石鋒，游強(qiáng)

（長(zhǎng)江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443000）

三峽升船機(jī)是世界上規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的升船機(jī)，是船舶過壩的快速通道。其主體結(jié)構(gòu)可以分為上游引航道、上閘首段、船廂室段、下閘首段、下游引航道，其中對(duì)接密封框便是實(shí)現(xiàn)上下閘首段與船廂室段的水密連接。

對(duì)接密封框布置在船廂兩端，當(dāng)船舶需要進(jìn)出船廂時(shí)，對(duì)接密封框在驅(qū)動(dòng)油缸的推動(dòng)下向閘首工作門移動(dòng)，到達(dá)設(shè)計(jì)壓力后油缸停止動(dòng)作，同時(shí)設(shè)置有位置檢測(cè)裝置，以確保對(duì)接密封框與閘首工作門緊密接觸。驅(qū)動(dòng)油缸將對(duì)接密封框保持在壓制位置，間隙充泄水裝置蝶閥打開，間隙開始充水，水位與船廂水位平齊后，開啟船廂門。自三峽升船機(jī)試通航以來，時(shí)常發(fā)生對(duì)接密封框位置檢測(cè)信號(hào)丟失與位置檢測(cè)開關(guān)損壞情況。因此，有必要對(duì)信號(hào)丟失原因進(jìn)行研究與優(yōu)化。

圖1 對(duì)接密封框布置圖

1 對(duì)接密封框結(jié)構(gòu)及工作原理

三峽升船機(jī)對(duì)接密封框共2 套，分別布置在船廂上下廂頭，主要由U 形框架、導(dǎo)向支承滑塊、驅(qū)動(dòng)油缸、碟形彈簧柱與止水橡皮等組成。U形框架上設(shè)有10套“油缸—彈簧”的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中兩兩一組，共五組。兩側(cè)邊各2 組，底邊一組。在每組支座上設(shè)有位置檢測(cè)接近開關(guān)，分別為“密封框擴(kuò)張到位”、“密封框壓縮到位”。

在密封框伸出時(shí)，首先其端面P 型止水橡皮與閘首工作大門接觸，“密封框擴(kuò)展到位”開關(guān)會(huì)被觸發(fā)。然后密封框繼續(xù)伸出，接著“密封框壓縮到位”開關(guān)會(huì)被觸發(fā)。此時(shí)油缸會(huì)繼續(xù)伸出，當(dāng)油缸無桿腔壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)。

圖2 對(duì)接密封框壓縮到位與擴(kuò)張到位檢測(cè)裝置

為了確保密封框伸出后，密封框與閘首工作大門時(shí)刻緊密貼合，密封框伸出到位采用壓縮到位、擴(kuò)展到位、壓力到位與運(yùn)算的一個(gè)綜合信號(hào)。當(dāng)五組密封框擴(kuò)展到位信號(hào)都到達(dá)是得到擴(kuò)展到位中間量（CSM.BH），當(dāng)五組壓縮到位信號(hào)都到達(dá)時(shí)得到壓縮到位中間量（CSM.BJ），當(dāng)五組壓力到位信號(hào)都到達(dá)時(shí)，得到壓力到位中間量（CSM.QL），最終其進(jìn)行與運(yùn)算得出密封框伸出到位（CSM.Extracted）。也就是說密封框伸出到位需要15 個(gè)檢測(cè)信號(hào)都到位，才能得出密封框伸出到位信號(hào)，其中一個(gè)不到就會(huì)造成密封框伸出到位信號(hào)不到，造成后續(xù)流程無法運(yùn)行。

2 對(duì)接密封框檢測(cè)故障

三峽升船機(jī)從2016年9月18日試通航至今，時(shí)有發(fā)生對(duì)接密封框位置檢測(cè)信號(hào)丟失與位置檢測(cè)開關(guān)損壞情況，約占上下廂頭故障報(bào)警總數(shù)27.4%，是現(xiàn)地站故障報(bào)警次數(shù)第二多的故障。同時(shí)，當(dāng)信號(hào)丟失時(shí)需要轉(zhuǎn)到檢修模式，再次推出密封框，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2019年5月升船機(jī)在一次上游對(duì)接過程中，報(bào)“上廂頭密封框進(jìn)超時(shí)故障”，流程中斷，系統(tǒng)停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)，上游密封框第3 組位置檢測(cè)開關(guān)直接與閘首工作接觸，造成開關(guān)損壞。

圖3 撞壞的接近開關(guān)

3 原因分析

（1）當(dāng)船廂與閘首對(duì)接，密封框伸出到位后，會(huì)打開管路蝶閥由船廂向密封框內(nèi)充水，船廂水會(huì)迅速將這個(gè)20.5m(L)*0.3m(W)*8.84m(H)的狹窄空間充滿，巨大的沖擊力將會(huì)使密封框產(chǎn)生較大的震動(dòng)，使油缸回縮，無桿腔油壓下降，密封框伸出到位信號(hào)丟失。

（2）三峽升船機(jī)上閘首工作大門能適應(yīng)上游航道3.75 米水深的變化，下閘首工作大門能適應(yīng)下游航道1.97 面的水深變化。在不同門檻水深情況下，工作大門航道側(cè)承受的水壓也不相同。在對(duì)接過程中，密封框推出與工作大門接觸，密封框油缸推出壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后停機(jī)，巨大的推力會(huì)將工作大門水封壓縮，工作大門水封的壓縮量會(huì)因水壓的不同而變化，密封框油缸伸出量也就不同，而運(yùn)行信號(hào)檢測(cè)裝置是通過剛性連接固定在U 型框架上，距離是固定的。

圖4 閘首工作大門

從表1中可以看出在門檻水深較低的情況下，閘首工作大門承受的水壓小，密封框伸出行程長(zhǎng)。在門檻水深較高時(shí)，閘首工作大門承受的水壓大，密封框伸出行程會(huì)相對(duì)減小，其中底部?jī)山M油缸行程變化量最大，分別達(dá)到了10 毫米、9 毫米，而信號(hào)檢測(cè)裝置為固定安裝，無位移適應(yīng)性。當(dāng)閘首工作大門增加疊梁后，門檻水深會(huì)直接由最大值變成最小值，此時(shí)密封框油缸伸出行程增加，位置檢測(cè)接近開關(guān)便有可能撞上工作大門造成開關(guān)損壞。當(dāng)閘首工作大門減疊梁后，門檻水深會(huì)直接由最小值變成最大值，密封框油缸伸出行程減小，造成檢測(cè)信號(hào)不到或丟失。

表1 不同門檻水下密封框油缸行程值 （單位毫米）

（3）工作大門的形變也會(huì)在特定位置會(huì)放大接近開關(guān)與工作大門的間距。同時(shí)，在升船機(jī)迎向運(yùn)行時(shí)，從船廂對(duì)接船舶出廂，到下廂次船舶進(jìn)廂解除對(duì)接，對(duì)接密封框與閘首工作大門需保持長(zhǎng)時(shí)對(duì)接，其時(shí)常通常在30 分鐘以上。期間無桿腔處于保壓狀態(tài)，液壓缸的保壓壓力因泄露維持不住而逐漸下降。而泄漏或多或少必然存在，壓力必然會(huì)慢慢下降，因此造成對(duì)接密封框伸出到位信號(hào)丟失。

4 優(yōu)化建議

（1）針對(duì)間隙充水引起震動(dòng)的情況，建議在間隙充水過程中讓密封框油缸再次保壓運(yùn)行一次，避免行程退讓。其次在無桿腔壓力泄露時(shí)進(jìn)行壓力補(bǔ)償，當(dāng)檢測(cè)到無桿腔壓力降到一定量時(shí)，油泵啟動(dòng)對(duì)密封框油缸進(jìn)行補(bǔ)壓。

（2）通過表1可以看出，密封框油缸地伸出行程的變化量在10 毫米左右，加上工作大門形變及無桿腔壓力泄露的影響，密封框信號(hào)檢測(cè)傳感器的感應(yīng)范圍至少大于15 毫米。且由于檢測(cè)傳感器工作環(huán)境潮濕，并不適用機(jī)械開關(guān)。而接近開關(guān)受安裝形式以及應(yīng)用場(chǎng)所的限制，目前可選產(chǎn)品最多只有12 毫米的感應(yīng)距離。因此，建議對(duì)信號(hào)檢測(cè)裝置支架進(jìn)行優(yōu)化，將原檢測(cè)支架由固定連接改為氣動(dòng)支撐桿，當(dāng)前方檢測(cè)開關(guān)與閘首工作大門接觸時(shí)，活塞桿受力回縮。密封框油缸退回后，活塞桿伸出到設(shè)定位。同時(shí)將檢測(cè)開關(guān)安裝板材質(zhì)改為高強(qiáng)度鋁合金，減輕重量。此方法將檢測(cè)支架由“剛”性連接改為“柔”性連接，既能提高檢測(cè)傳感器的感應(yīng)距離，又能保護(hù)檢測(cè)開關(guān)避免檢測(cè)傳感器損壞。

圖5 新檢測(cè)支架設(shè)計(jì)圖

5 結(jié)束語

三峽升船機(jī)密封框信號(hào)檢測(cè)裝置作為密封框運(yùn)行狀態(tài)的重要監(jiān)護(hù)設(shè)備，工作環(huán)境復(fù)雜，受影響因素多。本文主要目的在于分析造成對(duì)接密封框位置檢測(cè)信號(hào)丟失與位置檢測(cè)開關(guān)損壞的原因，并提出對(duì)應(yīng)優(yōu)化建議，以期為運(yùn)行維護(hù)人員提供一定的思路和啟發(fā)。