。手动控制即现地操作闸门启闭LCU控制柜控制，自动控制即利用PLC逻辑控制器，利用开发的闸门远程操控软件远程控制。可以是闸门自动控制系统的一部分，也可以是一个独立的闸门润滑控制系统，两者相互不干扰、互不影响。

闸门润滑水控制系统需通过可靠的控制电路来保证整个系统的安全。原有朱家站闸门启闭控制系统由启闭机闸室的闸门LCU控制柜控制，其主要由交流接触器KM1（上升） 、KM2（下降）；按钮SB2（上升）、SB1（停止）、SB3（下降），闸门限位开关、PLC远程控制继电器等组成，完成闸门上升/下降控。

闸门润滑水控制系统在原闸门启闭LCU控制柜基础上，新增中间接触器KM5、KM6、延迟继电器KT1、KT2等电子器件，改造完闸门启闭LCU控制柜接线见图3。具体工作过程如下：按闸门上升（或下降）按钮SB2（或SB3）时，KM5（或KM6）接触器吸合，使KM5（或KM6）接触器合上，润滑水电磁阀开启并启动延迟接触器KT1（或KT2）（一般为10 s，可按需设置），10 s后，使KT1（或KT2）接触器合上，KM1（或KM2）接触器吸合，闸门通电后上升（或下降）开始，润滑水继续喷射，按下SB1停止按钮，直至闸门停止。

闸门启闭控制系统与润滑水控制系统电气线路见图3。

图3 闸门启闭控制系统与润滑水控制系统电气线路图

5 润滑水系统控制流程

闸门润滑水控制系统润滑水源使用管理所生活用水箱，能确保润滑水的充足及洁净；使用渐缩管径的方式，逐级增加水流压力，控制水流喷射状态（水雾形式），提高润滑面积及效率，减少预润滑过程时间。在电磁阀前加装结构先进，阻力小，排污方便的Y型过滤器，将水中的异物、杂物提前清除，保护阀门及设备的正常使用。截止阀加装在五孔闸门润滑水管道前，未在维护期内持续保持开启状态，在检修维护期内提高检修维修效率。

闸门润滑水控制系统与闸门启闭控制系统联动控制，以闸门启闭LCU控制柜为始端，运行操作人员在远程（或现地）按下一体化闸门上升（或下降）按钮（同时也是润滑水启动按钮）时，电磁阀开启，通过示流信号器（只作信号检测，不介入控制电路，作为故障检测用），检测到润滑水流出，润滑水喷射并持续10 s后， 闸门再行启动上升（或下降），润滑水则继续喷射，闸门到达要求位置停止，润滑水喷射随即停止，流程结束。

润滑水喷射预喷射时间应根据闸门实际情况进行实践验证。本文根据朱家站水闸实际状况，并经实践经验逐渐摸索调整，将预喷持续时间设定为10 s，可达到充分润滑的效果。

当润滑水控制系统出现故障时或示流信号器未检测到润滑水流出时，考虑到闸门启闭的对防洪排涝的重要性，仍然按照本流程启动闸门上升（或下降），但系统发生润滑水故障报警信号，运维人员应及时排除润滑水控制系统故障，保证后续闸门运行安全。

闸门润滑水控制流程见图4。

图4 闸门润滑水控制过程框图

6 结 语

朱家站水闸闸门润滑水系统本着节省投资、结构简单、方便安装的原则、实现闸门润滑和升降一键联动控制。系统的建立消除了人为干扰的因素，闸门的润滑过程与闸门启闭过程相结合，实现了一键化、联动化、自动化，大大减少了橡胶水和闸门门槽的摩擦系统，延长了π型橡胶水封的使用寿命；使闸门启动前必有润滑，提高闸门运行的可靠性，节省水资源、减轻运维人员劳动强度。系统构建后运行稳定，可靠性好。该系统的应用，对全国各大、中、小型闸门由人工润滑操作方式改造为润滑水自动控制提供了一个成功范例。