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一、系統(tǒng)背景
啟閉機(jī)是重要的水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備，其可操作性和穩(wěn)定性決定了水利水電工程安全。各型啟閉機(jī)的工作特征為低速重載，使用頻率低，部分深孔閘門啟閉機(jī)使用率接近1-2次/年，與港口機(jī)械常年連續(xù)使用的工況完全不同。因此套用港機(jī)的在線監(jiān)測方法和思路不適用于水工金屬結(jié)構(gòu)啟閉設(shè)備。
二、系統(tǒng)介紹
我公司研發(fā)的啟閉機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，與實(shí)際水利水電工程緊密結(jié)合，監(jiān)測內(nèi)容和精度貼合實(shí)際運(yùn)用條件，面向水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)設(shè)備在線監(jiān)測領(lǐng)域，提供的服務(wù)主要包括以下。
1、固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)（簡稱：固卷）
固卷主要用于操作各類平面檢修、事故或快速閘門，水頭不高，孔口適宜的條件下，亦用來操作平面工作閘門，部分不需要啟閉機(jī)提供下壓力閉門的弧形工作閘門，也使用固卷操作。固卷主要失效型式是機(jī)械傳動(dòng)鏈損壞，包括：制動(dòng)器徑向跳動(dòng)超差，連軸器同軸性超差，傳動(dòng)齒輪膠合，齒輪過度磨損，斷齒，滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體壓潰，滑動(dòng)軸承斷裂抱死等。針對(duì)這些傳動(dòng)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，我公司認(rèn)為對(duì)整機(jī)主要部位的振動(dòng)監(jiān)測是固卷在線監(jiān)測的重點(diǎn)。傳感器布置如下圖所示：
當(dāng)前，啟閉機(jī)電控柜內(nèi)一般均設(shè)置有較完善的荷載和開度指示裝置。我公司不再重復(fù)監(jiān)測，而將重點(diǎn)放在振動(dòng)監(jiān)測上。對(duì)啟閉機(jī)傳動(dòng)鏈的各節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置多個(gè)單向加速度傳感器，將啟閉機(jī)運(yùn)行過程中重點(diǎn)部位的振動(dòng)值進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。啟閉機(jī)與閘門的振動(dòng)完全不同，啟閉機(jī)是自身有激勵(lì)源的機(jī)械振動(dòng)，通過特定點(diǎn)位的單向加速度值，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和變換，可與測得的轉(zhuǎn)速，已知的各級(jí)齒輪齒數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)有明顯的周期性和關(guān)聯(lián)性時(shí)，可判斷該部位的部件有發(fā)生損壞的傾向，在完全破壞失效前，提示管理人員進(jìn)行維修或更換。
我公司還可按客戶要求，增設(shè)位移傳感器，監(jiān)測安全制動(dòng)器制動(dòng)盤端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)。一般來說，卷筒是整機(jī)最重的部件，卷筒軸兩端的滑動(dòng)軸承荷載最大，又處于低速運(yùn)行條件下，潤滑不良。制動(dòng)盤與卷筒剛性連接，監(jiān)測制動(dòng)盤的端面跳動(dòng)既可確保制動(dòng)器的制動(dòng)安全性，也可掌握核心部件的工作穩(wěn)定性；增設(shè)減速機(jī)高速軸輸入端溫度監(jiān)測，針對(duì)裝配工藝不良，將啟閉機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)軸承溫升情況納入監(jiān)測范圍，有助于了解整體工作狀況。
2、門機(jī)監(jiān)測
門機(jī)一般用于操作發(fā)電洞相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品和多孔泄水閘共用的平面檢修閘門。一般荷載不大，操作頻率不高，但由于門機(jī)受現(xiàn)場條件制約，一般位于壩頂，如風(fēng)、雪等活荷載具有一定的不確定性，加之起升機(jī)構(gòu)位于門機(jī)頂部，重心偏高，當(dāng)?shù)卣鸷奢d作用時(shí)產(chǎn)生鞭梢效應(yīng)，對(duì)門機(jī)有較大影響。除起升機(jī)構(gòu)參照固卷設(shè)置相應(yīng)監(jiān)測手段外，還需對(duì)門腿、主梁等結(jié)構(gòu)件監(jiān)測，原理框圖如下所示：
門腿的應(yīng)力傳感器并不是以材料的許用應(yīng)力限值為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度監(jiān)測，而是通過比較不同門腿應(yīng)力值的大小，判斷門機(jī)整體抗傾覆安全性。當(dāng)兩側(cè)門腿應(yīng)力差值較大時(shí)，表明當(dāng)前門機(jī)受強(qiáng)風(fēng)作用，須檢查夾軌器工作狀態(tài)，必要時(shí)增加臨時(shí)錨錠裝置，保證門機(jī)抗傾覆安全。
門機(jī)為鋼結(jié)構(gòu)件和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的綜合體，整體剛度偏弱；通常水利水電工程水面開闊，壩頂風(fēng)力強(qiáng)，風(fēng)向因壩體影響而多變。門腿在風(fēng)場中可能產(chǎn)生各向的振動(dòng)，屬流固耦合問題，十分復(fù)雜。現(xiàn)行門機(jī)結(jié)構(gòu)仍然遵循考慮動(dòng)荷載的靜力學(xué)設(shè)計(jì)原則，我公司偏重于整體的動(dòng)力學(xué)特性研究：通過布置于門腿和主梁的三向加速度傳感器，采集數(shù)據(jù)，經(jīng)處理和數(shù)學(xué)變換后，嘗試與主要構(gòu)件的模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)門機(jī)的動(dòng)態(tài)安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)警。
3、液壓啟閉機(jī)
液壓啟閉機(jī)較為精密，自動(dòng)化程度高，電氣保護(hù)完善，閥組具有冗余設(shè)計(jì)。我公司對(duì)液壓啟閉機(jī)的在線監(jiān)測重點(diǎn)在油缸鉸軸的工作特性監(jiān)測，輔以機(jī)架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測。如下圖所示：
通過對(duì)油缸鉸軸的監(jiān)測，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉸軸軸承的隱患，在發(fā)生鉸軸抱死前，在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出示警。
水利水電工程對(duì)啟閉設(shè)備的需求是多樣的，其它啟閉機(jī)型式，如盤香式啟閉機(jī)、螺桿式啟閉機(jī)、臺(tái)車式啟閉機(jī)等，可依據(jù)您的需求，靈活定制監(jiān)測內(nèi)容，敬請來電來函垂詢，我公司竭誠為您提供監(jiān)測方案和分析服務(wù)。
