门式起重机起升机构增设无电应急操作系统的应用

傅剑文，顾承庆，邓亚新

（国网新源集团有限公司新安江水力发电厂，浙江 杭州 311608）

0 引言

水电站泄洪闸门的及时起升,是避免溃堤、漫坝等安全事故的重要保障。门式起重机主要以高压电源驱动电动机，为起升机构、行走机构、回转机构等提供动力，是水电站、港口等工程中不可缺少的重要机械化设备。电驱动系统在门式起重机电源供应出现故障，或是电动机及控制系统出现故障时，起重机将无法正常工作。起升过程中因断电或电动机故障造成重负载悬空停滞，如不及时下落存在较大的安全隐患。通常门式起重机对于现场电源供应出现故障的应对措施是配置柴油发电机，在停电时通过柴油发电机提供电源，保障正常运行。但需要配置的柴油发电机功率较大，所占用空间较大，且要有一系列匹配的控制系统，结构较为复杂、成本较高。因此，为门式起重机起升机构增设其他非电力驱动方式是十分必要的。文章介绍了在新安江水力发电厂泄洪闸双向门机起升机构增设无电应急操作系统的应用实例，该无电应急操作系统的增设，提高了门式起重机运行安全保障，是现有运行系统的必要补充，有效解决起升机构的电机、控制系统出现故障或失电等无法工作的问题，保证运行安全。

新安江水力发电厂泄洪闸门采用门式起重机进行起吊，门机主起升机构为双吊点双电机驱动方式。

起升机构基本参数如下：

每台门机主钩起升电机数量：2 台

额定启门力：2×800 kN

电机型号：YZP315S1-10

电机功率：55 kW

电机转速：569 r/min

减速器型号：JH450D-SW-112

起升速度：2.14 m/min

启闭力：1382 kN（109 m 水位）

启闭力：1330 kN（108 m 水位）

1 无电应急操作系统简介

操作系统基本布局示意如图1 所示，除同步控制柜外，整体左右两侧对称。

图1 无电应急操作系统图

图2 动力单元及应急操作器

图3 传动机构-离合器及T 型转换箱

动力单元包含柴油发动机、启动电池、液压泵及相关的液压管路、电气元件等。应急操作器本体包含液压油路块、电磁阀控制组件、液压油等。液压泵在柴油发动机驱动下对外提供高压油；液压泵的排油口通过相应的控制阀与应急操作器本体相连。通过控制阀可以调整液压系统的压力、流量及流动方向等，通过旋转机构、离合器、T 型转换箱连接到减速机输入轴端。在应急操作时通过连接离合器接入，带动起升机构一起转动，实现闸门的应急起升操作；应急下降时依靠闸门自重进行下降驱动。同步控制柜包含控制模块、操作面板、动力电池等，通过采集编码器的实时状态判定门式起重机的双吊点开度值，控制应急操作器内电磁阀通断，实现双吊点同步运行及极限值保护等功能。一套同步控制柜同时连接及控制左/右两侧编码器和应急操作器。

2 无电应急操作系统的计算及选型

根据新安江电厂坝顶门式起重机起升机构参数计算如下：

（1）计算电机扭矩

（2）计算所需应急操作器功率

根据功率计算，选择MQHGTD-70-TB 型无电应急操作器。

通过以上计算并进行对比，可知：

（1）应急功率

（2）应急额定扭矩

对比结果：应急操作器输出扭矩、功率等性能满足使用要求。应急起升机构参数见表1 所示。

表1 应急起升机构参数

3 改造方案简述

在门机小车室内增设应急操作器及同步控制柜，通过T 型箱与制动器、减速机高速轴、应急操作箱连接，实现应急操作器与门机起升机构的连接。

将门机制动器轴端增设一对法兰，通过可投退的联轴器连接应急操作器，并连接应急操作器。安装液压动力单元，通过液压油管与应急操作器连接。首先焊接T 型箱、花键离合器及无电应急操作装置的安装底座。焊接后进行了打磨、调平、对正。检查确认安装基础焊接牢固。将T 型箱运到安装底座位置并进行预固定，安装花键离合器，预留调整空间符合应用，最后安装应急操作器。

焊接同步柜和动力单元的安装底座，焊接后进行了打磨、调平。将动力单元和同步运至指定位置，固定。更换原起升机构制动轮，增设T 型箱，T 型箱通过连接轴套连接制动器，另一轴通过离合器连接应急操作。应急设备改造完成后，应急设备及T 型箱和离合，都在起升机构的主梁上，通过底座横跨两个主梁，所占位置，没有需要检修的部件，不影响人员操作的通行。管路按照图纸及现场标识连接，检查正确。对现场焊接处进行焊皮清理和打磨，并进行补漆，颜色一致。检查焊接的密封性，密封性能良好。待全部部件安装完毕后进行整机调试,并按要求由浙江省特种科学研究院进行监督检验等工作。

4 增设的无电应急操作器特点

无电应急操作系统采用柴油发动机作为动力，依靠液压系统带动液压马达旋转，液压动力输出端与门式起重机的减速机端连接，与原电机驱动机构并行布置。在电动机正常工作时，断开离合器使应急操作系统处于备用状态；当电动机无法正常工作时，接入离合器使应急操作系统进入应急状态，进行闸门起升驱动。两种运行方式互不干扰。无电应急操作系统运行平稳，性能可靠；运行中没有高压动力电源，避免人身触电伤害；系统满足长时间应急运行，可适用于多孔闸门依次起升操作。

应急操作时满足起升机构的双向操作。应急操作器内通过换向阀的切换改变液压油路流动方向，实现闸门起升/下降的方向控制。在应急下降操作时，不需要外部输入动力驱动，仅依靠应急操作器内部阀组部件的液压阻尼作用，即可控制闸门在重力下的运行速度，实现失电下的平稳落门。应急工况下降时不使用任何动力，只通过无电液控应急操作装置液压阻尼原理使闸门平稳下降，下降速度可调整并可按需停留在某一位置。启闭机应急起升时，通过以柴油发动机为动力的动力单元输出高压油，由液压驱动无电液控应急操作器带动卷扬启闭机起升。

原门式起重机双吊点间没有同步轴，应急操作时根据开度信号采集双吊点位置，通过同步控制柜的控制逻辑判定，输出控制吊点对应阀组的通断，保证双吊点的同步起升或下降。采用两个多圈绝对值编码器作为起升机构转速及转角信号采集装置，通过控制模块计算实时运行圈数及角度差值，对相应吊点处液压管路采取节流控制，实现双吊点的平衡运行，保证同步。

应急操作系统选用的是机械式多圈绝对值编码器，在应急操作器接入系统时，可以保持门机运行的开度值，使应急操作系统与门机实际开度全程一致对接。即使在失电的状况下也不会丢失实际开度值，因此在安装时进行一次零位对接校准，后面运行即可保持识别现有门机高度上限/下限的位置，实现报警提示。

多重运行保护措施兼容。应急操作系统内除同步运行、极限位置保护功能外，也兼容考虑系统超压的保护。当应急操作系统内部运行压力超出规定时（闸门卡阻或不平衡造成超载），压力继电器接通使应急操作器进行报警输出。这样可以避免超载运行造成门机结构、起吊装置或闸门本体等损坏。

应急操作时，无电应急操作系统具有起门力增容能力。应急操作器的液压系统压力直接影响输出扭矩，增大系统压力可提高起门力。应急操作器可提供低转速大扭矩输出，对闸门的提升力最大可增加约30%，可根据实际闸门的状态设置提升力，以满足特殊工况下（如地震、泥石流等）的突发应急需求。无电液控应急操作装置应急操作时，启闭机下降速度可通过手动流量阀控制、调整且锁定，无须增容时，无电液控应急操作装置的输出扭矩应与电机的输出扭矩匹配，误差在±2%以内，同时具备对卷扬启闭机增容的能力，且增容量可在102%～130%的范围内进行调整，以保证在复杂情况下的应急响应能力。

5 无电应急操作系统操作流程说明

应急操作系统中的离合器通断作为结构接入控制。在无电应急操作系统中，选用的机械式多圈绝对值编码器每旋转一圈对应门式起重机横梁高度变化约4.4 mm，在应急同步控制中根据双吊点的差值自动进行控制调整。

应急操作器起升时，需启动动力单元，如需同步时，要打开同步柜控制，参考同步控制柜操作说明。①检查应急操作设备电池电量、柴油、液压油、润滑油等状态正常；②检查应急系统管路连接正常，无泄漏及破裂；③确认进入应急状态，推动离合器接入应急操作器；④按照操作说明启动柴油机，确认柴油机运转正常；⑤将控制阀组设置成起升状态；⑥系统建压要规定值，释放制动器，实现闸门起升；⑦单机运行时，无须打开同步控制系统，双机运行时，需启动同步控制系统，由控制系统控制双机同步运行；⑧设置柴油机油门大小，调节闸门运行速度；⑨运行到指定位置，锁紧制动器；⑩关闭发动机，结束运行。

6 总结

经过项目实际安装、测试验证，无电应急操作系统的功能及指标满足设计要求，实现了无电状态下的应急起升及下降。无电应急操作系统运行精度高、可靠性好，日常维护简单，易于操作。项目的实施为门式起重机在现场失电的情况下安全运行提供了进一步的保障措施，也为其他类似工程应用提供了实验平台及借鉴经验。

无电应急操作系统运行过程中无高压动力电源，无人员触电风险，保证了操作者的安全；提供低转速大扭矩输出，提升力扩容的特点可应对多种特殊工况。门式起重机增设无电应急操作器可消除现有起升机构的潜在风险，是水电工程应急起门操作的一种创新方式，是闸门应急预案中必不可少的应急设备。增设无电应急操作系统，进一步提高现有门式起重机的可靠性，可以保障水电站、大坝的安全，社会及经济效益突出，应用前景广泛。