易琛
长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443000
葛洲坝三号船闸U型廊道是位于三号闸上闸首区域的水底隧道，因为其形状类似于U，所以称为U型廊道。U型廊道是船闸电力电缆、工控系统电缆、各类通信光缆联通闸室两岸的通道。其内部设有照明、应急照明等电路。U型廊道存在渗漏积水的问题，渗漏原因和船闸砼结构缝、海底阀渗漏有关。如图一所示，U型廊道中渗漏积水汇聚于三个底部联通的海底阀水槽中。三个水槽为长方体形状，长宽高分别为200cm、80cm、110cm。
渗漏解决办法是在积水漫出水槽前，依靠船闸自动排水系统对渗漏积水进行抽排，三号闸U型廊道有自动排水系统和应急排水系统。自动排水系统和应急排水系统都可分为排水泵、软管、塑料管、电气控制系统四部分。其中应急排水系统是在自动排水系统故障后，用于应急抽水，只能手动启动。如果自动排水系统故障，则极容易发生廊道漫水事件，一旦漫水淹没廊道电缆架和照明电路，可能发生电缆受损、电路短路、廊道漏电等险情。
目前自动排水系统故障次数较多，廊道漫水事件时有发生，因此减少自动排水系统故障，防止出现严重的廊道漫水事故，对保障船闸生产安全及稳定运行具有非常重要的意义。
一、现状分析
通过对U型廊道自动排水系统进行现场调查，发现有以下几个原因造成故障发生。
1.泵出口接头太短小，泵出口直径为30cm，长约4cm，泵出口直径为30cm，长约4cm，软管与泵连接口接触面积较小，不易紧固，易脱落造成故障发生。
2.控制开关启停水位差变小，受水垢等影响，浮子开关电缆逐渐硬化，其启停水位差减少，导致排水系统启停次数大幅增加，约58min启动一次。水泵运行启停瞬间具有明显较大振动，频繁的启停振动加上水泵运行时的水作用力，是造成软管松动滑退，导致系统故障发生。
3.无备用系统切换运行，应急泵只能手动启动，应急泵没有自动控制电路，只能手动运行，自动排水系统长期运行，承担了所有排水任务，没有别的系统分担排水任务。
二、实施对策
1.换用出水口直径更大的水泵及匹配软管
通过对潜水泵及出水口匹配软管重新选型。排水泵安装地点为U型廊道海底阀水槽内，海底阀槽的长宽高尺寸为分别为200cm、80cm、110cm，三号闸U型廊道内共有三个同样大小的海底阀水槽，它们是渗漏水集聚处。潜水泵比较适合在海底阀槽安装。潜水泵选型主要依据是流量、扬程、出水口管径需求。
根据现场观察，廊道水渗漏是逐渐累积的过程，一般潜水泵每秒流量都远大于U型廊道渗漏水量。市场上的泵几乎都满足需求。现场测量，扬水高度为20m。
水泵扬程选型计算公式为：
H=z+hw （公式一）
其中，H——水泵扬程；
Z——扬水高度即入口处水面到出口处水面的高程差；
Hw——是水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。
按照经验取水头损失为扬水高度10%，由公式一得水泵扬程需求H为22m。
为保证软管连接处比原来具有更大的紧固接触面，泵出水接口需大于原泵的30cm。
匹配软管为内径为50mm 软管，管路工作压强近似等于水泵出水口压强，可取最大扬程值估算其出口压强为：
P=ρH （公式二）
其中，P——软管工作压强；
ρ——水密度；
H取25m，可知正常工作状态下，带入公式二中，可得软管工作压力P不会超过0.25mpa。
系统工作启停瞬间的管路压力一般会高于工作压力，但显然不会超过水管爆破压强1.5Mpa。其直径为50mm，长度为8cm。与泵连接处具有更大的接触面，紧固时可增加至1个紧固抱箍，更便于安装紧固。
最终选定水泵型号为Qx6-25-1.1，匹配软管为内径50mmPVC钢丝软管。
2.更换控制开关，增大启停水位差
浮式开关是排水系统自动启停的控制开关，其控制水位分为启动水位，停机水位。排水泵在高水位启动运行，低水位停机。
原系统原来采用的控制开关为电缆浮式开关，电缆式浮式开关是在水面上的浮球开关，浮球中有水泵运行控制回路开关，当浮球上升至高水位时，浮球内部开关接通，水泵开始运行，当水位下降至停机水位时，浮球内部开关断开，水泵停机。控制开关启停水位差即每次运行水位下降量。正常情况下，积水都在水槽内，那么每次水泵运行排水量可用长方体体积公式计算：
Q=SΔH （公式三）
其中，S——水槽底面积；
ΔH——水位下降高度。
所以年排水系统对管路启停冲击次数可由以下公式计算：
N=Q年/Q （公式四）
其中，N——年启停次数；
Q年——廊道年渗漏水总量；
Q——排水系统每次运行排水量；
廊道年渗漏水总量和排水系统每次运行排水量会根据实际情况发生变化，无法明确，但由公式三、四可知，控制开关启停水位差和运行次数是反相关关系。
电缆浮子开关通过调节水下电缆长度调节启停水位差。所以水位控制和电缆状态息息相关，使用一段时间后，由于水质和电缆老化等原因，电缆容易硬化，其控制水位差随时间逐渐发生变化，根据现场测量，原三号闸U型廊道控制开关，其启停水位差缩减至只2.9cm。其系统运行次数较多，据实际观测约每58min启停一次。每日对软管连接处启停冲击作用次数为24.8次。
浮球用拉绳连接在高处，在重力作用下垂挂于水槽中。其启动开关由拉绳承受的浮球重力多少控制。当水位上升时，浮球浮于水面，拉绳承受重力减少，当水位下降时，浮球由拉绳悬挂，拉绳承受重力增大。
控制开关启停和拉绳承受浮球重力满足以下公式：
F启动=0.5G上浮球；
F停机=0.5G下浮球+G上浮球；
所以其启动水位为上浮球中间位置，停机位置为下浮球中间位。那么通过增减两个浮球之间的拉绳长度，即可对启停水位差进行调节。在U型廊道中，FY—AB水位开关性能更优，其启停水位差稳定性更好，因此选取FY—AB水位开关为新的浮子开关。根据其工作原理，将其启停水位差设定为30cm，启动水位距离水槽底垂直高度为95cm，停机水位距离水槽底为55cm，水泵长度约50cm，其距离水槽底15cm，排水系统将在水位低于廊道路面10cm时启动，运行直至水位下降30cm时停止。 采用FY—AB水位开关后，其启停水位差为30cm。原系统启停水位差为2.9cm，其启停数与原系统启停次数比值可根据公式三、四推导出来：
B=ΔH1 /ΔH 2 （公式五）
其中，B——旧新系统启停次数比值；
ΔH1——旧系统启停水位差；
ΔH2——新系统启停水位差；
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已知，旧系统启停水位差为2.9cm，新系统启停水位差为30cm，代入公式五中，可得旧系统启停次数为新系统的10.3倍。可得新旧系统启停效果对照表：
有效减少了廊道自动排水系统故障问题。
从检修效益上讲，自动排水系统半年故障次数由平均4.5次减少至1次，船闸组织紧急抢修次数减少了78%，取得了良好的检修效益。
从安全效益上讲，降低了U型廊道自动排水系统故障次数。显著降低了U型廊道发生漫水事故的风险。进一步保障了廊道内设备设施、通行人员安全。取得了良好的安全效益。