桑河二級(jí)水電站移動(dòng)式啟閉機(jī)研究

程堂華

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州311122）

0 引言

隨著水電事業(yè)的迅猛發(fā)展，水電建設(shè)的海外市場(chǎng)、工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，大量工程技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)在海外工程中得到了推廣和應(yīng)用。根據(jù)桑河二級(jí)水電站的工程特點(diǎn)，在不同壩段分別設(shè)置相應(yīng)的啟閉機(jī)用于啟閉閘門(mén)，解決了電站閘門(mén)數(shù)量多的實(shí)際問(wèn)題。由于移動(dòng)式啟閉機(jī)具有一機(jī)多用、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)，且可以通過(guò)自動(dòng)抓梁操作閘門(mén)，減小了人工拆卸操作吊軸的安全隱患，因此在水電站得到了廣泛應(yīng)用。

1 啟閉機(jī)的布置原理和方式

進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)布置于進(jìn)水口壩段79.0 m高程。主要用于進(jìn)水口檢修門(mén)、進(jìn)水口攔污柵的啟閉和吊運(yùn)，同時(shí)用于操作液壓清污抓斗。在右岸側(cè)主梁處設(shè)有電動(dòng)葫蘆裝置，用于壩面零星物品調(diào)運(yùn)。壩頂2×800 kN/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)布置于溢流壩段79.0 m高程，用于溢洪道檢修門(mén)的啟閉和吊運(yùn)，以及溢洪道弧形工作門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的安裝檢修吊運(yùn)和壩面零星物品的吊運(yùn)。該門(mén)機(jī)為雙向門(mén)機(jī)，配主小車、回轉(zhuǎn)吊及電動(dòng)葫蘆各1套。其中，溢洪道檢修門(mén)的啟閉和吊運(yùn)由門(mén)機(jī)主小車負(fù)責(zé)，溢洪道弧形工作門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的的安裝檢修吊運(yùn)由回轉(zhuǎn)吊負(fù)責(zé)，右岸側(cè)主梁處設(shè)置電動(dòng)葫蘆1臺(tái)，用于壩面零星物品吊運(yùn)。主小車配置溢洪道檢修門(mén)液壓自動(dòng)抓梁1套。尾水2×1600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)布置于尾水63.35 m高程平臺(tái)上，用于尾水檢修門(mén)的啟閉和吊運(yùn)。在門(mén)機(jī)右岸側(cè)主梁處設(shè)有電動(dòng)葫蘆裝置，用于尾水平臺(tái)零星物品的吊運(yùn)。該門(mén)機(jī)為單向門(mén)機(jī)，配置尾水檢修門(mén)液壓自動(dòng)抓梁1套。

3臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)的起升機(jī)構(gòu)均設(shè)置工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器，2套制動(dòng)器同時(shí)工作。為縮短閉門(mén)時(shí)間，啟閉機(jī)采用變頻控制，以及重載恒轉(zhuǎn)矩、輕載恒功率的工作模式。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)

工作級(jí)別：Q2-輕

啟門(mén)力：2×630 kN

揚(yáng)程：55 m

大車軌距：19 m

啟閉速度：0.2～2 m/min

電動(dòng)機(jī)：YZP315 S-8，75 kW，741 r/min

鋼絲繩：22 ZAB 16×K7+IWRC-1870ZS

減速器：DLH4SH21-280

卷筒直徑：Φ1 400 mm

工作制動(dòng)器：YWZ5-400/125

安全制動(dòng)器：SBD250-1750×30

高度指示控制裝置：JQJD-S1

載荷控制器：FWZ-C-63 t

2.2 壩頂2×800/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)

工作級(jí)別：Q2-輕

啟門(mén)力：2×800 kN

揚(yáng)程：30 m

啟閉速度：0.2～2 m/min

電動(dòng)機(jī)：YZP 250M-8，2×37 kW，729 r/min，F(xiàn)C=40%

鋼絲繩：24ZAB16×K7+IWR-1870

減速器：DLH4 SH15 i=200

卷筒直徑：Φ1 000 mm

工作制動(dòng)器：YWZ5-400/80

安全制動(dòng)器：SB250-1750×30

高度指示控制裝置：JQJD-S1

載荷控制器：FWZ-C-80 t

2.3 尾水2×1600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)

工作級(jí)別：Q2-輕

啟門(mén)力：2×1 600 kN

揚(yáng)程：35 m

啟閉速度：0.2～2 m/min

電動(dòng)機(jī)：YZP315S8，75 kW，741 r/min

鋼絲繩：32ZAB16×K7+IWRC-1870

減速器：DLH4SH21 i=224

卷筒直徑：Φ1150 mm

工作制動(dòng)器：YWZ5-500/125

安全制動(dòng)器：SBD250-A

高度指示控制裝置：JQJD-S1

載荷控制器：FWZ-C-160 t

3 啟閉機(jī)工作原理和構(gòu)造

3.1 基本構(gòu)造

移動(dòng)式啟閉機(jī)是指除供電電源及預(yù)埋件外的整套設(shè)備，由小車、門(mén)架結(jié)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)葫蘆、支軌器、門(mén)機(jī)軌道和阻進(jìn)器及埋件、測(cè)風(fēng)儀、防風(fēng)錨定裝置及埋件、液壓自動(dòng)抓梁、液壓清污抓斗、專用吊具、電力拖動(dòng)和控制設(shè)備、以及必要的附屬設(shè)備等組成。其中：

（1）進(jìn)水口2×630 kN/100 kN及壩頂2×800/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)主小車的組成：由主起升機(jī)構(gòu)、小車架、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、機(jī)房罩、機(jī)房?jī)?nèi)檢修吊、電力拖動(dòng)和控制設(shè)備等組成。而尾水2×1 600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)起升機(jī)構(gòu)由卷筒裝置、機(jī)架、動(dòng)滑輪等組成。

（2）大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由三合一減速器、臺(tái)車架和車輪組、電力拖動(dòng)和控制設(shè)備等組成。

（3）3臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)均設(shè)置10 t電動(dòng)葫蘆，用于壩面零星物品吊運(yùn)。

3.2 工作原理

（1）進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理

進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理大致分為二個(gè)部分，第一部分為大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行，第二部分為起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行。大車行走機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)不能同時(shí)運(yùn)行。

大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，首先行走電機(jī)通電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器，然后減速器帶動(dòng)車輪進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)雙向門(mén)式啟閉機(jī)行走功能。

起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，起升電動(dòng)機(jī)通電帶動(dòng)減速器，減速器帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)纏繞在卷筒的鋼絲繩進(jìn)行動(dòng)作，鋼絲繩端部連接有動(dòng)滑輪，通過(guò)動(dòng)滑輪與液壓自動(dòng)抓梁、攔污柵吊梁或液壓清污抓斗連接，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水口檢修閘門(mén)、攔污柵起吊及進(jìn)水口攔污柵清污功能。進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)總圖見(jiàn)圖1。

（2）壩頂2×800/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理

壩頂2×800/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理大致分為三個(gè)部分，第一部分為大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行，第二部分為起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行，第三部分為回轉(zhuǎn)吊回轉(zhuǎn)及起升運(yùn)行。大車行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)吊動(dòng)作不能同時(shí)運(yùn)行。

大車行走機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行原理同進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理類似。

圖1 進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)

回轉(zhuǎn)吊運(yùn)行時(shí)，回轉(zhuǎn)吊起升電機(jī)通電，然后帶動(dòng)起升減速器，減速器帶動(dòng)卷筒連接進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼絲繩進(jìn)行動(dòng)作，鋼絲繩端部連接有動(dòng)滑輪，通過(guò)動(dòng)滑輪下方吊鉤與液壓缸進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)液壓缸的升降，待升降到合適位置時(shí)候，通過(guò)回轉(zhuǎn)吊回轉(zhuǎn)電機(jī)通電，帶動(dòng)大小齒輪旋轉(zhuǎn)，最終旋轉(zhuǎn)到規(guī)定位置，從而滿足溢洪道弧形工作門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的安裝檢修吊運(yùn)。壩頂2×800/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)總圖見(jiàn)圖2。

（3）尾水2×1 600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理

尾水2×1 600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理大致分為二個(gè)部分，第一部分為大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行，第二部分為起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行。大車行走機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)不能同時(shí)運(yùn)行。

大車行走機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行原理同進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)工作原理類似。尾水2×1 600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)總圖見(jiàn)圖3。

4 主要零部件研究

4.1 卷筒

3臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)均采用雙聯(lián)卷筒雙折線繩槽、鋼絲繩多層纏繞方案。

圖2 壩頂2×800/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)

其中，進(jìn)水口2×630 kN/100 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)卷筒采用直徑為1.4 m，三層纏繞且兩端固定，中間出繩型式；壩頂2×800/250 kN雙向門(mén)式啟閉機(jī)卷筒采用直徑為1.0 m，二層纏繞且中間固定，兩端出繩型式；尾水2×1 600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)卷筒采用直徑為1.0 m，二層纏繞且中間固定，兩端出繩型式。

采用新型折線型繩槽卷筒，與擋環(huán)配合使用，避免了鋼絲繩在兩端受擠壓、摩擦及亂繩現(xiàn)象。折線卷筒的使用對(duì)移動(dòng)式啟閉機(jī)的運(yùn)行安全起到了重要作用見(jiàn)圖4。

圖3 尾水2×1600 kN/100 kN單向門(mén)式啟閉機(jī)

圖4 平行折線繩槽卷筒及擋環(huán)展開(kāi)示意圖

4.2 鋼絲繩及滑輪

鋼絲繩采用面接觸高強(qiáng)鋼絲繩，股內(nèi)鋼絲間呈面接觸狀態(tài)，鋼絲繩金屬填充系數(shù)大，股結(jié)構(gòu)緊密。鋼絲繩在使用時(shí)，鋼絲之間接觸應(yīng)力小，無(wú)二次彎曲應(yīng)力，鋼絲繩與輪槽接觸面積大，所以壓實(shí)股鋼絲繩耐磨、耐疲勞及抗壓性能好，不易變形。

滑輪組分為動(dòng)滑輪組、定滑輪組、平衡滑輪組?；喚捎密堉苹啠砻驽冦t，滑輪軸調(diào)質(zhì)處理。除定滑輪采用滾動(dòng)軸承外，其余滑輪軸承采用銅基鑲嵌自潤(rùn)滑軸承。

4.3 制動(dòng)系統(tǒng)

3臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)起升機(jī)構(gòu)均采用了雙制動(dòng)系統(tǒng)，一套為工作制動(dòng)器，另一套為安全制動(dòng)器。制動(dòng)器安裝在電動(dòng)機(jī)和減速器之間，工作制動(dòng)器用于啟閉機(jī)運(yùn)行過(guò)程的停機(jī)制動(dòng)，制動(dòng)器制動(dòng)安全系數(shù)不小于1.75；安全制動(dòng)器用于啟閉機(jī)停機(jī)狀態(tài)下制動(dòng)，為防止閘門(mén)墜落提供了更高的安全保障。

盤(pán)式制動(dòng)器具有大夾緊力、信號(hào)指示準(zhǔn)確可靠、實(shí)現(xiàn)可控制動(dòng)、使用壽命長(zhǎng)，并且尺寸小、質(zhì)量輕，安裝調(diào)試及維護(hù)方便。

4.4 荷載及揚(yáng)程保護(hù)

3臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)均設(shè)有荷載限制器及揚(yáng)程指示等保護(hù)裝置。

當(dāng)?shù)蹙咂鹕缴蠘O限位置時(shí)能自動(dòng)切斷起升動(dòng)力電源，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)?shù)蹙呦陆档较聵O限位置時(shí)能自動(dòng)切斷下降的動(dòng)力電源，保證鋼絲繩在卷筒上的纏繞不少于設(shè)計(jì)所規(guī)定的參數(shù)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

定滑輪處設(shè)置的荷載傳感器，當(dāng)?shù)蹙呱系暮奢d達(dá)到額定值的90%時(shí)，給出預(yù)警信號(hào)；到達(dá)額定值110%時(shí)，切斷起升機(jī)構(gòu)電源。當(dāng)欠載時(shí)，給出欠載預(yù)警信號(hào)并停機(jī)。三組信號(hào)都有不小于兩對(duì)電氣獨(dú)立的報(bào)警接點(diǎn)。

5 結(jié)論

桑河二級(jí)水電站移動(dòng)式啟閉機(jī)整體設(shè)計(jì)合理；采用了折線卷筒、模塊化封閉式減速器、壓實(shí)股面接觸高強(qiáng)鋼絲繩和雙制動(dòng)系統(tǒng)等，使設(shè)備整機(jī)尺寸和重量較常規(guī)設(shè)計(jì)大幅減??；采用了多套安全保護(hù)裝置，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

3臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)已投運(yùn)1年以上，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、性能良好。