水利工程中闸门启闭机的运行管理研究

刘典鹏

(莱州市水利工程建设养护中心，山东 莱州 261400)

0 引言

为了提高水资源的保有量和利用率，我国实施了大量的水利工程建设项目，随着现代化技术与科研水平的不断创新，水利工程配套设施与安全设备功能也更加完善。闸门启闭机属于水利工程中的主要设备，可以实现对水利工程闸门的开关控制[1]。因此，要保证水利工程的稳定运行与有序实施，必须管理好启闭机，关注设备在运行中出现的多种诱发故障因素，确保工程在一个相对优化的状态下运行。

1 闸门启闭机的分类与工作原理

为了规范管理闸门启闭机，需要对不同类型的启闭机进行分类，较为常见的3种类型启闭机如表1所示。

表1 水利工程中3种较为常见的闸门启闭机

1)液压式启闭机是通过对液体进行施压，从而产生一个在机械内传动可用于控制闸门开关的动力，对闸门进行控制，此种方式属于水利工程中闸门控制的一种较为常见的方式[2]。液压式启闭机装置在使用中具有操作简单、管理难度低、性价比高、操作安全等优势。在此过程中产生的动力主要由电机产生，并通过回水阀门连通液压缸内的驱动装置，使其与活塞保持连通，液压缸内产生的压力将转换成装置稳定运行的支撑能量，此种能量包括机械能、动能等，不同能量在运行中可以发生相互转化，为水利工程的持续化运行提供保障。

2)螺杆式启闭机的运行是以螺纹杆的旋转作用力为支撑，在安装螺杆式启闭机时，可以采用滑块与连接杆连接、门叶与导向滑块连接的方式，实现对闸门的有效控制。可将上述连接控制过程作为导向滑块移动控制过程，即前端通过对导向滑块的升降处理，实现对水利工程中流经闸门水流的集中控制[3]。在水利工程规模以中小型为主时，此种类型的启闭机在制造方面的优势比较突出，并且具有占用空间小、运行安全、维护简单等特点，在水利工程建设中应用广泛，但研究发现，螺杆式启闭机在使用中具有无法减速的缺陷，使得启闭运行效率无法得到保障。因此，目前螺杆式启闭机大多被应用在小型水利工程中。

3)卷扬式启闭机具有操作自动化的特点，相比其他两种类型启闭设备，此种设备的可靠性相对较高，加之卷扬式结构的维修难度较小，使其成为了水利工程中利用价值最高的启闭装置。可将此类装置划分为左半机、右半机与中央机，不同结构之间由中心轴连接，当启闭机使用右半机运行时，需要先用电动机打开减速装置，并在减速装置的助力下，绳鼓执行作业行为，此时，绳鼓发生滚动，滚动行为的产生可带动后钢丝绳在装置中出现伸缩反应[4]。对应的闸门在钢丝绳伸缩下，进行闸门的提升或降低，从而达到开启闸门的目的。

2 闸门启闭机常见运行问题

当水利工程建设技术随着社会发展而不断更新时，工程对应的技术应当随之更新，但综合我国目前水利工程建设与发展现状可知，大部分工程中的启闭机无法满足工程实际应用需求，有必要投入资金进一步改善设备。根据工程的实际规模，增加启闭机的数量，并在集成使用前，进行启闭机型号与工程的匹配测试，只有做好前期准备工作，才能确保启闭机在水利工程中发挥既定工作效果。闸门启闭机在运行中的常见问题如图1所示。

任何一个装置与设备在运行一段时间后，都需要对其进行更新与改造，一旦忽视了此方面工作，启闭机在工作中便会出现与预期使用效果偏离的问题[5]。根据水利市场的调查与反馈数据可知，目前我国现有的水利工程正在逐步向大规模方向发展，但现有的水利工程中，有超过1 500个工程的闸门启闭机处于停运状态，即需要进行设备的更新，如果不及时处理，便会对工程的持续化运行造成较大的安全隐患。

除此之外，在对闸门启闭机的安装运行分析发现，超过半数的水利工程启闭机不符合使用标准，但却仍在工程中使用。同时，考虑到启闭机的重要性，有必要建立一个单独的机房进行装置运行保护，避免启闭机完全暴露在外界环境中，运行时受到影响与干扰[6]。但根据工程运行现状可知，大部分水利工程无法建立专用资金进行机房建议与启闭机保护，导致启闭机劳损严重，严重地缩短了启闭机的使用寿命。

图1 闸门启闭机在运行中的常见问题

3 闸门启闭机的运行管理方法设计

3.1 水利工程闸门运行前启闭机准备

根据上述综合分析，在明确水利工程中闸门启闭机常见的运行问题后，为了实现对其有效管理，首先从准备环节入手，针对水利工程闸门运行前启闭机准备内容进行设计，必须严格按照水利工程管理相关规定的内容执行，并根据水利工程管理处的指示执行各项准备工作。在准备阶段，还需要完成对闸门启闭机的检查工作，检查工作的主要内容如图2所示。

图2 水利工程闸门启闭机准备阶段检查工作主要内容

按照图1中所示的内容，完成对水利工程闸门启闭机准备阶段的检查工作。除此之外，针对闸门启闭机在运行前接收的指令信息需要在所连接的上位机服务器中完成存储，并根据运行规范流程，对其运行方式和启闭次序进行合理选择，在具体执行时，还应当明确其运行顺序[7]。当启闭机控制指令没有得到合理管控，会造成闸门开度较大，进而造成泄流和水位剧烈变化，对水利工程上下游而言都会造成严重的危害和影响。因此，为了避免这一问题产生，在准备阶段需要针对可能出现的危险事故给出明确的预警方案，同时规定在闸门启闭机运行过程中，水利工程上下游200 m范围内，不得停靠船只，以免对周围人员和船只造成进一步破坏。

3.2 启闭机运行中的纠偏与控制管理流程

在完成水利工程闸门运行前启闭机准备的相关工作后，为了进一步提高启闭机的运行质量，运行过程中需要对其进行纠偏控制管理。当闸门出现左偏时启闭机运行过程中闸门左端会明显高于闸门右端；当闸门出现右偏时，启闭机运行过程中闸门右端会明显高于闸门左端。为了防止闸门偏离问题产生，在启闭机中设置2个用于对闸门左偏和右偏的纠偏装置。利用自动纠偏机构发出纠正左偏或右偏的指令，并分别实现对启闭机中油缸活塞的加速和减速运动控制[8]。在实际应用中，启闭机的纠偏流程如图3所示。

图3 水利工程闸门启闭机运行纠偏流程示意图

图3中，H表示为水利工程闸门启闭机运行过程中合理的偏差控制范围；h1表示为启闭机中启动纠偏装置的偏差值；h2表示为启闭机中纠偏装置停止的偏差值；h3表示为停闸纠偏时的差值；h4表示为停闸后处理的偏差值。根据图2中的流程，完成对启闭机的纠偏控制。

为进一步实现对闸门启闭机的自动化控制管理，引入自动化单元完成对启闭机开关量和模拟量信号的获取，开关量和模拟量对应信号及表达符号如表2所示。

根据表2中的开关量信号和模拟量信号完成对闸门启闭机运行过程中各项状态及参数的获取，在引入之后完成对所有信号数据的处理。针对自动化单元获取到的电气量进行工程变换和预处理，并对闸门启闭机的开度信号进行越限对比。同时，为了确保闸门启闭机的安全运行，在运行过程中通过运行速度计算程序，针对可能发生的液压冲击强度进行预测，并根据预测结果对运行速度进行调整，从而确保运行过程中液压冲击始终在闸门启闭机可承受的安全限值内。

表2 开关量和模拟量对应信号及表达符号表

3.3 闸门启闭机运行中零部件养护与维护管理

在实现对启闭机运行中的纠偏与控制管理后，为了进一步提高运行质量，还需要对其零部件进行养护，并实现对启闭机的维护管理。闸门启闭机中的零部件主要包括螺栓连接部件、键连接部件、弹性联轴节部件和制动器。针对不同零部件给出对应的养护与维护方案如下。

1)针对螺栓连接位置上的零部件进行养护，需要对其定期进行加固处理，并确保启闭机在使用过程中，螺栓能够露出螺母3～4个丝扣。根据这一养护方案，一方面可以有效提高螺栓连接的稳定性，另一方面也能够有效降低后续对其他零部件维护的难度。

2)针对键连接部件的养护和维护，应当对其进行更加全面的检查，并针对存在松动或磨损的部件进行替换，避免对启闭机的运行造成影响。

3)针对弹性联轴节部件，若部件大量磨损，则需要及时修理或直接更换。同时，对这类部件，在使用过程中必须确保其具有更大的灵活性和润滑度，为闸门启闭机的正常运行提供条件。

4)对制动器进行养护。若制动器轴表面的磨损超过2 mm，则会造成整个设备的硬度无法达到硬度指标。因此，为了避免这一问题产生，在养护和维护过程中，需要不定期检查制动轴结构表面的磨损情况，并对硬度进行检测，若磨损超过40%，则需要直接更换制动器。

根据上述论述内容，完成对4种不同闸门启闭机零部件的养护和维护，从而为闸门启闭机整体运行提供保障条件。

4 结语

为了发挥启闭机的更高效率与稳定作用，本文对水利工程中常见闸门启闭机的类型、运行原理、运行问题、运行管理方法进行了研究，但此次研究在完成后没有采取措施进行实践检验。因此，可以在后续研究中，采用增设实验的方式，对设计的管理方法进行检验，掌握启闭机在运行中存在的不足与缺陷，将实践后的结果作为参照依据，进一步完善优化设计管理运行方案。