水电站用门式启闭机的特点介绍和设计要点研究

王传民　李雨庭

【摘 要】水电站门式启闭机是一种专用的门式起重机，与通用门机相比具有很多特殊的要求。本文简要介绍了其特点，并就其设计方案的选定、设计要点和思路作了研究归纳。

【关键词】水电站；门式启闭机；特点；设计要点

水电站用门式启闭机（以下简称启闭机），也称水电站门式起重机，是用来开启和闭合闸门达到控制水的流动和截止的一种专用起重设备。其主要结构和机构一般与通用门式起重机大体相同，但在某些方面又具有其特殊性。为使设计者对此有初步了解，笔者根据自己的工作经验和研究，特作以下归纳介绍。

1.门式启闭机特点

水电站用门式启闭机区别于通用的门式起重机主要有以下几点：

（1）起升载荷与运行载荷不一致。启闭机起升能力称之为启闭力，这个力不只是闸门的重力加上门槽、淤泥、锈蚀、污物、水压的阻力，并乘以很大的安全系数得出的力，这个力在起升过程是变化的。运行载荷一般只是吊具加上闸门的载荷。所以一般启闭机的启门力都大于运行机构的运行载荷。

（2）利用率低。一般水电站启闭机每年使用时间很少，机构的设计寿命多属于轻级，对于结构一般不考虑疲劳强度。

（3）跨度小。由于水工建筑的特点，坝顶或尾水平台的宽度都不大，所以一般的启闭机的跨度都比较小，跨度大的有十几米，跨度小的只有几米。

（4）速度低。由于启闭机要将吊具对准闸门，并使吊起的闸门沿门槽上下运行，为了方便操作，所以运行机构速度要求较低。由于闸门下降如果速度过快会产生很大冲击，所以起升机构的速度也不宜过快。

（5）起升范围大。由于电站闸门都是在一定深度的水下，所以启闭机的起升范围都很大，最小的在二十多米，最大的可以达到100多米。

（6）对钢丝绳、吊具有特殊要求。启闭机吊具一般要下到门槽之中，所以要求在布置钢丝绳缠绕方式时，要防止动滑轮组、钢丝绳与水工建筑干涉。由于水下工作环境的要求，钢丝绳应采用镀锌钢丝绳。动滑轮轴承一般采用滑动轴承，如果采用滚动轴承则应考虑密封装置。对于轴一般要求镀鉻或作其他防腐处理。

（7）带辅助吊和专用吊具。为满足水电站的功能要求，启闭机一般带有辅助吊和专用吊具，例如抓梁、清污抓斗、小型回转吊等。

2.启闭机的方案设计要点和思路

（1）由于水电站位于特殊环境，所以一般的移动式启闭机都各有自己的特殊要求，其构造和参数也是各不相同的。为了满足用户的需要，在设计门式启闭机时，需具有以下的基本原始资料：

1）闸门或拦污栅的基本外形尺寸。

2）额定启闭力，运行机构的额定运行载荷。

3）起升和大、小车的运行速度。

4）最大起升范围，轨上、轨下起升高度。

5）整机和机构的工作级别。

6）环境条件。如风载荷、温度、地震震级、湿度等。

其他特殊要求，如电气控制、供电、调速方式等。

（2）由于启闭机与通用门式起重机有诸多不同之处，应针对其特点进行设计，以满足其功能要求，其设计要点和思路如下：

1）设计遵循的规范与标准。

启闭机实质上就是根据水电站的实际工况而设计的专用门式起重机。由于其特殊性，有关部门专门制定了《水利水电工程启闭机设计规范》（SL41-2011）作为启闭机的设计和使用依据。

2）工作级别的确定。

为简化工作级起见，SL41规范中将工作级别和载荷状态，设计寿命联系起来，对于结构一般就不考虑疲劳强度；启闭机的工作级别只有Q1-轻，Q2-轻，Q3-中，Q4-重这四个级别。这与起重机常用的A1-A8的工作级别有所区别。

3）启闭载荷与运行载荷。

由于启闭力在启闭过程中是变化的，所以一般技术规格书中给出的启门力是在启闭过程中的最大计算启闭力。

水利水电工程中的启闭载荷和运行载荷其值往往是不一样的，启闭载荷有时接近运行载荷的两倍，所以在设计移动式启闭机时，应单独作为一个载荷因素提出来，以便在使用载荷进行强度计算时（如车轮）或在载荷组合中加以考虑，使启闭机设计更加符合使用情况，同时还可节约成本。

4）起升机构设计方案的选择。

启闭机起升机构特点是起升过程中载荷是变化的，另外就是起升速度低、起升范围大。起升速度低，这就要求有很大的传动比。现有的办法一种是选用大传动比的减速器。这种作法好处是噪音低，维护保养工作量较小，缺点是造价高。另一种减速器加开式齿轮，这种方法造价比上一种方法低，缺点是开式齿轮组的维护保养工作量大。

起升机构起升范围大，通常采用解决方案有减少滑轮组倍率、加大卷筒直径和长度、采用双层或多层缠绕等方式。其中多层缠绕是解决大起升范围钢丝绳缠绕的常用方式。主要有带排绳机构的多层缠绕、自由多层缠绕、折线绳槽卷筒的多层缠绕等。

目前随着高坝水电站越来越多，对启闭机起升范围要求越来越大，为了满足大起升范围的需要，现在多采用多层缠绕。为了保证钢丝绳均匀的在卷筒上实现多层缠绕。目前在一些启闭机上采用了折线卷筒。折线卷筒是在卷筒两端中部设有过渡斜块，绳槽是由平行绳槽与斜绳槽组成。过渡斜块作用是当第一层缠绕完成，钢丝绳可由斜块平滑的上升到第二层。折线绳槽可以将外层钢丝绳导入内层钢丝绳所形成的沟槽中。每层绳绝大部分处有绳槽状况，并有良好的导绳作用，实现多层有槽缠绕。改善了各層钢丝绳的接触情况，对延长钢丝绳寿命十分有利。

综上所述，水电站用门式启闭机就是一种专用的起重机，只要我们根据电站工程的实际情况，按业主的特殊要求，结合启闭机的特点，就一定能设计出用户满意的产品，为水电工程作出贡献。 [科]