桑河二級水電站移動式啟閉機研究

程堂華

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州311122）

0 引言

隨著水電事業的迅猛發展，水電建設的海外市場、工程規模不斷擴大，大量工程技術和經驗在海外工程中得到了推廣和應用。根據桑河二級水電站的工程特點，在不同壩段分別設置相應的啟閉機用于啟閉閘門，解決了電站閘門數量多的實際問題。由于移動式啟閉機具有一機多用、經濟實用等特點，且可以通過自動抓梁操作閘門，減小了人工拆卸操作吊軸的安全隱患，因此在水電站得到了廣泛應用。

1 啟閉機的布置原理和方式

進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機布置于進水口壩段79.0 m高程。主要用于進水口檢修門、進水口攔污柵的啟閉和吊運，同時用于操作液壓清污抓斗。在右岸側主梁處設有電動葫蘆裝置，用于壩面零星物品調運。壩頂2×800 kN/250 kN雙向門式啟閉機布置于溢流壩段79.0 m高程，用于溢洪道檢修門的啟閉和吊運，以及溢洪道弧形工作門液壓啟閉機的安裝檢修吊運和壩面零星物品的吊運。該門機為雙向門機，配主小車、回轉吊及電動葫蘆各1套。其中，溢洪道檢修門的啟閉和吊運由門機主小車負責，溢洪道弧形工作門液壓啟閉機的的安裝檢修吊運由回轉吊負責，右岸側主梁處設置電動葫蘆1臺，用于壩面零星物品吊運。主小車配置溢洪道檢修門液壓自動抓梁1套。尾水2×1600 kN/100 kN單向門式啟閉機布置于尾水63.35 m高程平臺上，用于尾水檢修門的啟閉和吊運。在門機右岸側主梁處設有電動葫蘆裝置，用于尾水平臺零星物品的吊運。該門機為單向門機，配置尾水檢修門液壓自動抓梁1套。

3臺移動式啟閉機的起升機構均設置工作制動器和安全制動器，2套制動器同時工作。為縮短閉門時間，啟閉機采用變頻控制，以及重載恒轉矩、輕載恒功率的工作模式。

2 主要技術指標

2.1 進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機

工作級別：Q2-輕

啟門力：2×630 kN

揚程：55 m

大車軌距：19 m

啟閉速度：0.2～2 m/min

電動機：YZP315 S-8，75 kW，741 r/min

鋼絲繩：22 ZAB 16×K7+IWRC-1870ZS

減速器：DLH4SH21-280

卷筒直徑：Φ1 400 mm

工作制動器：YWZ5-400/125

安全制動器：SBD250-1750×30

高度指示控制裝置：JQJD-S1

載荷控制器：FWZ-C-63 t

2.2 壩頂2×800/250 kN雙向門式啟閉機

工作級別：Q2-輕

啟門力：2×800 kN

揚程：30 m

啟閉速度：0.2～2 m/min

電動機：YZP 250M-8，2×37 kW，729 r/min，FC=40%

鋼絲繩：24ZAB16×K7+IWR-1870

減速器：DLH4 SH15 i=200

卷筒直徑：Φ1 000 mm

工作制動器：YWZ5-400/80

安全制動器：SB250-1750×30

高度指示控制裝置：JQJD-S1

載荷控制器：FWZ-C-80 t

2.3 尾水2×1600 kN/100 kN單向門式啟閉機

工作級別：Q2-輕

啟門力：2×1 600 kN

揚程：35 m

啟閉速度：0.2～2 m/min

電動機：YZP315S8，75 kW，741 r/min

鋼絲繩：32ZAB16×K7+IWRC-1870

減速器：DLH4SH21 i=224

卷筒直徑：Φ1150 mm

工作制動器：YWZ5-500/125

安全制動器：SBD250-A

高度指示控制裝置：JQJD-S1

載荷控制器：FWZ-C-160 t

3 啟閉機工作原理和構造

3.1 基本構造

移動式啟閉機是指除供電電源及預埋件外的整套設備，由小車、門架結構、大車運行機構、電動葫蘆、支軌器、門機軌道和阻進器及埋件、測風儀、防風錨定裝置及埋件、液壓自動抓梁、液壓清污抓斗、專用吊具、電力拖動和控制設備、以及必要的附屬設備等組成。其中：

（1）進水口2×630 kN/100 kN及壩頂2×800/250 kN雙向門式啟閉機主小車的組成：由主起升機構、小車架、小車運行機構、機房罩、機房內檢修吊、電力拖動和控制設備等組成。而尾水2×1 600 kN/100 kN單向門式啟閉機起升機構由卷筒裝置、機架、動滑輪等組成。

（2）大車運行機構由三合一減速器、臺車架和車輪組、電力拖動和控制設備等組成。

（3）3臺移動式啟閉機均設置10 t電動葫蘆，用于壩面零星物品吊運。

3.2 工作原理

（1）進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機工作原理

進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機工作原理大致分為二個部分，第一部分為大車行走機構運行，第二部分為起升機構運行。大車行走機構與起升機構不能同時運行。

大車行走機構運行時，首先行走電機通電，電動機帶動減速器，然后減速器帶動車輪進行運轉，實現雙向門式啟閉機行走功能。

起升機構運行時，起升電動機通電帶動減速器，減速器帶動卷筒轉動，卷筒轉動帶動纏繞在卷筒的鋼絲繩進行動作，鋼絲繩端部連接有動滑輪，通過動滑輪與液壓自動抓梁、攔污柵吊梁或液壓清污抓斗連接，實現進水口檢修閘門、攔污柵起吊及進水口攔污柵清污功能。進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機總圖見圖1。

（2）壩頂2×800/250 kN雙向門式啟閉機工作原理

壩頂2×800/250 kN雙向門式啟閉機工作原理大致分為三個部分，第一部分為大車行走機構運行，第二部分為起升機構運行，第三部分為回轉吊回轉及起升運行。大車行走機構、起升機構及回轉吊動作不能同時運行。

大車行走機構和起升機構運行原理同進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機工作原理類似。

圖1 進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機

回轉吊運行時，回轉吊起升電機通電，然后帶動起升減速器，減速器帶動卷筒連接進行轉動，卷筒轉動帶動鋼絲繩進行動作，鋼絲繩端部連接有動滑輪，通過動滑輪下方吊鉤與液壓缸進行連接，實現液壓缸的升降，待升降到合適位置時候，通過回轉吊回轉電機通電，帶動大小齒輪旋轉，最終旋轉到規定位置，從而滿足溢洪道弧形工作門液壓啟閉機的安裝檢修吊運。壩頂2×800/250 kN雙向門式啟閉機總圖見圖2。

（3）尾水2×1 600 kN/100 kN單向門式啟閉機工作原理

尾水2×1 600 kN/100 kN單向門式啟閉機工作原理大致分為二個部分，第一部分為大車行走機構運行，第二部分為起升機構運行。大車行走機構與起升機構不能同時運行。

大車行走機構和起升機構運行原理同進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機工作原理類似。尾水2×1 600 kN/100 kN單向門式啟閉機總圖見圖3。

4 主要零部件研究

4.1 卷筒

3臺移動式啟閉機均采用雙聯卷筒雙折線繩槽、鋼絲繩多層纏繞方案。

圖2 壩頂2×800/250 kN雙向門式啟閉機

其中，進水口2×630 kN/100 kN雙向門式啟閉機卷筒采用直徑為1.4 m，三層纏繞且兩端固定，中間出繩型式；壩頂2×800/250 kN雙向門式啟閉機卷筒采用直徑為1.0 m，二層纏繞且中間固定，兩端出繩型式；尾水2×1 600 kN/100 kN單向門式啟閉機卷筒采用直徑為1.0 m，二層纏繞且中間固定，兩端出繩型式。

采用新型折線型繩槽卷筒，與擋環配合使用，避免了鋼絲繩在兩端受擠壓、摩擦及亂繩現象。折線卷筒的使用對移動式啟閉機的運行安全起到了重要作用見圖4。

圖3 尾水2×1600 kN/100 kN單向門式啟閉機

圖4 平行折線繩槽卷筒及擋環展開示意圖

4.2 鋼絲繩及滑輪

鋼絲繩采用面接觸高強鋼絲繩，股內鋼絲間呈面接觸狀態，鋼絲繩金屬填充系數大，股結構緊密。鋼絲繩在使用時，鋼絲之間接觸應力小，無二次彎曲應力，鋼絲繩與輪槽接觸面積大，所以壓實股鋼絲繩耐磨、耐疲勞及抗壓性能好，不易變形。

滑輪組分為動滑輪組、定滑輪組、平衡滑輪組。滑輪均采用軋制滑輪，表面鍍鉻，滑輪軸調質處理。除定滑輪采用滾動軸承外，其余滑輪軸承采用銅基鑲嵌自潤滑軸承。

4.3 制動系統

3臺移動式啟閉機起升機構均采用了雙制動系統，一套為工作制動器，另一套為安全制動器。制動器安裝在電動機和減速器之間，工作制動器用于啟閉機運行過程的停機制動，制動器制動安全系數不小于1.75；安全制動器用于啟閉機停機狀態下制動，為防止閘門墜落提供了更高的安全保障。

盤式制動器具有大夾緊力、信號指示準確可靠、實現可控制動、使用壽命長，并且尺寸小、質量輕，安裝調試及維護方便。

4.4 荷載及揚程保護

3臺移動式啟閉機均設有荷載限制器及揚程指示等保護裝置。

當吊具起升到上極限位置時能自動切斷起升動力電源，并發出報警信號；當吊具下降到下極限位置時能自動切斷下降的動力電源，保證鋼絲繩在卷筒上的纏繞不少于設計所規定的參數，并發出報警信號。

定滑輪處設置的荷載傳感器，當吊具上的荷載達到額定值的90%時，給出預警信號；到達額定值110%時，切斷起升機構電源。當欠載時，給出欠載預警信號并停機。三組信號都有不小于兩對電氣獨立的報警接點。

5 結論

桑河二級水電站移動式啟閉機整體設計合理；采用了折線卷筒、模塊化封閉式減速器、壓實股面接觸高強鋼絲繩和雙制動系統等，使設備整機尺寸和重量較常規設計大幅減小；采用了多套安全保護裝置，提高了設備運行的安全性。

3臺移動式啟閉機已投運1年以上，經實踐檢驗，設備運行穩定、性能良好。