黃河大河家水電站工程

趙中營

摘 要：本文介紹了黃河大河家水電站工程壩頂2×2000/630kN雙向門機主要機構(gòu)的設(shè)計特點。為節(jié)約布置空間，對主、副兩套起升機構(gòu)共用一個小車進行了多個方案的比較分析。兩套起升機構(gòu)順水流方向依次布置，副起升機構(gòu)定滑輪組相對其卷筒中心位于下游，主起升機構(gòu)定滑輪組相對其卷筒位于上游方案具有占用空間小，小車架受力均衡合理，整體造價較低等特點，可為今后水利工程同類門機的設(shè)計提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：黃河大河家；雙向門機；起升機構(gòu)；變頻調(diào)速；定位系統(tǒng)

中圖分類號：TV72 文獻標識碼：A

1 門機主要組成及技術(shù)參數(shù)

2×2000/630kN壩頂雙向門機主要由主小車、門架、大車運行機構(gòu)、大車定位系統(tǒng)、夾軌器、電纜卷筒、司機室和電氣設(shè)備等組成。附屬設(shè)備有液壓自動抓梁、軌道及附件等（如圖1所示），其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 門機主要機構(gòu)設(shè)計

2.1 主、副起升機構(gòu)設(shè)計

小車布置主、副兩套起升機構(gòu)。主起升機構(gòu)為雙吊點，啟閉容量2×2000kN，采用分別驅(qū)動方式，每臺電動機驅(qū)動一套起升機構(gòu)，兩套起升機構(gòu)通過中間軸剛性連接，確保雙吊點機械剛性同步。副起升機構(gòu)為單吊點，啟閉容量630kN，采用單臺電機集中驅(qū)動。

小車主、副起升機構(gòu)均采用封閉傳動，電動機通過聯(lián)軸器與減速器的高速軸聯(lián)接，減速器的低速軸直接通過卷筒聯(lián)軸器與卷筒聯(lián)接。由于在傳動機構(gòu)的末端取消開式齒輪，電動機中心與卷筒中心的間距較小，僅等于減速器的中心距，使相對于卷筒中心的電動機側(cè)無法布置定滑輪組及平衡滑輪組，既定滑輪組與電動機相向布置。

2.2 大車運行機構(gòu)設(shè)計

根據(jù)額定啟門力2×2000kN對門機進行各種工況的輪壓計算，大車車輪數(shù)量為16、車輪直徑710mm時，可滿足車輪對軌道及其基礎(chǔ)混凝土的許用承壓應(yīng)力。

大車運行機構(gòu)由支承座、平衡梁、臺車裝配、行程限位開關(guān)、緩沖器裝置和清軌板裝置等組成。支承座上座板通過螺栓與門架下橫梁連接，下部通過其鉸軸與平衡梁相連接。平衡梁上部與支承座連接，下部2個鉸心則分別與2個臺車裝配連接。臺車裝配由主動車輪裝配、從動車輪裝配和臺車架等組成。該種布置形式受力明確，結(jié)構(gòu)簡單。

2.3 門架

門架為焊接箱型梁結(jié)構(gòu)，由主框架、側(cè)框架和上框架組成。主梁按簡支梁進行設(shè)計，支腿按框架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。主梁與端梁之間、支腿與上橫梁、中橫梁之間通過高強螺栓連接；支腿和下橫梁之間采用普通螺栓和抗剪塊連接；主梁與支腿則通過焊縫連接。主梁和門腿在門機順大車軌道方向構(gòu)成主框架，在門機垂直于大車軌道方向由支腿、端梁和上/中/下橫梁構(gòu)成側(cè)框架。由于該門機為雙吊點門機，吊點距達7.9m，該門機的輪距較軌距（9m）相對較大，達13.75m。為避免門機因輪距大，起吊邊孔閘門困難，門腿為Π型而非常規(guī)八型。該種門型適合于輪距較軌距大的門機。

3 主要技術(shù)特點

3.1 小車主、副起升機構(gòu)布置特點

小車布置一套起升機構(gòu)，相對較為簡單。如果在小車上布置主、副兩套起升機構(gòu)，則布置起來要復雜得多，需要進行方案必選，以確定最優(yōu)方案。

該門機主起升機構(gòu)為雙吊點，吊點距7.9m。副起升機構(gòu)為單吊點。主、副起升機構(gòu)均采用定滑輪中心和電動機中心相對于各自卷筒中心相向布置方案。共進行了4種方案的比選：

（1）方案一：主起升機構(gòu)位于下游側(cè)，副起升機構(gòu)位于上游側(cè)。主起升機構(gòu)電動機中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。副起升機構(gòu)電動機中心位于其卷筒的上游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的下游側(cè)。

（2）方案二：主起升機構(gòu)位于上游側(cè)，副起升機構(gòu)位于下游側(cè)。主起升機構(gòu)電動機中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。副起升機構(gòu)電動機中心位于其卷筒的上游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的下游側(cè)。

（3）方案三：主起升機構(gòu)位于上游側(cè)，副起升機構(gòu)位于下游側(cè)。主起升機構(gòu)電動機中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。副起升機構(gòu)電動機中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。

（4）方案四：主、副起升機構(gòu)在垂直于水流方向一字排列，并排布置。主、副起升機構(gòu)電動機中心均位于各自其卷筒的上游側(cè)，其定滑輪中心則相向布置，均位于各自卷筒的下游側(cè)。

方案二與方案三，起升機構(gòu)在上、下游方向占用空間大，小車架受力偏向一側(cè)，小車架及小車運行機構(gòu)工程量均有所增加，同時也導致當小車位于門機上、下游極限位置時，門架兩側(cè)懸臂段加長，增加了門架的工程量。

方案四布置的優(yōu)點是小車順水流方向尺寸小，缺點是垂直水流方向尺寸大，小車軌距、門機輪距加大，門架重量增加明顯，同時導致當門機運行至大車軌道兩端時，難以啟吊邊孔閘門。

方案一克服了方案二、三、四的缺點，占用空間較小，小車架受力均衡合理。經(jīng)比較分析，選定方案一。詳圖設(shè)計時，又對主、副起升機構(gòu)布置進行了進一步的優(yōu)化。利用主起升機構(gòu)雙吊點中心距大的特點，將副起升機構(gòu)定滑輪中心放在主起升機構(gòu)定滑輪中心與其卷筒中心之間，即主起升機構(gòu)定滑輪中心較副起升機構(gòu)定滑輪中心偏向上游0.6m。同時考慮主、副起升機構(gòu)卷筒軸承座支承梁及小車架吊物孔等的設(shè)置情況，將副起升機構(gòu)吊點中心向左側(cè)偏移0.4m。

3.2 變頻調(diào)速

門機主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)、大車運行機構(gòu)及小車運行機構(gòu)均采用變頻調(diào)速技術(shù)。主、副起升機構(gòu)起升速度均為0.2～2.0m/min，變頻范圍5～50Hz。大車運行速度為2～20.0m/min，變頻范圍5～50Hz。小車運行速度為0.6～2.0m/min，變頻范圍15～50Hz。

3.3 大車運行定位系統(tǒng)

大車行走距離約67m，所操作的閘門較多，為減輕工作人員的勞動強度，提高自動化管理水平，在大車運行機構(gòu)裝設(shè)一套門機行走位置測量與顯示系統(tǒng)。測量元件為絕對值編碼器，安裝于車輪軸上，通過測量車輪的轉(zhuǎn)速并輸出信號，顯示和控制大車的位置。同時在操作系統(tǒng)中設(shè)定各閘門的位置，或預置大車運行距離，門機到達設(shè)置地點時自動停機。該裝置還可在斷電情況下跟蹤門機位置。

為防止車輪打滑等原因造成定位不準，絕對型編碼器須安裝在從動輪軸上。

結(jié)語

大河家水電站工程進水口壩頂2x2000/630kN雙向門機已于2013年12 月25日通過了出廠驗收，各項數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求。目前正在工地安裝，該門機主、副起升機構(gòu)所采用的布置形式在平面上較為緊湊，同時避免了各自吊具的相互干涉，節(jié)省了工程造價，為今后水利工程同類門機的設(shè)計可提供有益借鑒。

參考文獻

[1]司健偉.三峽地下電站進水塔壩頂雙向門機的設(shè)計特點[J].華電技術(shù)，2010，32（02）： 22-25.

[2]司健偉.進水塔門機650/100kN回轉(zhuǎn)吊起升方案的改進[J].華電技術(shù)，2009， 31（12）： 29-31.