內(nèi)置行星卷揚(yáng)式啟閉機(jī)在射陽河閘改造工程中的應(yīng)用

王 波，項(xiàng) 明，沈 靜，沈 楓

（1．江蘇省水利機(jī)械制造有限公司，225000，揚(yáng)州；2．江蘇省鹽城市水利工程管理處，224000，鹽城；3．江蘇省揚(yáng)州市水利局，225000，揚(yáng)州）

射陽河閘是江蘇省沿海規(guī)模最大的擋潮排澇工程，位于鹽城市射陽縣海通鎮(zhèn)，距射陽河入海口約15 km。該工程建成于1956 年5 月， 共布置37 臺雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)并列式啟閉機(jī)。

原啟閉機(jī)已運(yùn)行60 余年，導(dǎo)致變速系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)等可靠性差、結(jié)構(gòu)落后，機(jī)械零部件制式已淘汰，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)困難，存在嚴(yán)重的安全隱患。2016年， 經(jīng)水利部水工金屬結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中心現(xiàn)場檢測、復(fù)核計(jì)算與安全評價(jià)，啟閉機(jī)存在諸多問題； 后射陽河閘經(jīng)江蘇省水利廳組織鑒定為四類閘，需進(jìn)行除險(xiǎn)加固，對啟閉機(jī)進(jìn)行改造。

一、啟閉機(jī)改造要求

由于射陽河閘的工作橋不在本次加固改造范圍，原有工作橋梁系不能改變，新啟閉機(jī)需要滿足工作橋的梁系布置要求，采用閉式傳動，不能有開式齒輪；采用弧門啟閉機(jī)，無滑輪組；采用集中驅(qū)動，每臺啟閉機(jī)只能有一個(gè)電動機(jī)；必須保證安裝在原有的工作橋承重結(jié)構(gòu)上。 同時(shí)，新啟閉機(jī)安裝完成后，順?biāo)鞣较騼蓚?cè)須留有電纜橋架空間和安全通道，啟閉機(jī)的寬度方向尺寸要小于1.6 m。 如果可以利用卷筒內(nèi)部的空間進(jìn)行傳動，再選擇一個(gè)電減集成的模塊就可以很好地解決以上問題。

二、設(shè)計(jì)方案比選、確定

根據(jù)射陽河閘現(xiàn)場的工況條件，管理單位提出了兩個(gè)要求：一是采用閉式傳動；二是采用集中驅(qū)動，以減少大量的后期維護(hù)工作量。 為此，對啟閉機(jī)選型進(jìn)行了多方案比較與分析，以期在符合《水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 41—2018）的基礎(chǔ)上求得最優(yōu)方案。經(jīng)初步篩選，共擬出4個(gè)方案進(jìn)行比選。

1.盤香式啟閉機(jī)方案

原工作橋是按照滑輪組在工作橋面上轉(zhuǎn)動到吊點(diǎn)上方開孔輸出的復(fù)雜方式，原有的工作橋開孔尺寸非常小，根據(jù)歷史竣工圖紙和現(xiàn)場測繪的數(shù)據(jù)，吊點(diǎn)幾乎在工作橋開孔的正中，工作橋的開孔左右方向有750 mm。射陽河閘啟閉機(jī)的揚(yáng)程較小，實(shí)際行程只有8 m，可以采用盤香式啟閉機(jī)，可滿足1.6 m 的最小尺寸要求， 但是只能采用雙驅(qū)， 無法做到集中驅(qū)動?？紤]國內(nèi)盤香式啟閉機(jī)使用較少，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尤其是盤香部分制作困難，澆鋅結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致多根鋼絲繩受力不均，不利于后期維護(hù)，因此不建議使用。

2.集中驅(qū)動閉式啟閉機(jī)方案

射陽河閘的閘門是弧形擋潮閘門， 受工作橋和閘門開啟形式局限，只能采用弧門啟閉機(jī)。 該方案需采用CHC 大速比減速機(jī)，而目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的減速機(jī)單臺速比達(dá)到1 500 的可選種類非常少，可選范圍小。 左右機(jī)達(dá)到了尺寸要求，集中驅(qū)動的中間尺寸略超過1.6 m 的要求。 CHC 原理的減速機(jī)制造、使用均較少，不利于后期維護(hù)，不建議使用。

3.集中驅(qū)動硬齒面閉式啟閉機(jī)方案

該方案采用多級硬齒面減速機(jī)，總速比達(dá)到1 120。 雖然硬齒面減速機(jī)品質(zhì)優(yōu)秀，但硬齒面減速機(jī)集中驅(qū)動方案中的電動機(jī)尺寸超過工作橋墻體，無法實(shí)施。

4.內(nèi)置星聯(lián)啟閉機(jī)方案

該方案次級行星傳動內(nèi)置于卷筒內(nèi)，中部為集中驅(qū)動的減速電機(jī)。內(nèi)置星聯(lián)啟閉機(jī)可以符合老工作橋的梁系要求， 采用中間集中動力單元分別驅(qū)動左右卷揚(yáng)單元的模式，滿足了集中驅(qū)動一個(gè)電動機(jī)的要求， 也可以滿足兩側(cè)具有電纜橋架空間和安全通道的要求。 如果集中驅(qū)動部分垂直安裝的話， 左右機(jī)流水方向尺寸只有0.863 m， 滿足小于1.6 m 的要求。

5.啟閉機(jī)方案的確定

經(jīng)過多種啟閉機(jī)方案比選， 硬齒面集中傳動方案電動機(jī)超出了墻體，肯定無法實(shí)現(xiàn)；CHC 減速機(jī)方案和盤香式方案均過于小眾，有的尺寸較大、設(shè)備笨重，對專業(yè)技能要求較高，也不利于項(xiàng)目的實(shí)施。 內(nèi)置星聯(lián)方案的內(nèi)置行星部分雖然對專業(yè)技能要求也高，但已被設(shè)計(jì)成一個(gè)專業(yè)的模塊，可以很方便地進(jìn)行更換， 而且行星傳動已在工況惡劣的工程機(jī)械方面廣泛使用，傳動可靠性得到了廣泛的驗(yàn)證。

集中驅(qū)動采用一個(gè)電動機(jī)，減少了安裝時(shí)接錯線的風(fēng)險(xiǎn)，降低了后期維護(hù)的和難度；初級減速保證同步軸的安全轉(zhuǎn)速，內(nèi)置的行星最大化限度少了流水方向的空間尺寸，在較窄的工作橋上節(jié)省出更多的安全空間和維護(hù)空間。

該方案采用單級行星減速模塊加K 系列硬齒面的方案實(shí)現(xiàn)大速比傳動，總傳動速比將達(dá)到1 500 以上，盡可能增加操作和維護(hù)空間，最大程度實(shí)現(xiàn)啟閉機(jī)集中化、簡約化。

因此，星聯(lián)集驅(qū)啟閉機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、集中驅(qū)動模塊化、內(nèi)置行星模塊化、總速比方便選擇等優(yōu)點(diǎn)，成為最佳方案。

三、星聯(lián)啟閉機(jī)的研制

1.工作原理

該啟閉機(jī)是由一臺斜齒輪-傘齒輪減速電機(jī)通過聯(lián)軸器傳動軸連接行星聯(lián)接盤， 帶動左右起升機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)閘門上升或下降。

啟閉機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、保護(hù)裝置和機(jī)架等組成（見圖1）。起升機(jī)構(gòu)包括卷筒（內(nèi)置行星聯(lián)接盤）、滑輪、鋼絲繩等， 傳動裝置包括減速電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動軸等，保護(hù)裝置包括荷載限制器、編碼器和主令控制器等。

圖1 星聯(lián)啟閉機(jī)三維設(shè)計(jì)圖

通航孔閘門為上下扉門，采用直升的方式，因考慮位置，均采用了單聯(lián)卷筒的2 倍率啟閉機(jī)。 其中，上扉揚(yáng)程6 m，啟門力2×160 kN，起門速度1.7 m/min；下扉揚(yáng)程11 m，啟門力2×250 kN，起門速度1.6 m/min。 上下扉吊點(diǎn)距900 mm，吊點(diǎn)距10.38 m。

2.性能特點(diǎn)

星聯(lián)啟閉機(jī)最大特點(diǎn)是體積小，在流水方向尺寸最小，在上下游方向尺寸比傳統(tǒng)啟閉機(jī)小40%～50%， 沒有開式齒輪， 用內(nèi)置高效率的行星減速代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓柱齒輪傳動，直線型布置更加緊湊；外置減速可采用高品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)，整機(jī)噪音可控制在70 分貝以下，防滲漏油優(yōu)秀，傳動效率94%以上；內(nèi)置行星采用了四或五組行星齒輪嚙合， 極大地發(fā)揮行星承載能力強(qiáng)、輸出扭矩大的優(yōu)點(diǎn)，工作平穩(wěn)，幾乎沒有噪音，傳遞效率達(dá)到98%以上；啟閉速度范圍廣， 從0.1～5 m/min 均可以進(jìn)行配置， 滿足不同速度的要求，這也解決了弧門啟閉機(jī)需要大速比傳動的要求，而普通標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)的最大速比只有500，星聯(lián)啟閉機(jī)兩級傳動，幾乎可以滿足任意速比的要求。 后期的維護(hù)也十分方便，內(nèi)外置減速機(jī)均有明顯標(biāo)志的加放油孔，行星傳動是360 度旋轉(zhuǎn)， 比常規(guī)硬齒面加油量少一半以上。

3.關(guān)鍵技術(shù)

普通平門卷揚(yáng)式啟閉機(jī)采用閉式傳動已經(jīng)非常普遍，因?yàn)槠胀ㄆ介T機(jī)的傳動速比均在500 以下，這也是常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)的常用范圍。但是弧門卷揚(yáng)式啟閉機(jī)沒有倍率，總速比都超過1 000，本項(xiàng)目就需要達(dá)到1 500。 星聯(lián)集驅(qū)的形式正好可以解決這個(gè)難題，集驅(qū)的速比乘以行星的速比， 總速比甚至可以達(dá)到幾萬，非常方便達(dá)到要求。 集中驅(qū)動的電機(jī)初減模塊體積小， 結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)置于卷筒的行星，結(jié)構(gòu)更加緊湊，而且更好地發(fā)揮了行星輸出扭矩大的特點(diǎn)，正好實(shí)現(xiàn)了減卷同軸。 整機(jī)的直線形布置， 充分節(jié)約了工作橋?qū)挾确较虻目臻g，左右機(jī)只有0.863m，結(jié)構(gòu)更加緊湊。

內(nèi)置行星、外置集驅(qū)、速比范圍廣、減卷同軸、結(jié)構(gòu)緊湊重量輕成為星聯(lián)集驅(qū)啟閉機(jī)的最關(guān)鍵技術(shù)特征。

四、試運(yùn)行及檢測

射陽河閘于2018 年1 月完成了首批12 臺套啟閉機(jī)的安裝， 并進(jìn)行了試運(yùn)行。 2018 年7 月，經(jīng)水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心檢測，相關(guān)參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范的要求。 2019 年5 月，其余啟閉機(jī)安裝完成并投入試運(yùn)行。 截至2021 年11月， 射陽河閘的37 臺套星聯(lián)集驅(qū)啟閉機(jī)經(jīng)過了3 個(gè)汛期的考驗(yàn)，每年啟閉300 多次，運(yùn)行良好，安全可靠。

新啟閉機(jī)投入運(yùn)行后，改變了射陽河閘原有工作橋布置復(fù)雜的情況，結(jié)束了以前沒有安全通道的歷史，讓啟閉機(jī)工作橋更加整齊、通暢。

五、結(jié) 語

射陽河閘星聯(lián)集驅(qū)啟閉機(jī)2×160kN固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)投入運(yùn)行以來，設(shè)備運(yùn)行情況良好，證明設(shè)計(jì)方案合理，啟閉機(jī)安全可靠。 其后100 多臺套該型式啟閉機(jī)陸續(xù)在南京天生橋船閘、常熟青墩塘泵站、安徽十五河閘、鎮(zhèn)江京口閘、南通協(xié)興閘、奔牛水利樞紐、定波水利樞紐等大中型水利工程安裝使用。 該啟閉機(jī)作為一種新型閉式卷揚(yáng)式啟閉機(jī)， 大幅減少了工作橋上下游方向的占用空間，方便觀察和維護(hù)。在維護(hù)保養(yǎng)方面采用模塊化專業(yè)保養(yǎng)， 大幅減少了管理單位平時(shí)啟閉和后期維護(hù)的成本， 經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，今后可在大型弧門啟閉機(jī)設(shè)計(jì)、制造中應(yīng)用和推廣。 ■