卷揚式啟閉機是專門用於操作快速閘門的一種啟閉設備。快速閘門是用來保護機組或鋼管的，平時懸掛在孔口上方，當發電機、水泵或鋼管發生事故時，可以快速截斷水流，避免事故擴大。快速閘門的關閉時間，應滿足對機組和鋼管的保護要求，一般要求啟閉機能在2min內將快速閘門關閉。同時為防止閘門底緣和底檻因猛烈碰撞而損壞，快速卷揚啟閉機應設有限速裝置，將閘門接近底檻時的下降速度限制在5m/min以內，但下降過程中的速度並無限制要求，只要不對啟閉機零部件造成損害即可。
基本介紹
- 中文名：卷揚式啟閉機
- 外文名：Roll lift type hoist
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 範圍：電力系統
- 釋義：一種自動關閉的機械
簡介,快速卷揚式啟閉機結構型式及操作控制方式,泵站出口快速閘門運行原則,總結,
簡介
快速卷揚式啟閉機是專門用於操作快速閘門的一種啟閉設備。快速閘門是用來保護機組或鋼管的，平時懸掛在孔口上方，當發電機、水泵或鋼管發生事故時，可以快速截斷水流，避免事故擴大。快速閘門的關閉時間，應滿足對機組和鋼管的保護要求，一般要求啟閉機能在2min內將快速閘門關閉。同時為防止閘門底緣和底檻因猛烈碰撞而損壞，快速卷揚啟閉機應設有限速裝置，將閘門接近底檻時的下降速度限制在5m/min以內，但下降過程中的速度並無限制要求，只要不對啟閉機零部件造成損害即可。
快速閘門在正常啟閉時，對啟閉速度並無特殊要求，因此快速卷揚式啟閉機還應具備普通卷揚機的功能。快速閘門啟閉機，應有就地操作和遠方操作兩套系統，並應配有可靠電源。遠方作業系統可用來操作閘門的正常閉門和事故快速閉門，《鋼閘門設計規範》(SL74-2013) 規定，從安全形度考慮不提倡遠方啟門，但有些泵站為了實現自動控制，也具備遠方啟門的功能。為保證電源供應，遠方作業系統除採用交流電源控制正常啟閉外，還應採用由蓄電池室內蓄電池組供應的直流電源控制事故快速閉門；機組或鋼管發生事故時，故障信號應能激發遠方作業系統直流電源自動控制閘門快速閉門；現地也可手動釋放常閉式制動器的抱閘，控制閘門快速關閉。就地作業系統僅用來操作閘門的正常啟閉，因此採用交流電源即可。就地操作和遠方操作兩套系統應相互閉鎖。
快速卷揚式啟閉機結構型式及操作控制方式
快速卷揚式啟閉機通常是在普通卷揚式啟閉機上增設離心調速器、直流電磁鐵等設備，滿足在無交流電源情況下能快速閉門的需要，其結構型式及操作控制方式較多。
1.直流電磁液壓松閘制動器配矽整流器操作
正常啟閉時採用交流電源，直流電磁鐵由通過矽整流的交流電源供電，操作制動器。此時電動機正常接入交流電工作，電動機驅動圓柱齒輪減速器(開式傳動通常為二級，閉式傳動通常為四級) 和卷揚裝置啟閉閘門，而離心調速器由於轉速較低，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，此時電動機不通電，閘門自重及水柱、加重等豎直向下的力迫使卷揚裝置、減速器和電動機旋轉。當減速器高速軸達到一定轉速時，安裝於其上的離心調速器動作，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後，時間繼電器動作，接通直流電源，使直流電磁鐵繼續工作，鬆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控制在5m/min 以內，因此閘門懸掛位置不能離底坎太高；此時若交流電恢復供應，時間繼電器也可接通交流電源，鬆開制動器後使電動機也投入工作，而將閘門下降至底檻。
閘門在快速下降過程中，速度並不局限在5m/min 以內，而是根據需要由離心調速器來進行控制。但離心調速器也是有最高轉速限制的，調速器的最高轉速受電動機或減速機最高轉速的限制，同時也受調速器自身運行平穩和發熱要求的限制。在走訪中發現，有些工程由於閘門孔口高度不大，閘門在整個快速下降過程中的速度由離心調速器控制在5m/min以內，就可以滿足2min內關閉孔口要求，因此不用在閘門接近底檻時斷電，而是直接落至底檻。
在這種結構型式中，只有一個制動器，且只配備一種電磁鐵，因此採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、噪音低、壽命長，還可以自動補償自動閘瓦的磨損，制動力矩有保證。由於這種結構型式只需要一種電磁鐵和一台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，是較常採用的一種結構型式。
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，並通過同一根操縱桿操作制動器。正常啟閉時採用交流電源，交流電磁鐵投入工作鬆開制動器，電動機接入交流電工作。快速下降時，交流電磁鐵及電動機不通電，直流電磁鐵在繼電保護裝置的作用下接入直流電源，鬆開制動器，進入快速閉門模式。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，因此採用制動力矩大、結構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，也較常採用。
3.差動圓錐齒輪減速機及行星聯軸節傳動
在差動圓錐齒輪減速機傳動的快速卷揚式啟閉機機構布置中，圓柱齒輪減速器不直接與電動機相連，而是由電動機通過一台單級差動圓錐齒輪減速器驅動。電動機端設交流制動器，差動圓錐齒輪減速器十字軸端設直流制動器，圓柱齒輪減速器高速軸懸臂端設離心調速器。正常啟閉時採用交流電源，電動機端交流制動器松閘，電動機驅動差動減速器、圓柱齒輪減速器和卷揚裝置而啟閉閘門，此時直流制動器處於制動狀態，差動減速器的十字軸不轉動。快速下降時，電動機及交流制動器不通電，直流制動器的電磁鐵在繼電保護裝置的作用下接入直流電源，將制動器鬆開，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動，進入快速閉門模式。行星聯軸節傳動的快速卷揚啟閉機，就是用行星聯鈾節代替單級差動圓錐齒輪減速器，其餘結構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構，使電動機在快速閉門時從傳動機構中完全脫離，從而改善了電動機的工作狀況。但這兩種機型需增加中間傳動機構，並需要配置兩個制動器，安裝占地面積較大，傳動複雜，造價昂貴，在實際工程中很少採用。
泵站出口快速閘門運行原則
軸流泵及混流泵站出口為了保護機組安全需設定斷流裝置，斷流方式很多，較常採用的是拍門或快速閘門。當單泵流量在8m3/s以上時，泵組出口若設定整體自由式拍門，則可能產生較大的撞擊力，影響機組安全運行，且開啟角過小，增加水力損失。此時多採用帶小拍門的快速工作閘門作為斷流設備，並通常在工作閘門的下游側設定1道快速事故閘門，在工作閘門發生事故時可快速閉門，防止事故擴大，當泵組停機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動，快速啟閉機應能就地操作和遠動控制，並應有可靠的操作電源，事故閘門、工作閘門事故停泵閉門時間應滿足機組保護要求。
泵站出口快速閘門的運行操作要求，關係到泵組的安全、高效運行，各個泵站不盡相同，在此根據工作實踐作一總結，供同行參考。
1.泵站起排時閘門運行原則
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；當泵組正常開機時，工作閘門應與水泵電動機聯動，即水泵電動機得到啟動信號的同時，工作閘門也應得到啟動信號，閘門沒有全開時水流從閘門自帶的拍門流出；工作閘門提起後持住在孔口上方作為事故備用。也有一些泵站採用泵組啟動前工作閘門全關，待泵組啟動到額定轉速後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，實踐中發現這會對閘門及拍門造成較大衝擊，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，但畢竟費錢、費力、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，其實這種擔心是多餘的，相反閘門提起、流道暢通，水力損失減小，更有利於水泵啟動。當然，泵組啟動前，工作閘門也不應該事先提起，否則可能導致流道內發生氣錘，使機組產生有害振動。
2.排澇結束時閘門運行原則
排澇結束時，對工作閘門發閉門指令(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，再發停泵指令；當工作閘門在發停泵指令之前發生故障無法關閉時，故障信號應激發事故閘門的關閉( 正常速度閉門) ，待事故閘門底緣距底檻為1m時，發停泵指令；當工作閘門在發停泵指令之後發生故障無法關閉時，故障信號應激發事故閘門的關閉(快速閉門，滿足1min之內全關)。
閘門應確保在發停泵指令後2min內全關，這是確定閘門何時關閉的基本原則，發停泵指令時閘門底緣距底檻的具體距離，也是據此決定的。這當然也跟閉門速度有關，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，因為經常性的快速閉門無論對閘門還是對啟閉機都難免有一定損傷。這裡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，停泵指令已經發出，時間更為緊迫。
對於停泵時閘門的操作方式，通常會有以下兩種不同觀點: 一種認為應該在工作閘門關閉的同時發停泵指令，由於普通卷揚機正常閉門速度一般不超過2.5m/min，採用這種方式時，除非閘門孔口高度很小，否則難以確保工作閘門在發停泵指令後2min 內全關。雖然可以採取措施提高啟閉機的正常閉門速度，比如通過降低減速器傳動比或滑輪組的倍率( 此時需增加電機功率，由於仍為勻速閉門，因此閉門速度不應超過5m/min，而且不應超過離心調速器工作的臨界閉門速度，即離心調速器不應投入工作)，或者使用變頻調速電機(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，但同樣不應超過離心調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成本有較大增加。而且停泵後2min閉門只是一個極限狀態，正常停泵時應爭取更短的閉門時間，這樣會對泵組更為有利。此外，採用這種方式時萬一工作閘門發生故障無法關閉，故障信號雖能激發事故閘門的關閉，但此時停泵指令已發出，也很難保證事故閘門在發停泵指令後2min內能夠全關。還有一種觀點認為，應該等工作閘門全關之後再發停泵指令，這樣的話閘門又關閉過早，水流對閘門、拍門衝擊較大，而且也不利於泵組運行，甚至可能造成水泵電動機超載。
3.泵組事故斷電時閘門運行原則
泵組事故斷電時，故障信號應激發工作閘門馬上關閉(快速閉門，滿足2min之內全關) ，如工作閘門出現故障無法關閉，故障信號應激發事故閘門馬上關閉(快速閉門，滿足1min之內全關)。為此，泵組開啟前，應確保蓄電池及啟閉機能正常工作。
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，應在2min之內完成，並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，故障已經發生，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低速運行。
總結
快速卷揚式啟閉機結構型式較多，還沒有實現定型設計，快速閘門的運行原則也不盡相同，根據工程實踐、蒐集資料中的體會在此作一總結，在今後的套用中供同行參考。
