卡里巴水電站1250 k N門式啟閉機設計方案淺談

趙大海，冷云，辛勇軍

（中國電建西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065）

卡里巴水電站1250 k N門式啟閉機設計方案淺談

趙大海，冷云，辛勇軍

（中國電建西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065）

介紹卡里巴水電站1250 k N門式啟閉機設計方案及主要技術參數，論述了門機各主要機構的設計過程、部件選擇特點。

卡里巴；水電站；門式啟閉機；設計

1 設備用途

卡里巴（Kariba）水電站位于贊比西河卡里巴峽谷段，其下游40 k m發育凱富河。卡里巴水庫多年凈入庫徑流量400～420億m3，水電站右岸為津巴布韋南岸電站，左岸為贊比亞北岸電站，水量由贊比西河道管理局（Z RA）分配。津巴布韋通過Z E S A運營南岸電站，裝機容量750 MW，1960年投入運行；贊比亞通過Z E S C O運營北岸電站，裝機容量600 MW，1976年投入運行，北岸擴機工程2×180 MW已于2008年開始施工，全部工程于2013年4月竣工。卡里巴南岸擴建工程主體建筑物包括進水口、引水隧洞、地下廠房、尾水調壓室、尾水隧洞、尾水出口、地面主變和開關站，安裝2臺150 MW的水輪發電機組，總裝機容量為300 MW。

門機為雙向門機，配副起升機構2套，門機左側大梁懸掛電動葫蘆1套。其中進水口檢修門的啟閉和吊運，進水口快速門及其液壓啟閉機的安裝檢修吊運由門機主起升機構負責，進水口攔污柵的啟閉和吊運由副起升機構I負責，操作液壓清污爬斗由副起升機構I I負責，零星物品的吊運由電動葫蘆負責。

2 主要技術參數

主起升機構：

額定啟門力 1250 k N

起升高度 12/34 m（軌上/總揚程）

起升速度（恒轉矩） 0.2～2 m/mi n

（恒功率） 2～4 m/mi n

工作級別 M4

鋼絲繩 34 Z A B 6×K1 9 WS-F C-1670 Z S

滑輪組倍率 6

卷筒直徑 φ950 mm

電動機 YZP 280 M-8，55 k W，735 r/mi n 1臺

減速器 D4PSF90N-180，i=178.6

工作制動器 Y WZ E-400/80

安全制動器 S B 315-1900×30

荷重傳感器 壓式

副起升機構I：

額定啟門力 2×800 k N

起升高度 25 m

起升速度（恒轉矩） 0.2～2 m/mi n

（恒功率）2～4 m/mi n

工作級別 M3

鋼絲繩 24 Z A B 6×K 19 S-I WRC-1670 Z S

滑輪組倍率 6

卷筒直徑 1050 mm

電動機 YZP 315 S 1-8，69 k W，735 r/mi n 1臺

減速器 D 4 P S F 70 N-200 i=194.812臺

工作制動器 Y WZ E-315/80 2臺

荷重傳感器 軸銷式

副起升機構I I：

額定啟門力 2×160 k N

起升高度 40 m

起升速度（恒轉矩） 0.4～4 m/mi n

工作級別 M3

鋼絲繩 24 Z A B 6×K 19 S-I WRC-1870 Z S

滑輪組倍率 1

卷筒直徑 500 mm

電動機 YZ P 180 L-8，12.1 k W，730 r/mi n 2臺

減速器 D 4PSF60N-280 i=279.39

工作制動器 Y WZ E-250/50

荷重傳感器 軸銷式

3 結構與主要部件簡介

1250 k N/2×800 k N進水口雙向門式啟閉機主要由門架、小車總成（包括主起升機構、小車走行機構、小車架、小車機房等）、副起升機構I、副起升機構I I、100 k N起升電動葫蘆、清污爬斗、翻板機構、攔污柵及清污爬斗導軌、大車走行機構、液壓自動抓梁、電纜卷筒裝置、大車限位裝置、小車限位裝置、小車供電裝置、大車供電裝置、梯子平臺欄桿、司機室、風速儀裝置、夾軌器和電氣設備等組成。

3.1 主起升機構

1250 k N主起升機構為單吊點，機構采用閉式驅動。主起升機構由交流變頻調速三相異步電動機、硬齒面減速器、卷筒裝置、定滑輪組、動滑輪組、平衡滑輪、鋼絲繩、工作制動器、安全制動器、高度傳感器、壓式載荷傳感器、軸承座及聯軸器等組成。電機通過減速器，驅動卷筒帶動滑輪組起升載荷。

主起升機構主要設計特點：（1）采用交流變頻電機驅動，全封閉傳動，鋼絲繩單層纏繞。卷筒采用短軸型式，其中一端卷筒軸經滾動軸承支承于軸承座上，另一端通過能傳遞扭矩的卷筒聯軸器與減速器低速軸相連，以適應卷筒的安裝誤差和重載變形。（2）在平衡滑輪處設壓式荷重傳感器，用于起升載荷的信號輸出。并設置機械松繩開關，組成機械電氣雙保護。（3）高度指示限位器裝在卷筒軸上。高度指示限位器及顯示儀用于上下極限位置控制和顯示閘門的開度。（4）減速器高速軸端裝有一套電力液壓塊式制動器，用于工作制動，同時在卷筒端設有一套盤式制動器作為安全制動。

3.2 小車架、機房

小車架、機房主要設計特點：小車架以Q3 4 5 B為主要材料，整體制作和加工，分體運輸。機房采用隔熱夾芯彩塑鋼板，設有30 k N檢修吊。配有滅火器，有充足的照明和檢修電源，并配有活動窗通風。

3.3 大車行走機構

大車行走機構由三合一減速電機、主動輪、從動輪、車架、支撐架、行程開關裝置、清軌裝置等部件組成。大車行走機構共設有4組臺車，每側2組對稱布置。共有8個車輪，其中4個主動車輪，4個從動車輪。

大車行走機構主要設計特點：（1）電動機、制動器、硬齒面減速器為“三合一”減速器，具有全封閉、結構緊湊、性能可靠等特點，“三合一”減速機與車輪套裝式連接，安裝維修方便。（2）臺車架與行走梁采用鉸軸聯接。（3）行走限位裝置由行程限位開關和緩沖器組成，共同對門機的行走極限進行保護。

3.4 門架

門架由主梁、端梁、中橫梁、門腿、行走梁、梯子欄桿和走臺等部件組成。

門架主要設計特點：（1）主梁、端梁、中橫梁、門腿、行走梁以Q3 4 5 B為主要材料，采用箱型梁結構。各自整體制作和加工，廠內門架預拼。（2）主梁與端梁、門腿與中橫梁、門腿與行走梁采用高強度螺栓聯接。主梁與門腿、采用焊接。梯子、欄桿和走臺為工地焊接安裝。

3.5 翻板裝置及導向架

翻板裝置用于將清污爬斗抓出的污物，導至門機跨內的運污車。為防止干擾，翻板為可轉動部件，采用液壓推桿操作。導向架由抓斗導架和攔污柵導架兩部分組成，分別支撐在門架上游門腿處。攔污柵導向架為解決攔污柵拆分后，導向架脫槽要求，導向架分為上下兩部分，上部固定于門機上，下部焊接在攔污柵柵槽上部。

3.6 司機室、電氣室

門機司機室設于下游側門架中橫梁上，在主司機室內可以對小車主、副起升機構、小車行走機構和大車行走機構進行操作。司機室內設有雙制式空調，窗戶采用鋼化玻璃。吊具和閘門與司機室玻璃窗距離大于400 mm，司機室內工作座椅中心與側面透視窗的水平夾角不小于270度。電氣系統設在專門的電氣室內，電氣室底面鑲嵌非金屬隔熱材料，地面鋪設絕緣防滑襯墊，內部裝有通風換氣設備。司機室、電氣室均配滅火器。

3.7 軌道裝置

大車軌道裝置由QU1 2 0型軌道、夾板、墊板、壓板、撞尺、阻進器 、埋件和螺栓緊固件等組成。阻進器設置在運行軌道的兩端，阻進器及其埋件可以承受門機大車運行可能出現的最大速度發生的碰撞事故。

4 結語

門機安裝完成后，主起升進行了100%靜荷載試驗、125%靜荷載試驗。主起升機構、運行機構、副起升機構運行穩定可靠，門架結構未發生變形，鋼絲繩排列整齊、制動可靠。限位開關、保護裝置動作準確，儀表顯示正確。說明門機的設計是成功的。

[1]成大先.機械設計手冊[R].化學工業出版社，2007.11.

[2]陳文洪等.水電水利工程啟閉機設計規范[R].北京：中國電力出版社，2006.

[3]李麗麗等.水電工程啟閉機制造安裝及驗收規范[R].北京：中國電力出版社，2015.

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