水工金属结构设备的运行监控方法研究

张海波

水工金属结构设备，有闸门、压力钢管以及启闭机等，水电站以及水库大坝的运行阶段，水工金属结构安全质量影响着水库大坝的运作安全。因此水工金属结构的安全运行是值得重点研究的，水工金属结构设备，作为水库大坝安全运作的永久设备，若出现危害会引出十分严重的后果。水利信息化和金融领域、公安领域以及交通领域进行对比，信息化的建设水平有待提升，在一定程度上存在着数据支撑少和应用发展不够平衡等相关问题，所以新时期下应该重视水工金属结构设备的运行监控，制定行之有效的运行监控系统，全方位监控水工金属结构设备的运行情况，以下是笔者进行的具体研究。

1 水工金属结构设备的运行监控必要性

（1）水工金属结构设备容易出现的事故。结合国内外已经出现的水工金属结构设备事故，不管是闸门事故还是压力钢管事故，都对人们的身心安全带来极大威胁。比如某一个水电站的工作闸门出现开裂变形的现象，闸门整体都出现形变，不能正常运用闸门卡阻。或者水电站厂房出现吊耳断裂，引出门槽受到损坏、门叶受到损坏。水电站坝顶门机实际操作存在钢丝绳断裂的问题，进而引出安全事故。因此，水工金属结构设备的日常检查中，大多数情况进行的是肉眼和简便工具审查，难以发现水工金属结构设备的结构变化以及为裂缝。因为没有运用高性能的监测设备，在水工金属结构设备的缺陷积累到一定程度时，很容易出现安全事故，所以要关注实时在线监控方式的运用。

（2）水工金属结构设备实时监测的重要意义。长时间以来，我国现有的水工金属结构设备安全检测停留在起始的发展阶段，也就是定期检查为主。此种检查方式仅仅是定期分析水工金属结构设备的性能都行，然而在一些情况下，需要拆卸与检查，没有明显故障的水工金属结构设备，继而浪费着人力资源和物力资源，还有可能出现水工金属结构设备的安装故障。时代的发展，监测技术有所创新和进步，基于水工金属结构设备自动化发展趋势，确切的了解故障现象与故障影响因素，动态提供报警数据与安全评价数据，需要相关人员迫切地纳入全新技术和全新管理模式，不间断地研究水工金属结构设备的运作状态。换言之，新时期应必要性地进行水工金属结构设备实时监测工作，动态的研究水工金属结构设备的运作状况，对潜在的故障进行报警，使得水工金属结构设备可以安全运作。

2 水工金属结构安全运行的保障机制

总体而言，预防水工金属结构出现运行故障有相关的机制，包含四个层面。第一点是安全运行的保障机制时刻了解水工金属结构的运行状态以及运行能力；第二点是分析与执行让水工金属结构安全运行的方案；第三点是编制水工金属结构的维护规程；第四点是在水工金属结构运行管理中，执行实时监督的方案。

在具体的安全保障机制运用上，首先水工金属结构设备的运行能力，能够通过肉眼观察以及试验的形式进行探索，肉眼观察借助一定的技术，研究水工金属结构设备的运行状态，明确水工金属结构设备的工作量、调整水工金属设备的维护计划。通过科学的技术检查，开展间接评价活动由此充分地判断水工金属结构设备的运行水平。

其次，在水工金属结构设备的运行中，安排专业性的管理人员参与技术检查工作，划分全方位的技术检查工作以及部分技术检查工作。全面检查保证一天之内检查大于等于两次，部分检查要结合实际需要，目的性的掌握水工金属结构设备的运作可头状态。

再次是专用器具的检查，在下列情况中运用此种器具，长时间运行设备之后，用肉眼眼评价实际工作能力，分析水工金属结构设备运行中存在的困难，确切掌握提高水工金属结构设备运行可靠性的方法。在具体的检查中，适当把器具的探查以及原型分析进行区分，原型分析主要是围绕大规模参数的水工金属结构设备进行，关键点是分析水工金属结构设备的运行特征。运行阶段出现巨大难度时，开展原型分析的工作，此种分析过程和器具探长存在差异，研究的范围比较广泛，一般情况要运用精密且繁琐的仪器进行。综合专用器具检查的过程，主要是对设备运行状态进行评估，能够预测水工金属结构设备，在时间变化下出现的运行规律。明确水工金属结构设备的实际运作状态，细致分析预防性检修策略。正常的技术维护是确保设备状态，在额定指标范围内变动，以设备运行指标为入手点，若水工金属结构设备的运行指标比较低，需要进行大修，或者是更新水工金属结构设备。

最后对水工金属结构设备进行技术维护，大多数情况安排在水工建筑物泄洪之前或者运用机组检修技术时，技术维护需要在水工金属结构设备的相对运动部件中注入润滑油，调整相关的部件，对于水工金属结构设备进行油污处理，更换对应的工作液体，涂抹金属结构件，及时更新磨损速度比较快的零件。在日常维修上，不只是要进行技术维护，还要进行水工金属结构设备的局部涂刷，更换已经被磨损的次要零部件。大修过程中，全方位对水工金属结构设备进行涂刷，更新已经被磨损的零件，比如钢丝绳、水封和制动摩擦片，对这些部件进行及时加固，或者及时更新。基于此，上述全部的预防方案只不过是水工金属结构设备安全运作的一个保障机制，在后续的工作中，需要对相关的水工金属结构设备进行定期检验。调动运行管理机构与工程设计机构的人员参与这项工作，必要情况下安排科研单位组建对应的检验小组，明确水工金属结构设备的运行保障计划。

3 水工金属结构设备的运行监控的内容与监测方法

3.1 运行监控的内容

要想对水工金属结构设备加以实时监测，应围绕水工金属结构设备的重要性能与关键部位，对其加以实时监督。实时检测系统结构特点与特性参数以及研究结果，监测系统内容有设备对应部位的振动状态、应变状态、位移状态、温湿度状态、闸门运行状态以及启闭机钢丝绳的损伤状态等。

（1）实时监测系统。所谓的水工金属结构设备实时监测系统，涉及加速度类型的传感器、应变类型的传感器、位移类型的传感器、钢丝绳断丝监督类型的传感器以及数据获取箱等。

（2）实时监测系统的软硬件设施。针对硬件设施，包含应变类型的传感器、转速类型的传感器、位移类型的传感器、线性量程、现地控制柜以及数据信息获取箱。多个设备仪器的参数都要和监测要求相吻合，对应制造材料过程与防护等级的编制，都应适应规程准则。针对软件设施，我国水工金属结构设备的实时监测软件比较多，一些参与水工金属结构设备实时监测开发的公司对钢闸门的在线专用软件进行创设，那么在具体使用中要选择最佳的模式进行使用。

3.2 监测方法

对水工金属结构设备进行监测，明确损坏的类型以及基本性质，尤其是腐蚀现象和磨蚀现象。在金属结构部件潜在凹陷和部分变形趋势，对深度进行具体统计。①应用着色检验方法。其本质上改良了煤油操作过程，围绕液体可以渗入的原理进行裂缝操作，通过吸收性涂料把裂缝内的着色成分分配给工件表面。对应的着色成分被金属表面吸附，接下来引进水进行清洗，后续涂抹显现成分。检验过程重视是否存在大约为0.05mm 的贯通裂缝。②应用荧光法检验。其作用在毛细管的裂缝监测上，可深入液体内可能是荧光粉的成分，和着色技术存在差异。涂抹吸附成分之后，通过紫外线光的作用对表面进行处理，使得荧光粉发出光，研究是否存在0.01mm 的裂缝。③应用超声波法，通过探伤仪，借助有压电陶瓷变换器实施此项任务，包含反射波接收器模块与超声振动发生器模块，探伤仪能够发现金属内部深度100mm 的缺陷，调整声学接触模式，金属表面适当涂抹曾片，由此借助超声波探伤的模式研究缺陷具体深度与平面轮廓的实际情况。

4 实时监测水工金属结构设备运行状态的途径

4.1 设置与实时监测相关的水工金属结构设备

围绕水工金属结构设备承担的具体功能，给予事故带来巨大损失的设备，要利用实时监测方案进行全方位监测。针对闸门设备，涉及水库与分洪以及泄洪等作用的闸门设备，水闸项目承担着挡潮作用的设备，或者水电站发电厂闸门机械设备，由于相关闸门设备均会产生事故，势必带来严重损失。尤其是大规模的项目，若面临事故威胁，很有可能对国家带来严重影响，无法保障群众的生命安全。所以应重点防护对应的设备，不只是进行日常维护，还要引进实时监测结构，强化设备运作状态监督，一经潜在问题要控制事故出现。关联水工金属结构设备的启闭设备，实施启闭操作管理，基于多种工况环境中运作，十分容易产生结构件疲劳问题、起升机构故障问题、变频器故障问题与保护盘跳电问题。若启闭设备潜在故障，会降低闸门的运作效率，所以应布设实施监测方案，动态分析问题和处理问题，配合对应的检修处理操作。

4.2 监测闸门设备的运作情况

其一，监测闸门设备的弧形钢闸门。对相关事故进行原因研究，流激振动生成的共振形式与闸门超负荷运行，甚至是制造安装所致的事故等，这样出现闸门局开共振问题和门叶卡阻以及水封异常磨损问题。

首先是实施流激振动监测作业，监测闸门设备的主梁以及纵梁部位，研究位移值与频率值的指标变化，若振动位移超过某个标准指数，可通过实时监测体系发出报警信息。其次是实施应力监测作业，即研究吊耳的结构运作状态、边梁结构的运作状态以及振动频率与共振频率互相接近状态下的报警信息。再次是运行姿态监测，闸门门叶中心在具体启闭阶段的横向运行轨迹，研究闸门体外侧以及侧轨两者动态距离，在距离指数大于固定值的情况下，可及时报警以及预警。最后是实施轴承状态的情况监督，研究轴承运行模式的变化，若运行出现异常，实时监测统体系可做出报警操作。

其二，监测平面钢闸门。此种闸门的实时监测工作，研究闸门主梁结构、吊耳结构、面板结构以及边梁结构的运作情况，尤其是进行应力监测项目与支撑部件监测项目与振动监测项目。

4.3 监测启闭设备的运作情况

其一，重点监测项目。总体来讲，启闭设备的监测项目有门机以及固定卷扬模式的启闭机。两种结构监测水工金属结构设备的钢丝绳运作情况，利用实时监测结构能够研究起升机构的故障实际特征与钢丝绳的损伤信息等，事先了解设备安全运行的隐患，同时利用信息有效性传输系统，提供报警服务和预警服务，使得启闭机可安全性运作。与此相同，启闭机监测内容的监督以启闭机动态运作情况为主，第一个内容便是钢丝绳损伤情况的监测，钢丝绳的运作中，若钢丝绳有磨损的情况与断丝情况，动态实施预警操作以及报警操作；第二个内容便是主起升机的运作情况监测，利用实时监测系统研究启闭机电机的振动情况和减速箱运作情况，观察卷筒关键部位是否出现变形趋势，时效性统计启闭机传动机的转速指数，事先了解启闭机多个部件内在的早期故障，表示某地区中启闭设备的监测项目。

其二，对液压启闭机的运作状态加以监测。统计液压油缸上铰轴状态与下铰轴状态，在运行出现异常情况，即刻实施预警操作与报警操作。液压油缸缸体铰座振动的研究，分析缸体铰座振动过程，一旦产生异常状态，可有效的预警以及报警。

4.4 实时监测系统的扩展形式

其他类型的水工金属结构设备，运作状态也可以通过监测系统进行观察，结合设备以及监测的实际要求充分设计，尤其是压力钢管的运行监测，强调外水压力以及裂纹扩展监测。实时监测升船机，特别是承船厢的平衡性研究与稳定性研究，细致划分起升结构的具体故障。

5 水工金属结构设备的运行中实时监测管理与智能化创新

5.1 实时监测管理

给予水工金属结构设备加以实时监测能够起到全生命周期管理的作用，有效调整水工金属结构设备运行情况，增加设备服役时间。

（1）关注选择型号过程，实施水工金属结构设备的制造。实时监测管理中，研究数据价值和挖掘数据价值可以提高水工金属结构设备的管理质量，明确水工金属结构设备型号选择的参考方向。按照实时监测管理操作，统计型号选择的方法与结构整合形式，支持结构设备正常运作。针对水工金属结构设备的制造上，制造过程若出现问题，势必会降低水工金属结构设备的使用效果，因此在使用实时监测结构中应全方位评价产品质量，重视制造工艺改进，不断提高设备制造的综合水平。

（2）安装调试水工金属结构设备以及实施水工金属结构设备运行。安装与调试水工金属结构设备阶段，相关人员应整合现有的运行计划，创设相对完整的数学结构模型，设定监测阈值，给水工金属结构设备的规范化调试提供参考。另外是水工金属结构设备的具体运行，引进实时监测结构，准确与全方位的研究设备运行趋势，初步识别水工金属结构设备的健康性能，落实无人值班运作项目。

（3）检修水工金属结构设备与统计报废数据。对水工金属结构设备加以检修，由现有的方案检修转变为检修状态，使得水工金属结构设备的利用率指数可提高，控制水工金属结构设备的维修具体时间，控制维修成本。并且适当减少备件库存量，避免出现水工金属结构设备实时监测工作的能源损耗。针对水工金属结构设备的报废信息统计，借助实时监测系统增加设备的运用寿命，全方位进行设备报废方案拟定。

5.2 智能化创新

通过实时监测体系过程性跟踪水工金属结构设备的运行情况和健康状态，这是处于发展关键阶段的系统，未来依旧需要充分完善。首先监测水工金属结构设备的运行状态要体现有的放矢的原则，研究重点设备的重点部位，若随意的进行某个结构设备监测，可能出现浪费资源的情况，甚至是预判出现问题，所以应明确监测的内容、监测的地点、监测的方法以及监测的意义。并且实时监测技术应确保工程的特殊性得以满足，促进水工金属结构设备运作在某个工程中的效率提升。其次是优化专业资源，巩固管理团队。宣传水工金属结构设备的实时监测结构，全过程培训水工金属结构设备专业人员，加大力度建设队伍，可以把某个电站金属结构管理资源进行优化，通过管理队伍的完善做好水工金属结构设备运行状态的监测工作。最后是形成数据化平台，推动监测进展。广泛整理水工金属结构设备的运行监督案例以及新兴技术的创新案例，比较相同类型设备的运作性能。以此为前提强化实时监测技术的应用成效，促使水工金属结构设备监测开发水平可有所提升，整合检验规范文件的内容，让水工金属结构设备的监测工作顺利进展。

6 结语

综上所述，对水工金属结构设备进行运行监控，能够全方位评估设备性能，整合运行调度，增加结构设备的运用寿命，继而控制水工金属结构设备运行的安全隐患，给予新技术以及新平台带来推广优势，对应的社会效益是比较强的。在具体的水工金属结构设备运行监测中，应全面创设实时监测体系，及时检查与排除设备隐患，确保水工金属结构设备运行的安全性与可靠性。