快速卷扬式启闭机通常是在普通卷扬式启闭机上增设离心调速器、直流电磁铁等设备,满足在无交流电源情况下能快速闭门的需要,其结构型式及操作控制方式较多。
1.直流电磁液压松闸制动器配硅整流器操作
正常启闭时采用交流电源,直流电磁铁由通过硅整流的交流电源供电,操作制动器。此时电动机正常接入交流电工作,电动机驱动圆柱齿轮减速器(开式传动通常为二级,闭式传动通常为四级) 和卷扬装置启闭闸门,而离心调速器由于转速较低,不参与工作。快速下降时,直流电磁铁直接从蓄电池室接入直流电源,操作制动器,此时电动机不通电,闸门自重及水柱、加重等竖直向下的力迫使卷扬装置、减速器和电动机旋转。当减速器高速轴达到一定转速时,安装于其上的离心调速器动作,控制闸门快速下降。在离底槛约0.3m时,主令控制器动作,自动切断直流电源,制动器抱闸,使闸门悬挂在底槛之上。过5S后,时间继电器动作,接通直流电源,使直流电磁铁继续工作,松开制动器而将闸门下降至底槛,闸门下降至底槛时的速度应控制在5m/min 以内,因此闸门悬挂位置不能离底坎太高;此时若交流电恢复供应,时间继电器也可接通交流电源,松开制动器后使电动机也投入工作,而将闸门下降至底槛。
闸门在快速下降过程中,速度并不局限在5m/min 以内,而是根据需要由离心调速器来进行控制。但离心调速器也是有高转速限制的,调速器的高转速受电动机或减速机高转速的限制,同时也受调速器自身运行平稳和发热要求的限制。在走访中发现,有些工程由于闸门孔口高度不大,闸门在整个快速下降过程中的速度由离心调速器控制在5m/min以内,就可以满足2min内关闭孔口要求,因此不用在闸门接近底槛时断电,而是直接落至底槛。
在这种结构型式中,只有一个制动器,且只配备一种电磁铁,因此采用更加可靠的电磁液压制动器代替普通电磁铁制动器。电磁液压制动器动作平稳、噪音低、寿命长,还可以自动补偿自动闸瓦的磨损,制动力矩有。由于这种结构型式只需要一种电磁铁和一台二级圆柱齿轮减速器,布置紧凑,虽制动器价格稍高,但总体造价较低,是较常采用的一种结构型式。
对于停泵时闸门的操作方式,通常会有以下两种不同观点: 一种认为应该在工作闸门关闭的同时发停泵指令,由于普通卷扬机正常闭门速度一般不超过2.5m/min,采用这种方式时,除非闸门孔口高度很小,否则难以确保工作闸门在发停泵指令后2min 内全关。虽然可以采取措施提高启闭机的正常闭门速度,比如通过降低减速器传动比或滑轮组的倍率( 此时需增加电机功率,由于仍为匀速闭门,因此闭门速度不应超过5m/min,而且不应超过离心调速器工作的临界闭门速度,即离心调速器不应投入工作),或者使用变频调速电机(此时闭门速度为起、停慢,中间快,因此闭门过程中速度可以超过5m/min,但同样不应超过离心调速器工作的临界闭门速度) 等方法,但这些方法均会使启闭机成本有较大增加。而且停泵后2min闭门只是一个极限状态,正常停泵时应争取更短的闭门时间,这样会对泵组更为有利。此外,采用这种方式时万一工作闸门发生故障无法关闭,故障信号虽能激发事故闸门的关闭,但此时停泵指令已发出,也很难事故闸门在发停泵指令后2min内能够全关。还有一种观点认为,应该等工作闸门全关之后再发停泵指令,这样的话闸门又关闭过早,水流对闸门、拍门冲击较大,而且也不利于泵组运行,甚至可能造成水泵电动机超载。