一種前拉式表孔弧形閘門固定卷揚啟閉機

祝鳳山

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013）

表孔弧形閘門是水利水電工程中一種普遍使用的閘門，具有操作簡便、水流條件好等諸多優(yōu)點，多用作泄水建筑物的工作閘門。弧形閘門的啟閉方式直接關系到水工建筑物的結構型式，較好的啟閉機布置方式不僅可以降低工程量、節(jié)約投資，還能提高整個工程的運行質量和性能。因此，合理地選擇啟閉方式是水利水電工程設計過程中的一個重要環(huán)節(jié)。

1 概述

表孔弧形閘門大多采用固定卷揚啟閉機前拉式、固定卷揚啟閉機后拉式、液壓啟閉機后拉式3種啟閉布置方式。

表孔弧形閘門采用固定卷揚機前拉式（如圖1）布置的主要優(yōu)點：結構布置簡單，啟閉力臂大，啟閉機容量較小；瞬間啟閉時傳遞給弧形閘門框架的附加力較小，框架斷面相對較小。而傳統(tǒng)的表孔弧形閘門啟閉機多采用單繩設計，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荷，隨著容量的增加，鋼絲繩直徑相應增加，相應的增加卷筒直徑，整機高度會大大增加，結構布置非常繁瑣。

為解決前拉式啟閉機滑輪倍率為1 的問題，在河南南灣水庫設計過程中，設計者采用1×400 kN 斜拉式平門啟閉機啟閉弧形閘門（如圖2）。其采用了動滑輪組增加了滑輪組倍率，相應降低了鋼絲繩和卷筒直徑。斜拉式啟閉機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，會發(fā)生鋼絲繩碰擦繩槽，甚至發(fā)生跳槽、亂槽現(xiàn)象。

因此，對于前拉式表孔弧門啟閉機，尤其是中大型容量（每個吊點啟門容量Q≥50 kN）的啟閉機而言，這些問題亟待解決。

圖1 弧門固定卷揚啟閉前拉式布置

圖2 斜拉式平門啟閉機啟閉弧形閘門布置

2 一種前拉式表孔弧形閘門啟閉機的布置

鑒于此，作者提出了一種前拉式表孔弧形閘門固定卷揚啟閉機，在滑輪組倍率為1 的前提下，通過增設帶滑輪組或軸套的吊具，使多根鋼絲繩負荷啟門容量，相應降低啟閉機鋼絲繩和卷筒直徑。主要包括機架、動力裝置、減速裝置、雙聯(lián)卷筒、鋼絲繩和吊具，啟閉機布置總圖如圖3。

圖3 一種前拉式啟閉機圖

2.1 總體設計

如圖3 所示，左右機對稱布置，設計為雙驅動，利用中間軸同步驅動設計。依據(jù)載荷情況，卷筒可設計為雙雙聯(lián)卷筒或多雙聯(lián)卷筒 （圖3 為雙雙聯(lián)卷筒），為使結構緊湊，電動機選用具有停電自制動能力的錐形電動機。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“當減速裝置由減速器和開式齒輪組成時，開式齒輪的單級傳動比不宜大于6.3”。因此，減速器設計選用速比大、承載能力強、結構緊湊、效率高的星輪減速器。吊具上設有滑輪，滑輪的個數(shù)與雙聯(lián)卷筒的個數(shù)對應。

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

2.2 繞繩方式

依據(jù)雙聯(lián)卷筒的個數(shù)，對應幾根鋼絲繩。鋼絲繩一端固定在雙聯(lián)組的一端，繞過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，無相對位移，鋼絲繩能緊貼面板，避免了被水流沖擊引起抖動對其的影響。

2.3 安全保護功能

為保證啟閉機正常安全工作，啟閉機設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，與大齒輪遠端的軸承座合二為一；依據(jù)啟閉荷載達到額定荷載的程度，設置提示信號：當超過額定荷載的10%時，發(fā)出警報并切斷電源。高度開度儀設置在大齒輪近端的軸端，并設置上下極限位置限制器，當開度達到極限位置時，自動切斷電源，并發(fā)出警報信號。

2.4 擴展功能

筆者提出的一種用于表孔弧形閘門前拉式布置的固定卷揚啟閉機的機架是左右對稱的2個，用于雙吊點啟閉；去掉中間軸，可用于單吊點啟閉。

3 對比分析

按相同工作級別（Q2—輕）、相同鋼絲繩材料和抗拉強度（1 870 MPa），以圖3 的布置設計為例，與傳統(tǒng)單繩設計的固定卷揚啟閉機相比，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)單繩設計的固定卷揚啟閉機比較表

從表1 可以看出，單個吊點超過630 kN，采用傳統(tǒng)單繩設計已不能滿足，因此作者提出的前拉式弧形閘門固定卷揚啟閉機具有較好的工程適應性。

綜上，本文提出的一種前拉式弧形閘門固定卷揚啟閉機解決了傳統(tǒng)單繩設計卷筒直徑、鋼絲繩直徑大的難題，其結構緊湊、安全可靠、滿足規(guī)范要求。通過對比分析，具有較好的工程適應性。

［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設計［J］.貴州水利發(fā)電，2005(10).

［3］馬洪靜.河南南灣水庫斜拉式啟閉機的設計 ［J］.山東水利，2010(3).

［4］水利水電工程啟閉機設計規(guī)范（SL41—2011），2011年第1 版.北京：中國水利水電出版社，2011.