喀麥隆曼維萊水電站進水口2×500 k N雙向門機設計與分析

李雨庭 王傳民 隋毅松 白曉君

（1.杭州江河機電裝備工程有限公司，浙江 杭州310012；2.水利部產品質量標準研究所，浙江 杭州310012）

1 工程簡介

曼維萊水電站位于喀麥隆南部緊鄰赤道幾內亞的恩特姆河（NTEM）上，地處熱帶叢林地區。該水電站采用引水徑流式開發，工程的主要任務是發電，主要水工建筑物包括攔河壩、左岸及右岸溢洪道、左岸引水發電系統等。電站安裝4臺立軸混流式水輪發電機組，總裝機容量211 MW。

2 設計特點

本次機型有以下突出的特點：

（1）門機設有荷載限制器、起升上下極限位置限制器、大小車運行終端行程限制器、緩沖器、錨定裝置等安全保護裝置。

（2）門機采用目前國際上較先進的“HMI＋PLC＋變頻啟動”的3級控制方案。運用PLC控制，提高了整個系統運行的可靠性和穩定性；整機具有良好的人機對話和高品質的信息處理功能。

（3）電氣傳動系統均采用安川變頻啟動、調速，變頻器控制方式具有可靠性高、控制靈活、性能優異的特點，增強了各機構啟制動的平穩性，減少了機械沖擊，又便于準確定位。

3 性能參數

2×500 k N雙向門機性能參數如表1所示。

表1 2×500 kN雙向門機性能參數表

4 門機的總體設計

2×500 k N雙向門式啟閉機由門架、起升機構、大車運行機構、小車運行機構、司機室、門機供電裝置、安全保護裝置組成。

4.1 門架

門架由上部結構、門腿、中橫梁、下橫梁和扶梯、欄桿、平臺等附件組成。上部結構由主梁、上橫梁及走臺、欄桿等組成。門腿及主梁、上橫梁、中橫梁、下橫梁等主要承載梁均為焊接箱型梁。各部件均為獨立運輸單元。門腿與主梁的連接采用焊接方式，門腿與下橫梁采用螺栓連接，上橫梁及其他各橫梁采用高強度螺栓連接，連接板接觸面需經機械加工，摩擦面的處理按高強度螺栓連接的施工規程進行。

4.1.1 主梁

主梁截面是由上、下翼緣板和腹板所組成的偏軌箱型截面。

（1）為了滿足上翼緣板（受壓）的局部穩定性，我們加設了縱向和橫向加勁肋。

（2）為了滿足腹板的局部穩定性，我們設置的大隔板間距不大于1 800 mm，并在中間設置了小隔板。同時，我們還在腹板上翼緣板設置了槽鋼作為縱向加勁肋。

（3）主要焊縫開坡口，滿足焊接工藝要求，特別考慮到各筋板與法蘭板的焊接空間。

4.1.2 上橫梁

上橫梁截面是由上、下翼緣板和腹板所組成的矩形截面。

4.1.3 支腿

（1）支腿截面為矩形截面，上端連接寬度取與主梁高度相同的尺寸，下端寬度與下橫梁寬度相同。

（2）為了滿足腹板的局部穩定性，我們設置的大隔板間距不大于1 500 mm。同時，我們還根據要求在支腿翼緣板和腹板上設置了縱向加勁肋。

（3）主要焊縫開坡口，滿足焊接工藝要求。

4.1.4 下橫梁及中橫梁

（1）下橫梁截面為矩形截面，中橫梁截面為梯形截面；下橫梁的寬度與大車運行機構的構造相配合。

（2）為了滿足腹板的局部穩定性，設置縱、橫加強筋。

（3）主要焊縫開坡口，滿足焊接工藝要求。

4.2 起升機構

本機為雙吊點，由2套卷筒分別帶動2套起重吊具。2套卷筒均帶有開式齒輪，由一個帶開式齒輪的臥式減速器同時驅動。2套機構由一個變頻電動機驅動，起升機構設一套支持制動器、一套安全制動器。

4.3 大車運行機構

門機大車運行機構設有8個車輪，其中2個是主動輪，由2套驅動機構分別驅動。每個驅動機構由自帶制動器的變頻電動機與硬齒面減速器直聯的驅動裝置（即通常所說的“三合一”）通過減速器輸出軸帶動車輪轉動，從而實現大車的運行。

4.4 小車運行機構

小車行走機構設有4個車輪，由2套驅動機構分別驅動。每個驅動機構由自帶制動器的變頻電動機與硬齒面減速器直聯的驅動裝置通過減速器輸出軸帶動車輪轉動，從而實現小車的運行。

4.5 司機室

司機室設于門機上游側中橫梁上。采用專業廠家的定型產品，配有帶鋼化玻璃的塑鋼窗。司機室內設有聯動臺、顯示儀表、座椅、空調、滅火器等。

4.6 門機供電裝置

門機的供電由設于下游側下橫梁上的電纜卷筒裝置提供。電纜卷筒在卷取電纜時，靠力矩電機的自行變速特性始終使電纜保持恒張力狀態，與設備行走同步。當放出電纜時，在獨特配電裝置控制作用下，力矩電機自動斷電，卷筒在懸垂電纜自重作用下，克服防慣性旋轉磁力耦合器的阻尼力，同步放出電纜。

4.7 安全保護裝置

本門機設有荷載限制器、起升上／下極限位置限制器、大／小車運行終端行程限制器、緩沖器等安全保護裝置。

4.7.1 起重量限制器

起升機構安裝了起重量限制器，控制500 k N載荷。起重量限制器包括傳感器和顯示儀2部分。

在起升定滑輪座裝設有帶傳感器的負荷限制器時，發送負荷信號。司機室內設有數字顯示屏，當顯示屏上的數字達到額定起重量的90%時，自動發出提示性報警信號；當達到額定起重量的105%時，延時報警斷電；當達到額定起重量的110%時，立即報警斷電（下降仍可工作）。

4.7.2 位置限制器

在起升機構卷筒軸端裝有絕對值型旋轉編碼器和機械式限位開關，通過卷筒轉數控制起升揚程；當達到極限位置時，發出報警信號并自動切斷電源，并能全程顯示起升高度。

負荷與起升高度的限制、顯示和控制均在司機室的綜合顯示儀上顯示。

大車運行機構設有行程極限位置限制器，當大車運行至極限位置，能自動切斷運行機構電源，并發出報警信號。

5 設計難點

5.1 進口Moventas減速器輸出／輸入軸間距小

起升機構雙吊點為常規布置，采用Moventas減速器，該減速器輸出／輸入軸間距相對常規QJRS型減速器要小，平衡滑輪布置在機架上方，電動機按常規布置在機架內側將與平衡滑輪相互干涉，為此電動機放置在機架外側。

5.2 同步軸過長

由于吊點間距大，按常規布置采用低速軸同步，但同步軸過長，超過3 m，由于電動機放置在機架外側，間接縮短了兩吊點起升單元的相對距離，可采用高速軸同步，軸長度大約為800 mm。

6 結語

該門機噸位為2×500 k N，比較常見，但布置上吊點間距較大，設計將電動機布置在機架外側，縮短了同步軸長度，使起升機構的運行更加平穩，在門機設計中有一定的借鑒意義。