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引水口工程閘門啟閉機(jī)電氣設(shè)計(jì)論文
摘要：小浪底南岸引水口工程進(jìn)水塔處的固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)、門機(jī)和引水隧洞出口的油壓?jiǎn)㈤]機(jī)是引水口工程的重要金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備，其電氣控制操作的可靠性、靈活性，直接影響整個(gè)引水口工程的安全。本文詳細(xì)介紹了幾種類型的啟閉機(jī)電氣設(shè)計(jì)原理。
關(guān)鍵詞：小浪底南岸引水口啟閉機(jī)電氣設(shè)計(jì)
1概述
小浪底南岸引水口工程的任務(wù)是從小浪底水庫(kù)引水向小浪底南岸灌區(qū)和洛陽(yáng)市城市供水。小浪底南岸灌區(qū)是河南省嚴(yán)重干旱缺水的地區(qū)之一，長(zhǎng)期以來(lái)由于受干旱的影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平較低，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量低而不穩(wěn)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢。灌區(qū)的主要受益縣孟津縣系河南省的省級(jí)貧困縣，脫貧致富是小浪底南岸灌區(qū)開發(fā)的首要任務(wù)；而洛陽(yáng)市的城市供水，主要依靠地下水，近幾年來(lái)由于局部超采，地下水位一般已下降10米左右，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)事業(yè)的發(fā)展，供需矛盾愈加突出。為解決以上問題，經(jīng)有關(guān)專業(yè)多方面研究、論證，唯一的選擇是興建小浪底水庫(kù)供水工程。
小浪底南岸引水口工程引水方式為直接從小浪底水庫(kù)自流引水，經(jīng)進(jìn)水塔、輸水隧洞和出口分水工程等主要建筑物向南岸灌區(qū)及洛陽(yáng)市城市供水。進(jìn)水塔順?biāo)鞣较蛞来嗽O(shè)有主、付攔污柵，階梯式檢修門和事故門，塔頂布置700KN雙向門機(jī)一臺(tái)，1x1250KN固定式啟閉機(jī)一臺(tái)。門機(jī)用于起吊三孔檢修門和主、付攔污柵。
2固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)電氣設(shè)計(jì)
固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)安裝在進(jìn)水塔內(nèi)276m高程，用于操作進(jìn)水塔事故閘門。運(yùn)行條件為動(dòng)水下門，靜水啟門，采用一門一機(jī)布置方式，單機(jī)重量42t。事故閘門的設(shè)置是為了當(dāng)進(jìn)水塔后隧洞及出口弧門發(fā)生事故時(shí)，能夠及時(shí)關(guān)閉洞口以防事故擴(kuò)大，啟閉機(jī)容量為1x1250KN。當(dāng)庫(kù)水位在240～246m之間時(shí)，事故閘門可直接開啟而無(wú)需充水平壓；庫(kù)水位超過(guò)246m時(shí)，事故門開啟前利用242m高程處的平壓管進(jìn)行充水平壓。
卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的主要電氣設(shè)備有：線繞電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，容量為55kW，制動(dòng)器一臺(tái)及啟閉機(jī)電氣控制裝置一套。另外還有開度測(cè)控裝置、荷載測(cè)控裝置、主令控制器等。
2．1啟閉機(jī)控制
卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)采用常規(guī)控制方式，現(xiàn)地操作。在啟閉機(jī)室設(shè)有一塊控制屏，一塊接觸器屏和一塊起動(dòng)電阻屏�？刂破辽喜贾糜虚l門開度顯示儀、荷載控制顯示儀、控制開關(guān)、信號(hào)燈、按鈕、繼電器等；接觸器屏上布置有電流表、電壓表、接觸器、斷路器、熱繼電器、電流互感器等主回路設(shè)備；起動(dòng)電阻安置在起動(dòng)電阻屏內(nèi)。
閘門運(yùn)行有三個(gè)位置：上限位置、檢修位置、下極限位置，閘門到達(dá)此三個(gè)位置時(shí)自動(dòng)停機(jī)。為了提高可靠性，通過(guò)閘門開度測(cè)控裝置和主令控制器互為備用方式實(shí)現(xiàn)閘門運(yùn)行位置的控制。
閘門提升或下降時(shí)，首先接通上升或下降接觸器，然后經(jīng)延時(shí)依次接通相應(yīng)的接觸器，將起動(dòng)電阻逐級(jí)切除，使閘門穩(wěn)定運(yùn)行。
2．2保護(hù)
為防止啟閉機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，在卷筒一端軸承座下安裝有QCX-2型壓力傳感器。運(yùn)行中，當(dāng)啟閉荷載達(dá)到額定荷載的90%時(shí)，傳感器發(fā)出聲光警報(bào)；當(dāng)啟閉荷載超出額定荷載10%時(shí)，傳感器發(fā)出聲光警報(bào)，并自動(dòng)切斷電源，啟閉機(jī)停止工作。
閘門在運(yùn)行過(guò)程中，若發(fā)生電氣過(guò)負(fù)荷，相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作停機(jī)，并發(fā)聲光信號(hào)。
3液壓?jiǎn)㈤]機(jī)電氣設(shè)計(jì)
液壓?jiǎn)㈤]機(jī)用于引水洞出口工作閘門。泵站設(shè)2套油泵電動(dòng)機(jī)組，每臺(tái)油泵電動(dòng)機(jī)的容量為18.5kW。在油壓?jiǎn)㈤]機(jī)室設(shè)置一塊控制屏，一塊接觸器屏。閘門開度控制儀、“主/備用”泵選擇開關(guān)、按鈕、中間繼電器、時(shí)間繼電器、閘門位置信號(hào)燈、油壓、油位及過(guò)負(fù)荷信號(hào)燈等布置在控制屏上。軟啟動(dòng)設(shè)備、電流表、二臺(tái)油泵起動(dòng)及運(yùn)行信號(hào)燈、斷路器，接觸器，電流互感器等主回路設(shè)備布置在接觸器屏上。
3．1啟閉機(jī)控制
液壓?jiǎn)㈤]機(jī)采用常規(guī)繼電器控制方式，油泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)。工作泵與備用泵不得同時(shí)起動(dòng)，在控制屏上設(shè)有泵的“主用/備用”選擇開關(guān)。
啟閉閘門時(shí)應(yīng)首先啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，電機(jī)運(yùn)行10秒后，才可以操作相關(guān)的電磁閥動(dòng)作；停機(jī)時(shí)，只有在所有電磁閥斷電5秒后，電動(dòng)機(jī)電源才允許切斷。提升或下放閘門至全開或全關(guān)位置時(shí)，由高度指示儀發(fā)訊，自動(dòng)切斷電源停機(jī)。部分開啟時(shí)，當(dāng)閘門上升或下降到所需位置后，按下“停止”按鈕，相繼斷開電磁閥和油泵電動(dòng)機(jī)的電源，閘門停在所需位置。
當(dāng)閘門長(zhǎng)期處于全開或部分開啟位置，出現(xiàn)油缸漏油使閘門出現(xiàn)下沉情況時(shí)，由高度指示儀控制工作泵自動(dòng)起動(dòng)，閘門復(fù)位后工作泵斷電自動(dòng)退出。若工作泵出現(xiàn)故障，即油缸活塞桿下沉但工作泵卻并未起動(dòng)時(shí)，活塞桿會(huì)繼續(xù)下沉到設(shè)定最大值,由高度指示儀控制工作泵退出，起動(dòng)備用泵，為油缸供油，使閘門自動(dòng)復(fù)位，之后備用泵斷電退出。
3．2系統(tǒng)保護(hù)
1）當(dāng)提門時(shí)，油缸下腔的油壓超過(guò)設(shè)計(jì)油壓的10%時(shí)，壓力繼電器PJ3動(dòng)作，切斷電源，使電機(jī)停止運(yùn)行；
2）當(dāng)下門時(shí)，油缸上腔的油壓超過(guò)設(shè)計(jì)油壓的10%時(shí)，壓力繼電器PJ2動(dòng)作，切斷電源，使電機(jī)停止運(yùn)行；
3）當(dāng)油缸在動(dòng)作時(shí)，若工作泵發(fā)生故障，壓力過(guò)低，壓力繼電器動(dòng)作使工作泵退出，延時(shí)后起動(dòng)備用泵，若備用泵仍有故障，切斷電源，備用泵停止運(yùn)行。
4）油箱油位過(guò)高或偏低時(shí)，液位繼電器動(dòng)作，發(fā)出聲光信號(hào)；
油箱油位過(guò)低時(shí)，液位繼電器動(dòng)作，液壓系統(tǒng)立即停止工作，并發(fā)出聲光信號(hào)。
5）當(dāng)油泵電機(jī)組在運(yùn)行中過(guò)載時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，切斷電源，電機(jī)停止運(yùn)行。
6）聲光信號(hào)：閘門到達(dá)全開及全關(guān)位置、濾油器堵塞、油缸上、下腔壓力過(guò)高等故障都發(fā)出聲光信號(hào)。
4門式啟閉機(jī)電氣設(shè)計(jì)
塔頂門機(jī)用于啟閉進(jìn)水口三扇檢修門及一套攔污柵。門機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、門架、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、夾軌器、小車機(jī)房、電纜卷筒、軌道等組成，門機(jī)附屬設(shè)備為兩臺(tái)機(jī)械抓梁。
門機(jī)上的主要電氣設(shè)備包括：主起升電動(dòng)機(jī)22kW，1臺(tái)；小車運(yùn)行電動(dòng)機(jī)2.2kW，2臺(tái)；大車運(yùn)行電動(dòng)機(jī)2.2kW，4臺(tái)；夾軌器電動(dòng)機(jī)3kW，2臺(tái)。
4．1門機(jī)的控制和保護(hù)
門機(jī)的供電電源為380/220V，控制方式為主令控制器或按鈕加接觸器常規(guī)控制。各電氣設(shè)備的控制箱均安裝在小車機(jī)房?jī)?nèi)�？刂撇僮髌骷托盘�(hào)指示燈等布置在司機(jī)室聯(lián)控臺(tái)上，高度、荷載、風(fēng)速風(fēng)向顯示儀表布置在司機(jī)室內(nèi)的儀表箱上。
門機(jī)的電源電纜經(jīng)大車電纜卷筒、機(jī)架、小車滑線引至小車機(jī)房?jī)?nèi)的總電源控制箱A0，然后分為二路，一路接斷路器QF0向主要電氣設(shè)備供電，另一路接斷路器QF1為門機(jī)照明、插座等回路供電。斷路器QF0和QF1均為就地手動(dòng)合閘，QF0配有分勵(lì)線圈可在司機(jī)室進(jìn)行遠(yuǎn)方跳閘。
門機(jī)的起升機(jī)構(gòu)控制采用“上升”、“下降”各三檔的LK-11系列主令控制器，獨(dú)立的合脫鉤控制開關(guān)�？紤]到門機(jī)起吊的三孔檢修門和攔污柵的吊點(diǎn)均不在同一高程上，為此設(shè)置了閘門選擇開關(guān)，并采用有多點(diǎn)位置接點(diǎn)輸出的高度指示器，使操作任何一扇閘門均能在其要求的位置自動(dòng)停機(jī)。大車在運(yùn)行過(guò)程中和大車夾軌器未夾緊的情況下主起升機(jī)構(gòu)不能工作。
小車運(yùn)行控制主令控制器“向前”、“向后”各一檔。當(dāng)電源正常、小車電動(dòng)機(jī)正常且起升荷載小于20t、大車制動(dòng)、小車夾軌器松開時(shí)，小車才能運(yùn)行。小車運(yùn)行到前后極限位置時(shí)自動(dòng)停機(jī)。
大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由四臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，為保證大車運(yùn)行平穩(wěn)，應(yīng)使四臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。因此設(shè)計(jì)了由一個(gè)接觸器控制四臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟停運(yùn)行。大車運(yùn)行控制主令控制器“向左”、“向右”各一檔。在起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)、靜荷載小于20t、小車制動(dòng)且大車電氣設(shè)備正常、夾軌器松開的情況下，大車才能運(yùn)行。
司機(jī)室內(nèi)設(shè)置了大、小車運(yùn)行信號(hào)燈、90%荷載信號(hào)燈及報(bào)警電笛，閘門下降就位指示燈及電鈴，全面警示電鈴等。
4．2保護(hù)
在門機(jī)的起升、大車、小車等控制回路中均設(shè)置了零壓零位聯(lián)鎖、電動(dòng)機(jī)過(guò)流保護(hù)閉鎖、限位保護(hù)回路，啟閉機(jī)機(jī)械過(guò)載、輕載保護(hù)等回路。當(dāng)起升荷載達(dá)到110%額定荷載時(shí)，提升回路自動(dòng)斷電，保護(hù)門機(jī)不受重載破壞。當(dāng)下降荷載低于20%額定荷載時(shí)表明下放的重物被卡住，下降回路自動(dòng)斷電并發(fā)聲光信號(hào)提醒運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)處理。零壓零位聯(lián)鎖回路保證起升機(jī)構(gòu)、大車、小車不允許同時(shí)工作。限位保護(hù)回路使各運(yùn)行機(jī)構(gòu)一旦達(dá)到運(yùn)行極限位置即立即自動(dòng)停機(jī)。
5結(jié)語(yǔ)
小浪底南岸引水口工程在2001年11月進(jìn)行了階段驗(yàn)收，在驗(yàn)收過(guò)程中分別對(duì)塔頂門機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、油壓機(jī)的各項(xiàng)控制要求進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)操作。實(shí)踐表明各種控制功能滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，各項(xiàng)保護(hù)措施能夠保證設(shè)備安全運(yùn)行。
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