一種前拉式表孔弧形閘門固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)

祝鳳山

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

表孔弧形閘門是水利水電工程中一種普遍使用的閘門，具有操作簡(jiǎn)便、水流條件好等諸多優(yōu)點(diǎn)，多用作泄水建筑物的工作閘門?；⌒伍l門的啟閉方式直接關(guān)系到水工建筑物的結(jié)構(gòu)型式，較好的啟閉機(jī)布置方式不僅可以降低工程量、節(jié)約投資，還能提高整個(gè)工程的運(yùn)行質(zhì)量和性能。因此，合理地選擇啟閉方式是水利水電工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1 概述

表孔弧形閘門大多采用固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)前拉式、固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)后拉式、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)后拉式3種啟閉布置方式。

表孔弧形閘門采用固定卷?yè)P(yáng)機(jī)前拉式（如圖1）布置的主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單，啟閉力臂大，啟閉機(jī)容量較小；瞬間啟閉時(shí)傳遞給弧形閘門框架的附加力較小，框架斷面相對(duì)較小。而傳統(tǒng)的表孔弧形閘門啟閉機(jī)多采用單繩設(shè)計(jì)，鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端直接與閘門吊耳相連；載荷由單根鋼絲省負(fù)荷，隨著容量的增加，鋼絲繩直徑相應(yīng)增加，相應(yīng)的增加卷筒直徑，整機(jī)高度會(huì)大大增加，結(jié)構(gòu)布置非常繁瑣。

為解決前拉式啟閉機(jī)滑輪倍率為1 的問(wèn)題，在河南南灣水庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者采用1×400 kN 斜拉式平門啟閉機(jī)啟閉弧形閘門（如圖2）。其采用了動(dòng)滑輪組增加了滑輪組倍率，相應(yīng)降低了鋼絲繩和卷筒直徑。斜拉式啟閉機(jī)的滑輪組使鋼絲繩不能完全緊貼面板，鋼絲繩易被水流沖擊引起抖動(dòng)，會(huì)發(fā)生鋼絲繩碰擦繩槽，甚至發(fā)生跳槽、亂槽現(xiàn)象。

因此，對(duì)于前拉式表孔弧門啟閉機(jī)，尤其是中大型容量（每個(gè)吊點(diǎn)啟門容量Q≥50 kN）的啟閉機(jī)而言，這些問(wèn)題亟待解決。

圖1 弧門固定卷?yè)P(yáng)啟閉前拉式布置

圖2 斜拉式平門啟閉機(jī)啟閉弧形閘門布置

2 一種前拉式表孔弧形閘門啟閉機(jī)的布置

鑒于此，作者提出了一種前拉式表孔弧形閘門固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，在滑輪組倍率為1 的前提下，通過(guò)增設(shè)帶滑輪組或軸套的吊具，使多根鋼絲繩負(fù)荷啟門容量，相應(yīng)降低啟閉機(jī)鋼絲繩和卷筒直徑。主要包括機(jī)架、動(dòng)力裝置、減速裝置、雙聯(lián)卷筒、鋼絲繩和吊具，啟閉機(jī)布置總圖如圖3。

圖3 一種前拉式啟閉機(jī)圖

2.1 總體設(shè)計(jì)

如圖3 所示，左右機(jī)對(duì)稱布置，設(shè)計(jì)為雙驅(qū)動(dòng)，利用中間軸同步驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。依據(jù)載荷情況，卷筒可設(shè)計(jì)為雙雙聯(lián)卷筒或多雙聯(lián)卷筒 （圖3 為雙雙聯(lián)卷筒），為使結(jié)構(gòu)緊湊，電動(dòng)機(jī)選用具有停電自制動(dòng)能力的錐形電動(dòng)機(jī)。為滿足啟門速度的要求，減速裝置為減速器和開式齒輪裝置。規(guī)范規(guī)定“當(dāng)減速裝置由減速器和開式齒輪組成時(shí)，開式齒輪的單級(jí)傳動(dòng)比不宜大于6.3”。因此，減速器設(shè)計(jì)選用速比大、承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的星輪減速器。吊具上設(shè)有滑輪，滑輪的個(gè)數(shù)與雙聯(lián)卷筒的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)。

可以根據(jù)容量和揚(yáng)程選擇卷筒的雙聯(lián)數(shù)和纏繞層數(shù)。

2.2 繞繩方式

依據(jù)雙聯(lián)卷筒的個(gè)數(shù)，對(duì)應(yīng)幾根鋼絲繩。鋼絲繩一端固定在雙聯(lián)組的一端，繞過(guò)吊具的滑輪后軸套后，固定在該雙聯(lián)組的另一端，其余雙聯(lián)組照此布置。吊具的滑輪僅為鋼絲繩的平衡支承，無(wú)相對(duì)位移，鋼絲繩能緊貼面板，避免了被水流沖擊引起抖動(dòng)對(duì)其的影響。

2.3 安全保護(hù)功能

為保證啟閉機(jī)正常安全工作，啟閉機(jī)設(shè)有荷載傳感器和高度開度器。荷載傳感器采用電子式壓電傳感器，與大齒輪遠(yuǎn)端的軸承座合二為一；依據(jù)啟閉荷載達(dá)到額定荷載的程度，設(shè)置提示信號(hào)：當(dāng)超過(guò)額定荷載的10%時(shí)，發(fā)出警報(bào)并切斷電源。高度開度儀設(shè)置在大齒輪近端的軸端，并設(shè)置上下極限位置限制器，當(dāng)開度達(dá)到極限位置時(shí)，自動(dòng)切斷電源，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

2.4 擴(kuò)展功能

筆者提出的一種用于表孔弧形閘門前拉式布置的固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的機(jī)架是左右對(duì)稱的2個(gè)，用于雙吊點(diǎn)啟閉；去掉中間軸，可用于單吊點(diǎn)啟閉。

3 對(duì)比分析

按相同工作級(jí)別（Q2—輕）、相同鋼絲繩材料和抗拉強(qiáng)度（1 870 MPa），以圖3 的布置設(shè)計(jì)為例，與傳統(tǒng)單繩設(shè)計(jì)的固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)相比，鋼絲繩直徑、卷筒直徑均大大降低，如表1 所示。

表1 與傳統(tǒng)單繩設(shè)計(jì)的固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)比較表

從表1 可以看出，單個(gè)吊點(diǎn)超過(guò)630 kN，采用傳統(tǒng)單繩設(shè)計(jì)已不能滿足，因此作者提出的前拉式弧形閘門固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)具有較好的工程適應(yīng)性。

綜上，本文提出的一種前拉式弧形閘門固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)解決了傳統(tǒng)單繩設(shè)計(jì)卷筒直徑、鋼絲繩直徑大的難題，其結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、滿足規(guī)范要求。通過(guò)對(duì)比分析，具有較好的工程適應(yīng)性。

［1］杜培文.表孔弧形閘門的后拉式啟閉［J］.山東水利科技，1996(3).

［2］安永林.九道拐水電站溢洪道弧形閘門啟閉機(jī)設(shè)計(jì)［J］.貴州水利發(fā)電，2005(10).

［3］馬洪靜.河南南灣水庫(kù)斜拉式啟閉機(jī)的設(shè)計(jì) ［J］.山東水利，2010(3).

［4］水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（SL41—2011），2011年第1 版.北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.