固定卷揚啟閉機設計方案研究

□楊 立 □毛明令 □李 鵬

（1 黃河勘測規(guī)劃設計有限公司；2 河南省水利水電工程建設質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)督站）

1 概述

河南河口村水庫壩址位于黃河一級支流峽谷段出口五龍口以上9.00km 的濟源市境內(nèi)，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水、發(fā)電、改善河道基流等綜合利用的大（2）型水利樞紐。主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、泄洪洞、溢洪道及引水發(fā)電洞等。其中泄洪洞有兩條，分別為1#泄洪洞和2#泄洪洞。2×2500kN固定卷揚啟閉機裝設在2#泄洪洞291.00m 高程的機房內(nèi)，用于啟閉2#泄洪洞事故檢修閘門，閘門運行條件為動閉靜啟。

2 啟閉機的主要技術參數(shù)及主要技術條件

根據(jù)河口村水庫啟閉設備采購技術文件，啟閉機的主要技術參數(shù)和主要技術條件如下：啟閉機為雙吊點啟閉機，吊點距為4.80m，啟閉容量為2×2500kN，啟閉揚程為68.00m。啟閉機采用兩吊點獨立驅(qū)動的布置方式，兩吊點的電機通過剛性中間軸聯(lián)接，確保雙吊點同步運行。起升機構(gòu)采用全封閉齒輪傳動，傳動鏈末端不使用開式齒輪，也不使用將多臺減速器串聯(lián)布置方式。

3 啟閉機方案的選擇比較

通過上述技術參數(shù)和技術條件得知，河口村水庫2×2500kN固定卷揚機無疑屬于大容量、高揚程、雙吊點啟閉機。大容量、高揚程啟閉機的設計方案直接關系到整機的性能、布置條件和技術經(jīng)濟指標。

目前，國內(nèi)大容量起重機起升機構(gòu)布置方式有多種，但綜合起來可分為兩大類，即單卷筒方案和多卷筒方案。一般起重量≤3000kN 時，常采用單卷筒方案，>3000kN 時，多采用雙卷筒或四卷筒方案，以減小卷筒的尺寸和重量。河口村水庫工程的2 ×2500kN 啟閉機單吊點最大起重量<3000kN，故單個吊點起升機構(gòu)采用單卷筒布置方案。

單卷筒起升機構(gòu)的布置方案也有多種，目前常見的、應用最廣泛的是卷筒端帶有一級開始齒輪的開式傳動方案一，見圖1。其主要優(yōu)點是減速機的尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，選用標準減速機即可滿足傳動要求，視覺效果美觀，便于布置機架梁系，四角受力相對均衡，是一種經(jīng)濟、實用的布置方案，一般用在低速、重載和使用不頻繁的機構(gòu)中。缺點是開式齒輪工作條件較差，齒輪潤滑條件不好，易磨損，維護工作量較大，環(huán)境易受污染。此方案因帶有開式齒輪，并不適合河口村水庫工程的卷揚啟閉機必須采用閉式齒輪傳動的要求。

方案二是將上述方案一中的開式齒輪與減速機合二為一，組成一臺大型減速機，卷筒直接支承在減速機的低速軸上的閉式傳動方案，見圖2。該方案克服了方案一存在的缺點，但減速機的中心距明顯加大（有時幾乎加大一倍），除一些中、小型門機可選到標準減速機外，通常會大到無成品可選，必須進行開發(fā)和研制，給設計、制造和安裝增加一定困難，檢修起來也不甚方便，造價十分昂貴。

圖2 單卷筒閉式傳動方案圖

上述方案各有長短，雖都可行，但都存在這樣那樣的不足，不能令人滿意。為了能找到更為理想的方案，技術人員又對上述方案進行了仔細研究，通過改變傳統(tǒng)的設計思路，最終得到了一種新方案，即電機背置的閉式傳動方案三，見圖3。

圖3 電機背置的閉式傳動方案圖

該方案的突出特點是電動機被置于卷筒的背側(cè)，故稱其為電機背置的閉式傳動。傳統(tǒng)布置方案中，電動機通常布置在卷筒的前側(cè)（卷筒出繩一側(cè)），即電動機和滑輪組都在卷筒的同一側(cè)。而在電機背置的閉式傳動方案中，電動機和定滑輪組相對于卷筒基本對稱。此方案克服了上述兩種方案存在的各種不足，既能選到標準減速機，又便于安裝機械同步軸；既可單吊點使用，又可組合為雙吊點起升機構(gòu)。且吊點距可以做得很小，同時，結(jié)構(gòu)布置也比較緊湊，下部的梁系布置較方便，平面視覺效果也較好。故河口村水庫工程所有的卷揚啟閉機均采用了電機背置的閉式傳動，與河口村水庫啟閉設備采購技術文件相符。

電機背置的閉式傳動方案突出優(yōu)點是大幅度減小了減速機的尺寸。以2 ×2500kN 卷揚啟閉機為例，按照電機背置的閉式傳動布置方案，2 ×2500kN 起升機構(gòu)減速機的總中心距長度只需1700mm。如按照方案二，在主要參數(shù)基本相同的情況下，起升機構(gòu)減速機的總中心距最小需要3300mm。兩者相比可以看出，采用電機背置式起升機構(gòu)時，減速機的總中心距減小幅度達到了50%左右，其結(jié)果相當可觀。

目前，國內(nèi)浙江東力公司生產(chǎn)的系列硬齒面減速機的最大中心距為1785mm，最大輸出扭矩872000N·m。可滿足電機背置式起升機構(gòu)對減速機的選擇需求。

與采用單臺超大型減速機的起升機構(gòu)相比，方案三的減速機投資可節(jié)約50%左右。河口村水庫工程的1 臺2 ×2500kN 固定卷揚機共選用浙江東力公司生產(chǎn)的DLH4SH26 硬齒面減速機2 臺。兩者相比，其效益非常明顯。

4 設計中的關鍵技術

4.1 高揚程鋼絲繩纏繞技術

啟閉機揚程為68.00m，鋼絲繩長度達960.00m，屬高揚程范疇。鋼絲繩在卷筒上只纏繞1 層時卷筒直徑和長度將非常大，甚至超過門槽的寬度致使鋼絲繩與門槽摩擦損壞。而鋼絲繩在卷筒上多層纏繞時須確保鋼絲繩由底層向上層平穩(wěn)過渡，且鋼絲繩每層排列整齊，無相互擠壓或脫槽等現(xiàn)象。

河口村工程卷筒采用雙折線溝槽技術，鋼絲繩在卷筒上纏繞三層，配合擋環(huán)使鋼絲繩層間過渡時將其抬高；為防止鋼絲繩在纏繞過程脫槽，嚴格控制鋼絲繩與卷筒垂直平面夾角在0.30～1.50°之內(nèi)，可確保鋼絲繩在卷筒上多層纏繞均勻，啟閉機結(jié)構(gòu)緊湊，滿足鋼絲繩與門槽尺寸的配合要求。

4.2 全封閉齒輪傳動技術

起升機構(gòu)采用無開式齒輪的全封閉齒輪傳動，齒輪的制造安裝精度高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。全封閉結(jié)構(gòu)可采用強制潤滑，齒輪與軸承維護簡單。另外，全封閉齒輪傳動可降低啟閉機的高度，減輕卷筒裝置的重量。

4.3 三合一閘門高度指示裝置

閘門高度指示裝置采用主令控制器（針盤式）、絕對值編碼器（電子式）和顯示儀表三合一形式，使主令控制器和絕對值編碼器運轉(zhuǎn)同步。安裝在卷筒軸的端部可使其有效地避開傳動機構(gòu)在傳動過程中的誤差，測距更加精確。

5 結(jié)語

固定卷揚式啟閉機的布置型式看似簡單，但在實際應用中卻不容易。特別是近年來大容量、高揚程固定卷揚式啟閉機的大量采用，對設計者的水平和經(jīng)驗提出了更高的要求，要求設計者在設計中能夠結(jié)合實際情況，認真研究比較，不僅要做到設備整機性能最優(yōu)，還要能結(jié)合水工建筑物的實際條件做出最優(yōu)的布置，并努力使啟閉機的技術經(jīng)濟指標達到最高，在設計中要完全做到這幾點實屬不易。