团结闸启闭机渗油处理施工思路及运维探讨

引言

闸门启闭机是水利工程运行调度、水位调控的重要设备,其运行的安全性、可靠性至关重要。因此,必须高度重视闸门启闭设备的运行管理和维修养护工作。本文从宿州市团结闸工程的启闭机渗油问题入手,阐述了问题的处理过程,同时,笔者结合多年从事水利工程管理工作的经验,对水利工程闸门启闭设备的运行维护及管理工作进行了初步探讨。

1工程概况

新汴河地处安徽省北部的准北平原,是跨豫、皖、苏三省的平地开挖的大型人工河流,1966年10月开工兴建,1970年竣工,兼有防洪、排涝、灌溉、供水、航运等综合效益。新汴河自安徽省宿州市西北戚岭子截引沱河,流经宿州市埔桥区、灵壁县、泗县,向东至江苏省泗洪县溧河洼入洪泽湖,全长127.1km。自上而下,新汴河建有大型水利枢纽工程三座,分别为宿州闸、灵壁闸、团结闸。

团结闸枢纽位于江苏省泗洪县车门乡境内,作为新汴河最末一级大型水利枢纽工程,集防洪、排涝、蓄(供)水、引水、航运等功能于一体,整个枢纽工程由节制闸、船闸、翻水站、公路桥及输变电工程组成。其中,节制闸结构形式为开敞式宽顶堰,大(2)型水闸工程,共18孔,节制闸每孔净宽6m,总宽130m,闸底高程为13.4m。每孔闸室各设置一扇露顶式平面定轮钢闸门,闸门启闭设备为2×250kN固定手电两用卷扬式启闭机(主副机)。

2渗油问题

团结闸节制闸工程2006年实施除险加固,原闸底板以上全部拆除重建,运行至今近15年。近年来,管理人员在日常巡查中发现,启闭机房内部分启闭设备的减速箱出现了不同程度的齿轮油渗漏现象,渗漏出的齿轮油沿着机体流动,分布在机器设备表面(图1),既影响了启闭设备的安全运行和日常维护,又对整个启闭设备及启闭机房的整体外观造成了不利影响。

图1 油体渗漏现场图

按照《安徽省水利工程管理考核办法》规定及省水利厅关于水管单位实施规范化管理和达标创建的工作要求,团结闸管理所目前为省三级水利工程管理单位,为实现团结闸工程管理水平新的突破,笔者认为很有必要对上述问题进行妥善处理。

3原因分析

通过与减速箱生产厂家现场会商,根据检测结果,排除了产品质量问题,初步判断渗油原因为以下几点:

3.1原因一

团结闸工程节制闸启闭机减速器形式为3级减速,每级减速轴两端设计的密封盖与机体连接面设置一道密封垫。受所处环境(昼夜及季节温差变化大)和工作年限时间长(投入使用至今近15年)的影响,密封垫老化,无法达到工作状态,从而出现齿轮油渗漏现象。

3.2原因二

通过随机现场抽检3台启闭机制动轮径向跳动量,最大偏差均达到了200um以上,依据《水利水电工程启闭机制造安装及验收规范》(SL381—2007)要求,本工程制动轮跳动量应不大于100um。分析偏差超标的原因:制动轮工作表面(未与闸瓦接合部位)长期暴露于水面之上,所处的空气环境相对潮湿,从而发生锈蚀,启闭过程中与闸瓦不可避免地发生摩擦(图2)。工作表面圆周各段磨损量不同,在长年积累下制动轮失圆超标,造成跳动量不能符合规范要求。

图2 制动机剖面图

跳动量超标的制动轮工作时会产生偏心力矩,与其连接的减速器输入轴受到影响,同样出现高频振动,使减速器的密封圈、密封垫、传动机构出现不良变化,最终导致机体出现渗油问题。

3.3原因三

日常的运行维护工作没有完全到位,这里说的不到位是指人员的综合素质不到位、运行维护工作的费用不到位,需管理单位和主管部门高度重视。

4处理方案

4.1方案一

(1)对18套启闭机制动轮逐台进行检测并记录测量值,对偏差超标的制动轮进行更换处理。

(2)拆除与减速器输入轴及输出轴连接的紧配件(主副机联轴器、轴承座与轴承、电动机、制动器、输入轴端制动轮、输出轴端小齿轮等)。

(3)配合吊装设备,拆除减速器后返厂维修。拆除上机盖,放空内部空齿轮油后,用柴油清洗内部齿轮、轴承等。手动盘车,用百分表、塞尺等检测运动部件的形状和位置公差是否超标,如超过公差要求,应进行更换处理。

(4)拆除减速器各级减速轴两端的密封盖后,更换新的密封垫及密封圈,重新装配时,结合部位均匀涂一层液体密封胶。

(5)把维修好的减速器按拆除顺序反向操作,整机装配完成后,注入适量齿轮油进行空载及联调试验。

方案说明:本方案针对减速器的失效零部件进行更换。受现场装配条件限制,减速器组装后的配合精度、密封的持久性将低于原封机械的工作状态。因此,随着维修后的若干个维护期的结束,不能保证在减速器的全寿命工作周期内不再出现渗漏现象。

4.2方案二

(1)对18套启闭机制动轮逐台进行检测并记录测量值,对偏差超标的制动轮进行更换处理。

(2)拆除与减速器输入轴及输出轴连接的紧配件。

(3)结合启闭机制造图纸,参照原减速器各项技术指标,选定新的减速器型号。针对减速器升级造成的新机座螺栓孔位置与机架可能不对应情况,邀请厂家重新设计机座与机架的过渡连接件,现场调试组装。

(4)按拆除顺序反向操作,整机装配完成后,注入适量齿轮油进行空载及联调试验。

方案说明:本方案采用更换总成的方法进行处理,从根本上解决了因机械部件本身原因造成的齿轮油渗漏情况。

4.3方案选定

团结闸管理所结合单位实际情况,经过研究,决定采取第一种处理方案对启闭机渗油问题进行处理。

5组织实施

5.1施工处理措施

本次施工措施主要包括部件采购、吊装设备制造及组装、启闭机制动器检测、启闭机制动器拆卸与安装、联合调试、电缆整理等,具体如表1所示。

5.2主要处理环节

5.2.1吊装

(1)计算吊装用具是否满足本工程的吊装要求;检查钢丝绳有无断丝;做好手拉葫芦安全性检查、起吊工装支承构件的安全受力分析等工作。

(2)利用型钢、钢板等材料制造起吊工装门架,为保证现场使用中不破坏地砖,设置四个橡胶滚轮。门架与减速器的垂直上方,设置一个3t手拉葫芦作为起升机构。

(3)对待吊装的临时构件进行吊装前的质量复查,检查合格方可进行吊装。

(4)对相关部位进行必要的表面污垢清理。

(5)协调管理单位,开辟一临时性通道,保证减速器从启闭机房内顺利运输至公路桥面上。维修工作完成后,积极配合管理单位进行启闭机房的复原。

(6)节制闸门处于全关状态,切断与启闭机的电源连接。利用预先架设在启闭机平台的起吊工装钢梁,通过手拉葫芦连接主副机连接轴,拆除连接轴两端的联轴器后,将连接轴放置于稳妥位置。

(7)将减速器输出轴侧的轴承座及输入轴侧的电动机、制动器拆除后,卸去减速器与启闭机架的连接螺栓。起吊减速器后用工装车架移出工作区域,进行后续的维修工作。

5.2.2检测

施工检测环节如图3所示。

图3 现场检测图

(1)制动轮工作表面的粗糙度:不大于Ra1.6um。

(2)制动轮在松闸状态下的径向跳动公差:不大于GB/T1184中的T9级。本工程对应公差为100um。

(3)松闸状态下,制动轮与闸瓦的间隙:0.5~1.0mm。

(4)抱闸状态下,制动轮与制动带的实际接触面积:不得小于总面积的75%。(5)制动轮表面硬度:HRC35~HRC45。

(6)电动机输出轴径向跳动公差:不大于GB/T1184中的T7级。

(7)减速器输入轴径向跳动公差:不大于GB/T1184中的T7级。

5.2.3调试

(1)安装后,按规范要求调整以下相关技术参数:1)开式齿轮的中心距:2)齿轮副的法向侧隙:3)大小齿面的接触斑点面积:4)制动轮径向跳动公差:5)松闸状态下,制动轮与闸瓦的间隙:6)抱闸状态下,制动轮与制动带的实际接触面积等。

(2)组装调整完成将启闭机各零部件就位准确后,拧紧所有紧固螺栓。

(3)减速器清洗后注入新齿轮油至油尺标定要求位置。

(4)减速器空载无负荷运转,距其前后左右1m处测量噪声,应不大于85dB(A)。

(5)测量电动机三相电流不平衡度:不超过10%。电气设备应无异常发热现象。

(6)电气线路绝缘电阻:应大于0.5M0。

(7)所有机械部件运转时,无冲击和其他异常声音。检查开式齿轮啮合状态满足要求。

(8)制动器无打滑、无焦味和冒烟现象。

(9)联调试验结束后,检查各部件不得有破裂、永久变形、连接松动或损坏,电气部分无异常发热现象等影响性能和安全的质量问题。

本次团结闸启闭机渗油问题的处理,从产品质量、设备运行环境、省厅的规范要求、施工环节等多方面进行综合考虑,制订科学合理的处理方案,确保处理工作的各项措施顺利实施。至此,团结闸枢纽节制闸启闭机渗油问题的处理圆满完成,取得良好效果。

6启闭设备的运行维护探讨

6.1工作原理

团结闸采用的是卷扬式启闭机,其结构紧凑、承载能力大、运行平稳可靠、安装维护方便,是水利水电工程上应用最为广泛的一种启闭机。不同于液压式和螺杆式启闭机,其应用广泛,加工制造容易,出现问题易于发现和处理,日常运行管理和维修养护较为方便。

团结闸卷扬式启闭机由左半机和右半机(主副机)组成,中间由中间轴连接起同步作用。其工作原理为:电动机驱动减速器,减速器驱动缠绕钢丝绳的绳鼓,再借助绳鼓的转动收放钢丝绳,然后钢丝绳带动滑轮组,通过物理作用,使其启闭力增大数倍后再提升闸门,形成电能一机械能这样一个能量转换的过程。

6.2存在问题

除了本次叙述的渗油问题,卷扬式启闭机还存在以下问题:

(1)制动器失灵。制动器是闸门启闭机重要组成部件,在运行中容易磨损,导致制动力下降,严重时会失去制动作用。制动器一旦磨损严重,必须及时调整制动力或更换制动块,否则在提升闸门泄洪时,闸门一旦失去动力控制,就会由于制动力小于闸门自身重力而自行下降,失去控制。这样既威胁到闸门的安全,也影响到电站的防洪度汛安全。

(2)钢丝绳滑轮卡阻不转动。滑轮卡阻不转,必然与钢丝绳产生较大的摩擦,两者都受到磨损。如钢丝绳磨损严重,将会影响钢丝绳的强度和承载能力:严重时在启闸门过程中钢丝绳会突然崩断,闸门就会失去平衡拉力,在水的推力作用下闸门就会遭到损坏。这样不但影响到电站的防洪度汛安全,也会影响到电站整体系统的生产运行。因此,要加强对滑轮组的定期维护及运行监视。

(3)电机故障。电机是启闭机的关键部件,在实践过程中存在水闸电路设计、施工不合理的情况,线路被损坏,电线交叉,机体产生抖动、噪声等,必然对启闭机的后续管理造成影响。

(4)超期运行。我国水利工程的规模越来越大,据统计,目前有超过1400座的水利闸门启闭机处于超期限运行状态,即80%以上的闸门启闭机需要在短期内换新。设备超期限运行,各构件老化程度不断加剧,基本性能急速衰减,不仅维护管理的难度增大,运行效率也会大大降低,还会成为威胁水利工程的重大安全隐患,必须要加强对此方面的重视。

6.3工作对策

(1)启闭机是水利工程闸门正常开启和关闭的动力之源,有它自身的特点和要求,同时,作为机械设备,启闭机又具备一般机械设备的共性,比如零部件的损耗、机械受力情况、油脂与润滑等,因此日常的运行维护工作需要综合考虑设备的特点和共性问题。

(2)完善规章制度,提高工程的精细化管理水平。按照省厅出台的考核办法,稳步推进工程管理的规范化建设,改变重建轻管的不利局面。如建立健全闸门启闭机安全养护制度、安全操作规程、巡视检查制度等,以制度建设推动水利工程管理水平的提高。

(3)健全工作机制,创新工程管理工作模式。相关检查、维护、检修,要形成常态化,从而降低机械磨损、腐蚀对启闭机运行效能的影响,最大限度延长设备使用寿命,消除安全隐患,保证设备处于正常的工作状态,降低水利工程运行成本,提高设备完好率。这里所说的"检查"包括定期检查、日常检查以及专项检查。一般来说,定期检查是在每年的汛前或者汛后进行:日常检查则是每月不少于2次:专项检查是当风暴、洪水、地震或其他事故发生时所开展的检查。

在进行检查的时候把握"清洁、紧固、调整、润滑"的原则,主要注意以下内容:油路通畅与否,油量或者油质是否符合规定要求:闸门启闭机能否灵活运行且制动准确,有没有腐蚀现象或者反常的声响,零部件有没有裂纹、缺损以及磨损:线路正常与否,接头牢固与否,安全保护装置是不是动作准确并且可靠,还有指标仪表的指示是否正确,等等。特别要注意,每次检查都要形成详细的检查记录,并整理归档。启闭机房如图4所示。

图4 启闭机房图

(4)加强人员培训,提高工程管理的专业化水平。随着水利工程运行管理自动化的推广,管理单位必须加强人员队伍的业务能力、管理理念、操作技能等专业培训,结合现代信息技术,实现水闸启闭机运行状态的安全性、智能化、信息化,保证整个工程的安全运行。

(5)加大资金支持,确保工程维修养护工作顺利开展。《安徽省水利工程维修养护定额标准》(简称《定额标准》)的颁布实施,为水利工程管理单位的资金争取提供了政策和技术支持。因此,作为水利工程管理单位,应该深入学习《定额标准》,为工程的运行维护争取必要的经费。

7结语

在水利工程运行过程中,启闭机、闸门、止水、滚轮等设备由于机械磨损、振动、受力、环境等多种因素影响,其安全性、动力性、经济性难免下降,从而产生安全隐患,因此管理单位必须从各方面加强水利工程管理工作,确保工程安全运行。