新型聯動啟閉機在太浦閘套閘工程中的應用

迮振榮　鄭春峰　王　波

(1.太湖流域管理局蘇州管理局， 江蘇 蘇州　215001；2.江蘇省水利機械制造有限公司， 江蘇 揚州　225003)

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新型聯動啟閉機在太浦閘套閘工程中的應用

迮振榮1鄭春峰1王波2

(1.太湖流域管理局蘇州管理局， 江蘇 蘇州215001；2.江蘇省水利機械制造有限公司， 江蘇 揚州225003)

在我國的平原地區，上下扉閘門是一種傳統的布置型式，啟閉方式也有好多種，缺點較多。為摸索一種更為科學、新穎的上下扉閘門啟閉方式，以太浦閘為研究對象，采用一套驅動裝置與上下扉門兩套卷揚裝置有機結合，實現套閘自動化控制，從而為太浦閘等類似工程上下扉閘門自動化控制運行提供一種新穎、先進、經濟、可靠的啟閉方式。該設備可在雙扉門水閘工程中廣泛應用。

上下扉閘門； 套閘； 卷揚式啟閉機； 自動化控制

1　項目背景

太浦閘，位于江蘇省蘇州市吳江區境內太浦河進口段，西距太湖約2km，是太湖流域重要的防洪與供水控制性骨干工程。2011年7月和12月，國家發改委和水利部先后批復太浦閘除險加固工程的可行性研究報告和初步設計報告，明確在原址對原水閘建筑物進行拆除重建。重建后太浦閘共10孔，每孔凈寬12m，總凈寬120m，采用平面直升鋼閘門配卷揚式啟閉機。

考慮太浦河的通航功能，將南側邊孔節制閘更改成通航上下套閘，邊孔節制閘也為套閘上閘首，增設下閘首。

為滿足通航凈高，需將原平面直升閘門進行改造，如果按傳統的方法，如改成升臥式平面閘門，工作橋需要加高加寬，如改成人字門、三角門，則土建影響巨大，影響整體外觀。采用傳統的方案，整個工程均需重新變更設計，而且需要新增巨大投資，工期不可能得到保障，影響整個太浦河流域的行洪安全。

在不影響工程整體外觀的前提下，提出了采用上下扉閘門型式來實現閘門盡可能高地達到通船要求，可以不改變原設計工作橋高程和工作橋寬度，達到不變更節制閘工程總體設計的前提。

2　太浦閘雙扉門自動化控制及存在的問題

雖然原有運用于江都萬福閘(節制閘)的上下扉離合卷筒啟閉機保持了體積小、結構緊湊的特點，可以不加寬、加高工作橋，實現上下扉閘門的聯合啟閉，但是在套閘運行過程中滿足自動化、安全可靠的要求是首次嘗試，且套閘的使用頻率遠遠大于節制閘的頻率，每天，甚至每小時都要啟閉閘門，如果使用現場點動的方式將費時費力，且影響船只過閘效率。因此離合雙卷筒啟閉機在套閘上使用，必須實現自動化和遠程控制的要求，而且必須安全可靠。

3　新型套閘雙扉門啟閉機的總體構思

為滿足過船的最大高度，太浦閘套閘上下扉兩片閘門在金屬結構設計中保持一樣的高度以使閘門能開啟到最高位置；啟閉機也按其特點，上扉啟閉力約為下扉啟門力的一半；上扉門吊點在閘門的外側，下扉門吊點在里側；按鋼絲繩離開卷筒的最小偏角確認上下扉吊點在上下游方向的最小距離。最關鍵的是離合點的精確控制，采用高精度的數字編碼器方式，實現開度的毫米級控制。

針對太浦閘套閘的運行情況，形成新型上下扉閘門聯動卷揚式啟閉機的總體構思，采用離合卷筒卷揚式啟閉機的運行原理，(一種聯動啟閉機ZL201120324288.X)，一套可以精確控制的離合裝置，實現主副卷筒的同軸離合；采用一套完整的自動化控制程序，實現套閘的自動化控制。

4　新型套閘雙扉門啟閉機工作原理

采用雙機閉式原動的方案，電動機通過制動輪聯軸器與減速機相聯，減速機直接通過卷筒聯軸器帶動裝有兩套卷筒裝置的啟升機構，其中一套主卷筒用于下扉門的啟閉，另一套副卷筒也裝在主卷筒的同一根軸上，在軸的末端裝有一套離合裝置，左右通過減速機與另外的出軸進行剛性同步。

啟門：上下扉均在閉門位置，離合器處于分離位置，啟動電動機，主卷筒帶動鋼絲繩啟動下扉門，當到下扉和上扉差不多一樣高的離合點時，停機，離合裝置啟動，主副卷筒接合，電動機再次啟動，上下扉一起向上，直到擱門器的位置，停機。啟門完成。

閉門：上下扉繼續一起向上，擱門器松開，上限位停機。電動機反轉，上下扉一起向下，當上扉門到閉門位置，停機，離合裝置松開，電動機再開，下扉門單獨向下，直到閉門位置，閉門完成。

啟門：閉門過程全部實現自動化精確控制。

5　新型套閘雙扉門啟閉機的技術特點和可靠性措施

a.啟閉機布局和荷載設計。經與土建和金屬結構設計單位的協調，確定上下扉兩扇閘門的高度均為5240m，下扉門的啟門力為(2×250)kN，吊點距7200m，起門速度1.5m/min；上扉門的啟門力為(2×125)kN，吊點距8180m，起門速度1.5m/min。至此在滿足土建和金屬結構原有條件大前提下，也達到了離合卷筒啟閉機的要求。啟閉機的上下游方向比原機型QPB2×250kN大了760mm，左右方向大了1350mm，原有工作橋上通道寬敞，原有工作橋無變更。不影響其他孔節制閘，保證工程的整體性。

b.離合裝置的精確設計。設計離合盤時考慮，如齒輪傳動不管啟門還是閉門過程中都是單邊受力，離合盤也都是單邊受力，因此將離合盤的受力的一半，仍按照原有的辦法，斜角8，保證接合力和自鎖功能，保證離合以后靠自身就具有鎖定功能，提高設備的安全性；而離合盤的不受力一半，加大了導向角，允許較大的誤差情況下提高接合的角度，保證了一次離合成功的可靠性。經現場試驗，誤差3～4mm，不影響離合的準確。

c.位置的精確控制。設計位置采用了每圈8196精度的絕對型數字編碼器，但初次試驗中效果不好。最終，每圈上最大誤差仍要達到5mm以上，經現場試驗，增加1∶3的齒輪放大后，最終每圈誤差小于2mm，達到精確控制要求，經多次試驗，準確率達到95%以上，實現了位置精確控制的要求。

d.速度揚程分析。為了保證上扉頁門和下扉頁門保持相同的運行速度，主副卷筒的直徑均為500mm，上下扉門的速比均為2，下扉門揚程為11.5m，上扉門為7.5m，起門速度均為1.5m/min，每次啟門運行時間可控制在10min之內。

e.安全保護裝置。離合卷筒式卷揚式啟閉機具有多個控制步驟，尤其是最關鍵的離合過程，因此在每個控制步驟上都設置了多重保護，每一步操作不到位，下一步的操作就無法進行，只有每一步的操作到位后，才能執行下一步的操作。如：控制離合的電動推桿都具有行程控制功能，且設置了脫開位置和接合位置，只有兩側都達到設定的位置才可以進入下一步的程序操作，只要有一邊不到位，都無法進行下一步的程序。

6　新型套閘雙扉門啟閉機的特點

a.結構緊湊。僅僅比同啟閉力的QP系列卷揚式啟閉機外形尺寸略大40%。與布置兩臺常規開式齒輪啟閉機方式相比，在順水流方向機架要減小500mm以上。設備顯得緊湊、美觀。

b.運行精確可靠。采用自動化的程序控制，已經實現啟閉全過程的現地控制和遠程控制。經連續兩年運行安全可靠。

c.投資額小。太浦閘套閘運用的QPS2X2502X 250kN+ 2X125kN離合卷筒式啟閉機比其余節制閘QP2X250kN結構上僅略大，沒有改變太浦閘原設計的外觀形象，沒有加高加寬工作橋，比換其他形式的套閘啟閉方案節省投資20%以上。一套驅動裝置啟閉兩扇閘門，也減小了啟閉機的電氣控制設備投資，節省了日常的維護費用。

7　結　語

該新型套閘上下扉閘門固定卷揚式啟閉機采用離合卷筒布置方式，以太浦閘邊孔套閘為典型研究對象，進一步進行創新改進，在套閘工況條件下，通過精確設計的改進，實現了離合卷筒式卷揚式啟閉機的自動化，并具有非常高的可靠性。經過三年的運行表明，該設備滿足了套閘工況條件下的上下扉閘門啟閉需要，可以精確地實現上下扉閘門的離合啟閉，也使該套設備逐步走向成熟。相信離合卷筒式啟閉機在一機驅動兩門的工程中可以廣泛應用，具有較高的推廣應用價值。

[1]SL 41—2011水利水電工程啟閉機設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2011.

[2]SL 381—2007水利水電工程啟閉機制造安裝及驗收規范[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3]周燦華，王波，蔡平.新型上下扉閘門固定卷揚式啟閉機的研制[J].中國農村水利水電，2012.

[4]葉蘭華.計算機自動化控制在淮陰閘中的應用[J].水利建設與管理， 2013(2).

Application of novel linkage lifting machine in Taipu Gate Sleeve Gate Project

ZE Zhenrong1, ZHENG Chunfeng1, WANG Bo2

(1.TaihuRiverBasinAdministrationSuzhouOffice,Suzhou215001,China;2.JiangsuGeneralFactoryofWaterConservancyMachinery,Yangzhou225003,China)

The upper and lower leaf gate is a traditional arrangement type with many open-close modes at the plain area in China, and it has many defects. Taipu Gate is adopted as a research object in order to explore a more scientific and novel upper and lower leaf gate open-close mode. A set of drive device is organically combined with two sets of hoisting devices of upper and lower leaf gate. Sleeve gate automatic control can be realized. Therefore, a novel, advanced, economic and reliable open-close mode is provided for upper-lower gate automatic control and the operation of similar projects, such as Taipu Gate, etc. The equipment can be widely applied in double-leaf water gate projects.

upper and lower leaf gate; sleeve gate; winding hoist; automatic control

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.021

TV664

B

1005-4774(2016)10- 0073- 03