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卷揚(yáng)式啟閉機(jī)是專門用于操作快速閘門的一種啟閉設(shè)備。快速閘門是用來保護(hù)機(jī)組或鋼管的，平時懸掛在孔口上方，當(dāng)發(fā)電機(jī)、水泵或鋼管發(fā)生事故時，可以快速截斷水流，避免事故擴(kuò)大。快速閘門的關(guān)閉時間，應(yīng)滿足對機(jī)組和鋼管的保護(hù)要求，一般要求啟閉機(jī)能在2min內(nèi)將快速閘門關(guān)閉。同時為防止閘門底緣和底檻因猛烈碰撞而損壞，快速卷揚(yáng)啟閉機(jī)應(yīng)設(shè)有限速裝置，將閘門接近底檻時的下降速度限制在5m/min以內(nèi)，但下降過程中的速度并無限制要求，只要不對啟閉機(jī)零部件造成損害即可。

簡介

快速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)是專門用于操作快速閘門的一種啟閉設(shè)備。快速閘門是用來保護(hù)機(jī)組或鋼管的，平時懸掛在孔口上方，當(dāng)發(fā)電機(jī)、水泵或鋼管發(fā)生事故時，可以快速截斷水流，避免事故 擴(kuò)大。快速閘門的關(guān)閉時間，應(yīng)滿足對機(jī)組和鋼管的保護(hù)要求，一般要求啟閉機(jī)能在2min內(nèi)將快速閘門關(guān)閉。同時為防止閘門底緣和底檻因猛烈碰撞而損壞，快速卷揚(yáng)啟閉機(jī)應(yīng)設(shè)有限速裝置，將閘門接近底檻時的下降速度限制在5m/min以內(nèi)，但下降過程中的速度并無限制要求，只要不對啟閉機(jī)零部件造成損害即可。

快速閘門在正常啟閉時，對啟閉速度并無特殊要求，因此快速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)還應(yīng)具備普通卷揚(yáng)機(jī)的功能。快速閘門啟閉機(jī) ，應(yīng)有就地操作和遠(yuǎn)方操作兩套系統(tǒng)，并應(yīng)配有可靠電源。遠(yuǎn)方操作系統(tǒng)可用來操作閘門的正常閉門和事故快速閉門，《鋼閘門設(shè)計規(guī)范》(SL74-2013) 規(guī)定，從安全角度考慮不提倡遠(yuǎn)方啟門，但有些泵站為了實現(xiàn)自動控制，也具備遠(yuǎn)方啟門的功能。為保證電源供應(yīng)，遠(yuǎn)方操作系統(tǒng)除采用交流電源控制正常啟閉外，還應(yīng)采用由蓄電池室內(nèi)蓄電池組供應(yīng)的直流電源控制事故快速閉門；機(jī)組或鋼管發(fā)生事故時，故障信號應(yīng)能激發(fā)遠(yuǎn)方操作系統(tǒng)直流電源自動控制閘門快速閉門；現(xiàn)地也可手動釋放常閉式制動器的抱閘，控制閘門快速關(guān)閉。就地操作系統(tǒng)僅用來操作閘門的正常啟閉，因此采用交流電源即可。就地操作和遠(yuǎn)方操作兩套系統(tǒng)應(yīng)相互閉鎖  。

快速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)型式及操作控制方式

快速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)通常是在普通卷揚(yáng)式啟閉機(jī)上增設(shè)離心調(diào)速器 、直流電磁鐵 等設(shè)備，滿足在無交流電源情況下能快速閉門的需要，其結(jié)構(gòu)型式及操作控制方式較多。

1.直流電磁液壓松閘制動器配硅整流器操作

正常啟閉時采用交流電源，直流電磁鐵由通過硅整流的交流電源供電，操作制動器。此時電動機(jī)正常接入交流電工作，電動機(jī)驅(qū)動圓柱齒輪減速器 (開式傳動通常為二級，閉式傳動通常為四級) 和卷揚(yáng)裝置啟閉閘門，而離心調(diào)速器由于轉(zhuǎn)速較低，不參與工作。快速下降時，直流電磁鐵直接從蓄電池室接入直流電源，操作制動器，此時電動機(jī)不通電，閘門自重及水柱、加重等豎直向下的力迫使卷揚(yáng)裝置、減速器和電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)減速器高速軸達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，安裝于其上的離心調(diào)速器動作，控制閘門快速下降。在離底檻約0.3m時，主令控制器動作，自動切斷直流電源，制動器抱閘，使閘門懸掛在底檻之上。過5S后，時間繼電器動作，接通直流電源，使直流電磁鐵繼續(xù)工作，松開制動器而將閘門下降至底檻，閘門下降至底檻時的速度應(yīng)控制在5m/min 以內(nèi)，因此閘門懸掛位置不能離底坎太高；此時若交流電恢復(fù)供應(yīng)，時間繼電器也可接通交流電源，松開制動器后使電動機(jī)也投入工作，而將閘門下降至底檻。

閘門在快速下降過程中，速度并不局限在5m/min 以內(nèi)，而是根據(jù)需要由離心調(diào)速器來進(jìn)行控制。但離心調(diào)速器也是有 轉(zhuǎn)速限制的，調(diào)速器的 轉(zhuǎn)速受電動機(jī)或減速機(jī) 轉(zhuǎn)速的限制，同時也受調(diào)速器自身運(yùn)行平穩(wěn)和發(fā)熱要求的限制。在走訪中發(fā)現(xiàn)，有些工程由于閘門孔口高度不大，閘門在整個快速下降過程中的速度由離心調(diào)速器控制在5m/min以內(nèi)，就可以滿足2min內(nèi)關(guān)閉孔口要求，因此不用在閘門接近底檻時斷電，而是直接落至底檻。

在這種結(jié)構(gòu)型式中，只有一個制動器，且只配備一種電磁鐵，因此采用更加可靠的電磁液壓制動器 代替普通電磁鐵制動器。電磁液壓制動器動作平穩(wěn)、噪音低、壽命長，還可以自動補(bǔ)償自動閘瓦的磨損，制動力矩有保證。由于這種結(jié)構(gòu)型式只需要一種電磁鐵和一臺二級圓柱齒輪減速器，布置緊湊，雖制動器價格稍高，但總體造價較低，是較常采用的一種結(jié)構(gòu)型式。

2.長行程雙電磁鐵松閘制動器操作

這種操作型式的主要特點，是在長行程制動器上裝交流和直流電磁鐵各一個，并通過同一根操縱桿操作制動器。正常啟閉時采用交流電源，交流電磁鐵投入工作松開制動器，電動機(jī)接入交流電工作。快速下降時，交流電磁鐵及電動機(jī)不通電，直流電磁鐵在繼電保護(hù)裝置的作用下接入直流電源，松開制動器，進(jìn)入快速閉門模式。這種操作型式中，只需要一個制動器，但需要安裝兩種電磁鐵，因此采用制動力矩大、結(jié)構(gòu)尺寸也較大的長行程電磁鐵制動器。這種操作型式總體上布置較緊湊、投資較低，也較常采用。

3.差動圓錐齒輪減速機(jī) 及行星聯(lián)軸節(jié)傳動

在差動圓錐齒輪減速機(jī)傳動的快速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)機(jī)構(gòu)布置中，圓柱齒輪減速器不直接與電動機(jī)相連，而是由電動機(jī)通過一臺單級差動圓錐齒輪減速器驅(qū)動。電動機(jī)端設(shè)交流制動器，差動圓錐齒輪減速器十字軸端設(shè)直流制動器，圓柱齒輪減速器高速軸懸臂端設(shè)離心調(diào)速器。正常啟閉時采用交流電源，電動機(jī)端交流制動器松閘，電動機(jī)驅(qū)動差動減速器、圓柱齒輪減速器和卷揚(yáng)裝置而啟閉閘門，此時直流制動器處于制動狀態(tài)，差動減速器的十字軸不轉(zhuǎn)動。快速下降時，電動機(jī)及交流制動器不通電，直流制動器的電磁鐵在繼電保護(hù)裝置的作用下接入直流電源，將制動器松開，使閘門自行下降。

此時，圓柱齒輪減速器的高速軸及差動減速器的十字軸同時轉(zhuǎn)動，進(jìn)入快速閉門模式。行星聯(lián)軸節(jié)傳動的快速卷揚(yáng)啟閉機(jī)，就是用行星聯(lián)鈾節(jié)代替單級差動圓錐齒輪減速器 ，其余結(jié)構(gòu)和傳動原理都大致相同。

在這兩種操作型式中，都是通過中間傳動機(jī)構(gòu)，使電動機(jī)在快速閉門時從傳動機(jī)構(gòu)中完全脫離，從而改善了電動機(jī)的工作狀況。但這兩種機(jī)型需增加中間傳動機(jī)構(gòu)，并需要配置兩個制動器，安裝占地面積較大，傳動復(fù)雜，造價昂貴，在實際工程中很少采用。

泵站出口快速閘門運(yùn)行原則

軸流泵及混流泵站出口為了保護(hù)機(jī)組安全需設(shè)置斷流裝置，斷流方式很多，較常采用的是拍門或快速閘門。當(dāng)單泵流量在8m3/s以上時，泵組出口若設(shè)置整體自由式拍門，則可能產(chǎn)生較大的撞擊力，影響機(jī)組安全運(yùn)行，且開啟角過小，增加水力損失。此時多采用帶小拍門的快速工作閘門作為斷流設(shè)備，并通常在工作閘門的下游側(cè)設(shè)置1道快速事故閘門，在工作閘門發(fā)生事故時可快速閉門，防止事故擴(kuò)大，當(dāng)泵組停機(jī)檢修時也可用事故檢修閘門擋水。事故閘門停泵閉門宜與工作閘門聯(lián)動，快速啟閉機(jī)應(yīng)能就地操作和遠(yuǎn)動控制，并應(yīng)有可靠的操作電源 ，事故閘門、工作閘門事故停泵閉門時間應(yīng)滿足機(jī)組保護(hù)要求。

泵站出口快速閘門的運(yùn)行操作要求，關(guān)系到泵組的安全、高效運(yùn)行，各個泵站不盡相同，在此根據(jù)工作實踐作一總結(jié)，供同行參考。

1.泵站起排時閘門運(yùn)行原則

泵站起排時，先將事故閘門持住在孔口上方作為事故備用，工作閘門全關(guān)；當(dāng)泵組正常開機(jī)時，工作閘門應(yīng)與水泵電動機(jī)聯(lián)動，即水泵電動機(jī)得到啟動信號的同時，工作閘門也應(yīng)得到啟動信號，閘門沒有全開時水流從閘門自帶的拍門流出；工作閘門提起后持住在孔口上方作為事故備用。也有一些泵站采用泵組啟動前工作閘門全關(guān)，待泵組啟動到額定轉(zhuǎn)速后再開啟工作閘門的方式。

在這種起排方式下，水流完全由拍門流出，實踐中發(fā)現(xiàn)這會對閘門及拍門造成較大沖擊，如果每次都這么操作，會對拍門安全造成較大威脅。拍門損壞雖然可以維修，但畢竟費(fèi)錢、費(fèi)力、誤工，萬一拍門脫落還易釀成安全事故。有觀點提出如果啟動水泵的同時開啟工作閘門，泵組會難以順利啟動，其實這種擔(dān)心是多余的，相反閘門提起、流道暢通，水力損失減小，更有利于水泵啟動。當(dāng)然，泵組啟動前，工作閘門也不應(yīng)該事先提起，否則可能導(dǎo)致流道內(nèi)發(fā)生氣錘，使機(jī)組產(chǎn)生有害振動。

2.排澇結(jié)束時閘門運(yùn)行原則

排澇結(jié)束時，對工作閘門發(fā)閉門指令(正常速度閉門) ，待工作閘門底緣距底檻一定距離(比如1.0m) 時，再發(fā)停泵指令；當(dāng)工作閘門在發(fā)停泵指令之前發(fā)生故障無法關(guān)閉時，故障信號應(yīng)激發(fā)事故閘門的關(guān)閉( 正常速度閉門) ，待事故閘門底緣距底檻為1m時，發(fā)停泵指令；當(dāng)工作閘門在發(fā)停泵指令之后發(fā)生故障無法關(guān)閉時，故障信號應(yīng)激發(fā)事故閘門的關(guān)閉(快速閉門，滿足1min之內(nèi)全關(guān))。

閘門應(yīng)確保在發(fā)停泵指令后2min內(nèi)全關(guān)，這是確定閘門何時關(guān)閉的基本原則，發(fā)停泵指令時閘門底緣距底檻的具體距離，也是據(jù)此決定的。這當(dāng)然也跟閉門速度有關(guān)，不過這時的閉門速度是正常閉門速度，而不是快速閉門，快速閉門功能僅在事故工況下使用，因為經(jīng)常性的快速閉門無論對閘門還是對啟閉機(jī)都難免有一定損傷。這里事故閘門的快速閉門速度之所以要求更快，是因為事故閘門快速閉門時，停泵指令已經(jīng)發(fā)出，時間更為緊迫。

對于停泵時閘門的操作方式，通常會有以下兩種不同觀點: 一種認(rèn)為應(yīng)該在工作閘門關(guān)閉的同時發(fā)停泵指令，由于普通卷揚(yáng)機(jī)正常閉門速度一般不超過2.5m/min，采用這種方式時，除非閘門孔口高度很小，否則難以確保工作閘門在發(fā)停泵指令后2min 內(nèi)全關(guān)。雖然可以采取措施提高啟閉機(jī)的正常閉門速度，比如通過降低減速器傳動比或滑輪組的倍率( 此時需增加電機(jī)功率，由于仍為勻速閉門，因此閉門速度不應(yīng)超過5m/min，而且不應(yīng)超過離心調(diào)速器工作的臨界閉門速度，即離心調(diào)速器不應(yīng)投入工作)，或者使用變頻調(diào)速電機(jī)(此時閉門速度為起、停慢，中間快，因此閉門過程中速度可以超過5m/min，但同樣不應(yīng)超過離心調(diào)速器工作的臨界閉門速度) 等方法，但這些方法均會使啟閉機(jī)成本有較大增加。而且停泵后2min閉門只是一個極限狀態(tài)，正常停泵時應(yīng)爭取更短的閉門時間，這樣會對泵組更為有利。此外，采用這種方式時萬一工作閘門發(fā)生故障無法關(guān)閉，故障信號雖能激發(fā)事故閘門的關(guān)閉，但此時停泵指令已發(fā)出，也很難保證事故閘門在發(fā)停泵指令后2min內(nèi)能夠全關(guān)。還有一種觀點認(rèn)為，應(yīng)該等工作閘門全關(guān)之后再發(fā)停泵指令，這樣的話閘門又關(guān)閉過早，水流對閘門、拍門沖擊較大，而且也不利于泵組運(yùn)行，甚至可能造成水泵電動機(jī)超載。

3.泵組事故斷電時閘門運(yùn)行原則

泵組事故斷電時，故障信號應(yīng)激發(fā)工作閘門馬上關(guān)閉(快速閉門，滿足2min之內(nèi)全關(guān)) ，如工作閘門出現(xiàn)故障無法關(guān)閉，故障信號應(yīng)激發(fā)事故閘門馬上關(guān)閉(快速閉門，滿足1min之內(nèi)全關(guān))。為此，泵組開啟前，應(yīng)確保蓄電池及啟閉機(jī)能正常工作。

泵組事故斷電時閘門是快速閉門，從持住在孔口上方位置到全關(guān)，應(yīng)在2min之內(nèi)完成，并以此決定工作閘門快速閉門的速度。事故閘門的快速閉門速度之所以要求更快，是因為事故閘門快速閉門時，故障已經(jīng)發(fā)生，時間更為緊迫。不管是工作閘門還是事故閘門，在閉門接近底坎時均應(yīng)低速運(yùn)行  。