水工金屬結構設備的運行監控方法研究

張海波

水工金屬結構設備，有閘門、壓力鋼管以及啟閉機等，水電站以及水庫大壩的運行階段，水工金屬結構安全質量影響著水庫大壩的運作安全。因此水工金屬結構的安全運行是值得重點研究的，水工金屬結構設備，作為水庫大壩安全運作的永久設備，若出現危害會引出十分嚴重的后果。水利信息化和金融領域、公安領域以及交通領域進行對比，信息化的建設水平有待提升，在一定程度上存在著數據支撐少和應用發展不夠平衡等相關問題，所以新時期下應該重視水工金屬結構設備的運行監控，制定行之有效的運行監控系統，全方位監控水工金屬結構設備的運行情況，以下是筆者進行的具體研究。

1 水工金屬結構設備的運行監控必要性

（1）水工金屬結構設備容易出現的事故。結合國內外已經出現的水工金屬結構設備事故，不管是閘門事故還是壓力鋼管事故，都對人們的身心安全帶來極大威脅。比如某一個水電站的工作閘門出現開裂變形的現象，閘門整體都出現形變，不能正常運用閘門卡阻?；蛘咚娬緩S房出現吊耳斷裂，引出門槽受到損壞、門葉受到損壞。水電站壩頂門機實際操作存在鋼絲繩斷裂的問題，進而引出安全事故。因此，水工金屬結構設備的日常檢查中，大多數情況進行的是肉眼和簡便工具審查，難以發現水工金屬結構設備的結構變化以及為裂縫。因為沒有運用高性能的監測設備，在水工金屬結構設備的缺陷積累到一定程度時，很容易出現安全事故，所以要關注實時在線監控方式的運用。

（2）水工金屬結構設備實時監測的重要意義。長時間以來，我國現有的水工金屬結構設備安全檢測停留在起始的發展階段，也就是定期檢查為主。此種檢查方式僅僅是定期分析水工金屬結構設備的性能都行，然而在一些情況下，需要拆卸與檢查，沒有明顯故障的水工金屬結構設備，繼而浪費著人力資源和物力資源，還有可能出現水工金屬結構設備的安裝故障。時代的發展，監測技術有所創新和進步，基于水工金屬結構設備自動化發展趨勢，確切的了解故障現象與故障影響因素，動態提供報警數據與安全評價數據，需要相關人員迫切地納入全新技術和全新管理模式，不間斷地研究水工金屬結構設備的運作狀態。換言之，新時期應必要性地進行水工金屬結構設備實時監測工作，動態的研究水工金屬結構設備的運作狀況，對潛在的故障進行報警，使得水工金屬結構設備可以安全運作。

2 水工金屬結構安全運行的保障機制

總體而言，預防水工金屬結構出現運行故障有相關的機制，包含四個層面。第一點是安全運行的保障機制時刻了解水工金屬結構的運行狀態以及運行能力；第二點是分析與執行讓水工金屬結構安全運行的方案；第三點是編制水工金屬結構的維護規程；第四點是在水工金屬結構運行管理中，執行實時監督的方案。

在具體的安全保障機制運用上，首先水工金屬結構設備的運行能力，能夠通過肉眼觀察以及試驗的形式進行探索，肉眼觀察借助一定的技術，研究水工金屬結構設備的運行狀態，明確水工金屬結構設備的工作量、調整水工金屬設備的維護計劃。通過科學的技術檢查，開展間接評價活動由此充分地判斷水工金屬結構設備的運行水平。

其次，在水工金屬結構設備的運行中，安排專業性的管理人員參與技術檢查工作，劃分全方位的技術檢查工作以及部分技術檢查工作。全面檢查保證一天之內檢查大于等于兩次，部分檢查要結合實際需要，目的性的掌握水工金屬結構設備的運作可頭狀態。

再次是專用器具的檢查，在下列情況中運用此種器具，長時間運行設備之后，用肉眼眼評價實際工作能力，分析水工金屬結構設備運行中存在的困難，確切掌握提高水工金屬結構設備運行可靠性的方法。在具體的檢查中，適當把器具的探查以及原型分析進行區分，原型分析主要是圍繞大規模參數的水工金屬結構設備進行，關鍵點是分析水工金屬結構設備的運行特征。運行階段出現巨大難度時，開展原型分析的工作，此種分析過程和器具探長存在差異，研究的范圍比較廣泛，一般情況要運用精密且繁瑣的儀器進行。綜合專用器具檢查的過程，主要是對設備運行狀態進行評估，能夠預測水工金屬結構設備，在時間變化下出現的運行規律。明確水工金屬結構設備的實際運作狀態，細致分析預防性檢修策略。正常的技術維護是確保設備狀態，在額定指標范圍內變動，以設備運行指標為入手點，若水工金屬結構設備的運行指標比較低，需要進行大修，或者是更新水工金屬結構設備。

最后對水工金屬結構設備進行技術維護，大多數情況安排在水工建筑物泄洪之前或者運用機組檢修技術時，技術維護需要在水工金屬結構設備的相對運動部件中注入潤滑油，調整相關的部件，對于水工金屬結構設備進行油污處理，更換對應的工作液體，涂抹金屬結構件，及時更新磨損速度比較快的零件。在日常維修上，不只是要進行技術維護，還要進行水工金屬結構設備的局部涂刷，更換已經被磨損的次要零部件。大修過程中，全方位對水工金屬結構設備進行涂刷，更新已經被磨損的零件，比如鋼絲繩、水封和制動摩擦片，對這些部件進行及時加固，或者及時更新?；诖?，上述全部的預防方案只不過是水工金屬結構設備安全運作的一個保障機制，在后續的工作中，需要對相關的水工金屬結構設備進行定期檢驗。調動運行管理機構與工程設計機構的人員參與這項工作，必要情況下安排科研單位組建對應的檢驗小組，明確水工金屬結構設備的運行保障計劃。

3 水工金屬結構設備的運行監控的內容與監測方法

3.1 運行監控的內容

要想對水工金屬結構設備加以實時監測，應圍繞水工金屬結構設備的重要性能與關鍵部位，對其加以實時監督。實時檢測系統結構特點與特性參數以及研究結果，監測系統內容有設備對應部位的振動狀態、應變狀態、位移狀態、溫濕度狀態、閘門運行狀態以及啟閉機鋼絲繩的損傷狀態等。

（1）實時監測系統。所謂的水工金屬結構設備實時監測系統，涉及加速度類型的傳感器、應變類型的傳感器、位移類型的傳感器、鋼絲繩斷絲監督類型的傳感器以及數據獲取箱等。

（2）實時監測系統的軟硬件設施。針對硬件設施，包含應變類型的傳感器、轉速類型的傳感器、位移類型的傳感器、線性量程、現地控制柜以及數據信息獲取箱。多個設備儀器的參數都要和監測要求相吻合，對應制造材料過程與防護等級的編制，都應適應規程準則。針對軟件設施，我國水工金屬結構設備的實時監測軟件比較多，一些參與水工金屬結構設備實時監測開發的公司對鋼閘門的在線專用軟件進行創設，那么在具體使用中要選擇最佳的模式進行使用。

3.2 監測方法

對水工金屬結構設備進行監測，明確損壞的類型以及基本性質，尤其是腐蝕現象和磨蝕現象。在金屬結構部件潛在凹陷和部分變形趨勢，對深度進行具體統計。①應用著色檢驗方法。其本質上改良了煤油操作過程，圍繞液體可以滲入的原理進行裂縫操作，通過吸收性涂料把裂縫內的著色成分分配給工件表面。對應的著色成分被金屬表面吸附，接下來引進水進行清洗，后續涂抹顯現成分。檢驗過程重視是否存在大約為0.05mm 的貫通裂縫。②應用熒光法檢驗。其作用在毛細管的裂縫監測上，可深入液體內可能是熒光粉的成分，和著色技術存在差異。涂抹吸附成分之后，通過紫外線光的作用對表面進行處理，使得熒光粉發出光，研究是否存在0.01mm 的裂縫。③應用超聲波法，通過探傷儀，借助有壓電陶瓷變換器實施此項任務，包含反射波接收器模塊與超聲振動發生器模塊，探傷儀能夠發現金屬內部深度100mm 的缺陷，調整聲學接觸模式，金屬表面適當涂抹曾片，由此借助超聲波探傷的模式研究缺陷具體深度與平面輪廓的實際情況。

4 實時監測水工金屬結構設備運行狀態的途徑

4.1 設置與實時監測相關的水工金屬結構設備

圍繞水工金屬結構設備承擔的具體功能，給予事故帶來巨大損失的設備，要利用實時監測方案進行全方位監測。針對閘門設備，涉及水庫與分洪以及泄洪等作用的閘門設備，水閘項目承擔著擋潮作用的設備，或者水電站發電廠閘門機械設備，由于相關閘門設備均會產生事故，勢必帶來嚴重損失。尤其是大規模的項目，若面臨事故威脅，很有可能對國家帶來嚴重影響，無法保障群眾的生命安全。所以應重點防護對應的設備，不只是進行日常維護，還要引進實時監測結構，強化設備運作狀態監督，一經潛在問題要控制事故出現。關聯水工金屬結構設備的啟閉設備，實施啟閉操作管理，基于多種工況環境中運作，十分容易產生結構件疲勞問題、起升機構故障問題、變頻器故障問題與保護盤跳電問題。若啟閉設備潛在故障，會降低閘門的運作效率，所以應布設實施監測方案，動態分析問題和處理問題，配合對應的檢修處理操作。

4.2 監測閘門設備的運作情況

其一，監測閘門設備的弧形鋼閘門。對相關事故進行原因研究，流激振動生成的共振形式與閘門超負荷運行，甚至是制造安裝所致的事故等，這樣出現閘門局開共振問題和門葉卡阻以及水封異常磨損問題。

首先是實施流激振動監測作業，監測閘門設備的主梁以及縱梁部位，研究位移值與頻率值的指標變化，若振動位移超過某個標準指數，可通過實時監測體系發出報警信息。其次是實施應力監測作業，即研究吊耳的結構運作狀態、邊梁結構的運作狀態以及振動頻率與共振頻率互相接近狀態下的報警信息。再次是運行姿態監測，閘門門葉中心在具體啟閉階段的橫向運行軌跡，研究閘門體外側以及側軌兩者動態距離，在距離指數大于固定值的情況下，可及時報警以及預警。最后是實施軸承狀態的情況監督，研究軸承運行模式的變化，若運行出現異常，實時監測統體系可做出報警操作。

其二，監測平面鋼閘門。此種閘門的實時監測工作，研究閘門主梁結構、吊耳結構、面板結構以及邊梁結構的運作情況，尤其是進行應力監測項目與支撐部件監測項目與振動監測項目。

4.3 監測啟閉設備的運作情況

其一，重點監測項目?？傮w來講，啟閉設備的監測項目有門機以及固定卷揚模式的啟閉機。兩種結構監測水工金屬結構設備的鋼絲繩運作情況，利用實時監測結構能夠研究起升機構的故障實際特征與鋼絲繩的損傷信息等，事先了解設備安全運行的隱患，同時利用信息有效性傳輸系統，提供報警服務和預警服務，使得啟閉機可安全性運作。與此相同，啟閉機監測內容的監督以啟閉機動態運作情況為主，第一個內容便是鋼絲繩損傷情況的監測，鋼絲繩的運作中，若鋼絲繩有磨損的情況與斷絲情況，動態實施預警操作以及報警操作；第二個內容便是主起升機的運作情況監測，利用實時監測系統研究啟閉機電機的振動情況和減速箱運作情況，觀察卷筒關鍵部位是否出現變形趨勢，時效性統計啟閉機傳動機的轉速指數，事先了解啟閉機多個部件內在的早期故障，表示某地區中啟閉設備的監測項目。

其二，對液壓啟閉機的運作狀態加以監測。統計液壓油缸上鉸軸狀態與下鉸軸狀態，在運行出現異常情況，即刻實施預警操作與報警操作。液壓油缸缸體鉸座振動的研究，分析缸體鉸座振動過程，一旦產生異常狀態，可有效的預警以及報警。

4.4 實時監測系統的擴展形式

其他類型的水工金屬結構設備，運作狀態也可以通過監測系統進行觀察，結合設備以及監測的實際要求充分設計，尤其是壓力鋼管的運行監測，強調外水壓力以及裂紋擴展監測。實時監測升船機，特別是承船廂的平衡性研究與穩定性研究，細致劃分起升結構的具體故障。

5 水工金屬結構設備的運行中實時監測管理與智能化創新

5.1 實時監測管理

給予水工金屬結構設備加以實時監測能夠起到全生命周期管理的作用，有效調整水工金屬結構設備運行情況，增加設備服役時間。

（1）關注選擇型號過程，實施水工金屬結構設備的制造。實時監測管理中，研究數據價值和挖掘數據價值可以提高水工金屬結構設備的管理質量，明確水工金屬結構設備型號選擇的參考方向。按照實時監測管理操作，統計型號選擇的方法與結構整合形式，支持結構設備正常運作。針對水工金屬結構設備的制造上，制造過程若出現問題，勢必會降低水工金屬結構設備的使用效果，因此在使用實時監測結構中應全方位評價產品質量，重視制造工藝改進，不斷提高設備制造的綜合水平。

（2）安裝調試水工金屬結構設備以及實施水工金屬結構設備運行。安裝與調試水工金屬結構設備階段，相關人員應整合現有的運行計劃，創設相對完整的數學結構模型，設定監測閾值，給水工金屬結構設備的規范化調試提供參考。另外是水工金屬結構設備的具體運行，引進實時監測結構，準確與全方位的研究設備運行趨勢，初步識別水工金屬結構設備的健康性能，落實無人值班運作項目。

（3）檢修水工金屬結構設備與統計報廢數據。對水工金屬結構設備加以檢修，由現有的方案檢修轉變為檢修狀態，使得水工金屬結構設備的利用率指數可提高，控制水工金屬結構設備的維修具體時間，控制維修成本。并且適當減少備件庫存量，避免出現水工金屬結構設備實時監測工作的能源損耗。針對水工金屬結構設備的報廢信息統計，借助實時監測系統增加設備的運用壽命，全方位進行設備報廢方案擬定。

5.2 智能化創新

通過實時監測體系過程性跟蹤水工金屬結構設備的運行情況和健康狀態，這是處于發展關鍵階段的系統，未來依舊需要充分完善。首先監測水工金屬結構設備的運行狀態要體現有的放矢的原則，研究重點設備的重點部位，若隨意的進行某個結構設備監測，可能出現浪費資源的情況，甚至是預判出現問題，所以應明確監測的內容、監測的地點、監測的方法以及監測的意義。并且實時監測技術應確保工程的特殊性得以滿足，促進水工金屬結構設備運作在某個工程中的效率提升。其次是優化專業資源，鞏固管理團隊。宣傳水工金屬結構設備的實時監測結構，全過程培訓水工金屬結構設備專業人員，加大力度建設隊伍，可以把某個電站金屬結構管理資源進行優化，通過管理隊伍的完善做好水工金屬結構設備運行狀態的監測工作。最后是形成數據化平臺，推動監測進展。廣泛整理水工金屬結構設備的運行監督案例以及新興技術的創新案例，比較相同類型設備的運作性能。以此為前提強化實時監測技術的應用成效，促使水工金屬結構設備監測開發水平可有所提升，整合檢驗規范文件的內容，讓水工金屬結構設備的監測工作順利進展。

6 結語

綜上所述，對水工金屬結構設備進行運行監控，能夠全方位評估設備性能，整合運行調度，增加結構設備的運用壽命，繼而控制水工金屬結構設備運行的安全隱患，給予新技術以及新平臺帶來推廣優勢，對應的社會效益是比較強的。在具體的水工金屬結構設備運行監測中，應全面創設實時監測體系，及時檢查與排除設備隱患，確保水工金屬結構設備運行的安全性與可靠性。