启闭机螺杆弯曲原因分析及处理措施

范剑斌

佛山市南海区东风水库管理所

摘要：本文介绍了南海区东风水库主坝放水涵长拉杆启闭机的螺杆弯曲原因分析，提出检测和应对合理措施，采用电气检测预防处理办法，避免设备事故发生和扩大，提高启闭机的运行可靠性，类似的设备可参考。

关键词：启闭机螺杆弯曲原因检测改造

前言

佛山市南海区东风水库是南海区唯一座中型水库，水库兼具防洪、灌溉、工商业供水、环境生态供水功能，并纳入南海区后备饮用水源管理，水库集雨面积10.85km2，库容1024万m3，水库有主坝一座，副坝两座，主副坝均设放水涵，放水涵闸门由螺杆式启闭机启闭开关，其中主坝启闭机型号是，电机是Y11-6，380V，2.2KW，螺杆M70X2850。多年来，主坝的启闭机螺杆发生过多次运行弯曲损毁事故，造成启闭机损坏，中断运行，影响水库泄洪安全，不得不紧急维修，造成水库的防洪工作、安全生产非常被动，必须找出原因及解决办法。

一、启闭机螺杆弯曲原因分析

近10年以来，主坝放水涵启闭机螺杆发生了3次关闸弯曲破坏，图1是主坝放水涵启闭室剖面图，每次螺杆发生弯曲点，都是1#闸（工作闸）的螺杆与拉杆的连接点A点，螺杆与拉杆的连接是通过两个销双铰连接；发生事故的运行工况，3次对应的水位分别是16.19米、16.30米、16.13米，水位较高；对于可靠性极高的螺杆式启闭机来说，10年发生3次同样的弯曲事故，已经是很频繁的了，必须分析造成故障的原因，再考虑解决问题办法。

图1是主坝放水涵启闭室剖面图，1#闸门是工作闸门，是带水头进行开闸关闸工作的，开闸时螺杆受拉力，且刚启动时段水头差最大，螺杆受拉力最大，螺杆不会受拉弯曲；关闸时螺杆受压力，图2是螺杆、拉杆、闸门组成的系统在关闸运行时的受力分析图，当闸门越接近泄水涵底部，启闭机闭门力F通过螺杆克服闸门受水压造成的摩擦力-F越大，A是启闭机螺杆与闸门的连接拉杆连接段的部位点。

图2螺杆、拉杆、闸门系统受力分析图，理想情况下，启闭机、螺杆、拉杆、闸门的受力中心线在同一直线上，但实际上由于设备的制造加工、现场安装的误差，螺杆中心线与拉杆中心线是很难做到重合的，两中心线重合误差最大的位置是在A处，如图2所示的误差值c，显然，在水库水位较高（接近设计储水位16.47米），启闭机关闸到接近放水涵底时，启闭机闭门力F最大，按图2的受力分析，此时，启闭机作用在螺杆的关门力F与闸门作用在拉杆的反作用力-F，在A处组成一个合力N，同时由于拉杆截面比螺杆大得多，强度自然大得多，因此，当合力N足够大，超过螺杆的抗弯力矩时，螺杆就会在A处出现弯曲，如超过螺杆的弹性弯曲，则卸去外力后也不能回复原状，这就形成了螺杆的塑性破坏，东风水库主坝放水涵工作闸启闭机螺杆的弯曲破坏，就是闭门力F过大，超过螺杆的弹性弯曲形成的塑性破坏，通常闭门力过大的原因是水位过高（超过设计储水位）或者闸门槽有障碍物。

二、预防螺杆弯曲处理方案

关闸操作时，除水位超高时可采用工作闸、维修闸相互配合控制闸门运行水头差的特殊方式，降低闭门力操作避免螺杆弯曲外，对门槽是否存在障碍物是无法知道的，但遇到障碍物或其它原因出现闸门闭门力过大，螺杆开始弯曲时，会出现两个明显信号：1、螺杆在与拉杆连接处开始弯曲；2、电机过载，运行电流明显增大。对于第一个信号，如果能在刚开始弯曲（弹性弯曲阶段）时检测到，则可迅速停机及发出警报信号，避免事故的发生，但由于弯曲点A，在运行时经常可能浸在水中，这对检测装置的安装、运行、维护带来极高的技术要求和麻烦；对第二信号，可采用灵敏电流继电器进行检测和发信号，目前该类继电器很容易达到技术要求，跳闸停机的最大电流整定值可通过在设计储水位（16.47米）时进行关闸操作，当闸门将触底时的电流值就是电机运行的最大电流值；东风水库管理所根据以上两种信号的处理方案分析，经对设备安装、运行维护和可靠性对比，最后决定采用对启闭机电机运行电流变化的检测的解决方案，下表是在水库设计储水位（16.47米）时多次关闸操作测得的电机运行电流最大值数据。

由于螺杆允许一定的弹性弯曲，为防止偶然闸门未运行到底时误跳闸，根据经验跳闸电流整定值加大5%，整定值取4.10A，图3启闭机控制回路改造图。

经过对工作闸控制回路改造调试，启闭机投入正常运行，在后来的运行过程中，工作闸启闭机出现过一次闸门未完全关闭时停机及报警，经关闭检修门后检查，发现是工作闸门槽冲入了杂物，闸门无法关闭，接入的检测保护系统启动，启闭机停止运行并报警，避免了螺杆一次螺杆弯曲破坏事故。

结束语

水库放水灌溉、暴雨泄洪，放水涵闸门门槽冲入障碍物，暴雨泄洪时水位过高，造成闭门力过大，螺杆弯曲破坏，严重影响水库的安全运行，本人通过找出原因，用加装简单检测预防回路解决了避免螺杆弯曲破坏问题，实践检验是可行的，东风水库三个放水涵另外5台启闭机按同样的方法全部进行了加装改造，对于其它水库的类似情况，有参考价值。

参考资料：

1、《佛山市南海区东风水库大坝安全鉴定报告》，2016年4月。

2、《水力学》，武汉水利电力学院、华东水利学院刘忠潮、刘润生编，人民教育出版社，1979年8月。

3、《建筑电气设计手册》，中国建筑工业出版社，1991年7月。