黄河大河家水电站工程

赵中营

摘 要：本文介绍了黄河大河家水电站工程坝顶2×2000/630kN双向门机主要机构的设计特点。为节约布置空间，对主、副两套起升机构共用一个小车进行了多个方案的比较分析。两套起升机构顺水流方向依次布置，副起升机构定滑轮组相对其卷筒中心位于下游，主起升机构定滑轮组相对其卷筒位于上游方案具有占用空间小，小车架受力均衡合理，整体造价较低等特点，可为今后水利工程同类门机的设计提供有益借鉴。

关键词：黄河大河家；双向门机；起升机构；变频调速；定位系统

中图分类号：TV72 文献标识码：A

1 门机主要组成及技术参数

2×2000/630kN坝顶双向门机主要由主小车、门架、大车运行机构、大车定位系统、夹轨器、电缆卷筒、司机室和电气设备等组成。附属设备有液压自动抓梁、轨道及附件等（如图1所示），其主要技术参数见表1。

2 门机主要机构设计

2.1 主、副起升机构设计

小车布置主、副两套起升机构。主起升机构为双吊点，启闭容量2×2000kN，采用分别驱动方式，每台电动机驱动一套起升机构，两套起升机构通过中间轴刚性连接，确保双吊点机械刚性同步。副起升机构为单吊点，启闭容量630kN，采用单台电机集中驱动。

小车主、副起升机构均采用封闭传动，电动机通过联轴器与减速器的高速轴联接，减速器的低速轴直接通过卷筒联轴器与卷筒联接。由于在传动机构的末端取消开式齿轮，电动机中心与卷筒中心的间距较小，仅等于减速器的中心距，使相对于卷筒中心的电动机侧无法布置定滑轮组及平衡滑轮组，既定滑轮组与电动机相向布置。

2.2 大车运行机构设计

根据额定启门力2×2000kN对门机进行各种工况的轮压计算，大车车轮数量为16、车轮直径710mm时，可满足车轮对轨道及其基础混凝土的许用承压应力。

大车运行机构由支承座、平衡梁、台车装配、行程限位开关、缓冲器装置和清轨板装置等组成。支承座上座板通过螺栓与门架下横梁连接，下部通过其铰轴与平衡梁相连接。平衡梁上部与支承座连接，下部2个铰心则分别与2个台车装配连接。台车装配由主动车轮装配、从动车轮装配和台车架等组成。该种布置形式受力明确，结构简单。

2.3 门架

门架为焊接箱型梁结构，由主框架、侧框架和上框架组成。主梁按简支梁进行设计，支腿按框架结构进行设计。主梁与端梁之间、支腿与上横梁、中横梁之间通过高强螺栓连接；支腿和下横梁之间采用普通螺栓和抗剪块连接；主梁与支腿则通过焊缝连接。主梁和门腿在门机顺大车轨道方向构成主框架，在门机垂直于大车轨道方向由支腿、端梁和上/中/下横梁构成侧框架。由于该门机为双吊点门机，吊点距达7.9m，该门机的轮距较轨距（9m）相对较大，达13.75m。为避免门机因轮距大，起吊边孔闸门困难，门腿为Π型而非常规八型。该种门型适合于轮距较轨距大的门机。

3 主要技术特点

3.1 小车主、副起升机构布置特点

小车布置一套起升机构，相对较为简单。如果在小车上布置主、副两套起升机构，则布置起来要复杂得多，需要进行方案必选，以确定最优方案。

该门机主起升机构为双吊点，吊点距7.9m。副起升机构为单吊点。主、副起升机构均采用定滑轮中心和电动机中心相对于各自卷筒中心相向布置方案。共进行了4种方案的比选：

（1）方案一：主起升机构位于下游侧，副起升机构位于上游侧。主起升机构电动机中心位于其卷筒的下游侧，定滑轮中心位于其卷筒的上游侧。副起升机构电动机中心位于其卷筒的上游侧，定滑轮中心位于其卷筒的下游侧。

（2）方案二：主起升机构位于上游侧，副起升机构位于下游侧。主起升机构电动机中心位于其卷筒的下游侧，定滑轮中心位于其卷筒的上游侧。副起升机构电动机中心位于其卷筒的上游侧，定滑轮中心位于其卷筒的下游侧。

（3）方案三：主起升机构位于上游侧，副起升机构位于下游侧。主起升机构电动机中心位于其卷筒的下游侧，定滑轮中心位于其卷筒的上游侧。副起升机构电动机中心位于其卷筒的下游侧，定滑轮中心位于其卷筒的上游侧。

（4）方案四：主、副起升机构在垂直于水流方向一字排列，并排布置。主、副起升机构电动机中心均位于各自其卷筒的上游侧，其定滑轮中心则相向布置，均位于各自卷筒的下游侧。

方案二与方案三，起升机构在上、下游方向占用空间大，小车架受力偏向一侧，小车架及小车运行机构工程量均有所增加，同时也导致当小车位于门机上、下游极限位置时，门架两侧悬臂段加长，增加了门架的工程量。

方案四布置的优点是小车顺水流方向尺寸小，缺点是垂直水流方向尺寸大，小车轨距、门机轮距加大，门架重量增加明显，同时导致当门机运行至大车轨道两端时，难以启吊边孔闸门。

方案一克服了方案二、三、四的缺点，占用空间较小，小车架受力均衡合理。经比较分析，选定方案一。详图设计时，又对主、副起升机构布置进行了进一步的优化。利用主起升机构双吊点中心距大的特点，将副起升机构定滑轮中心放在主起升机构定滑轮中心与其卷筒中心之间，即主起升机构定滑轮中心较副起升机构定滑轮中心偏向上游0.6m。同时考虑主、副起升机构卷筒轴承座支承梁及小车架吊物孔等的设置情况，将副起升机构吊点中心向左侧偏移0.4m。

3.2 变频调速

门机主起升机构、副起升机构、大车运行机构及小车运行机构均采用变频调速技术。主、副起升机构起升速度均为0.2～2.0m/min，变频范围5～50Hz。大车运行速度为2～20.0m/min，变频范围5～50Hz。小车运行速度为0.6～2.0m/min，变频范围15～50Hz。

3.3 大车运行定位系统

大车行走距离约67m，所操作的闸门较多，为减轻工作人员的劳动强度，提高自动化管理水平，在大车运行机构装设一套门机行走位置测量与显示系统。测量元件为绝对值编码器，安装于车轮轴上，通过测量车轮的转速并输出信号，显示和控制大车的位置。同时在操作系统中设定各闸门的位置，或预置大车运行距离，门机到达设置地点时自动停机。该装置还可在断电情况下跟踪门机位置。

为防止车轮打滑等原因造成定位不准，绝对型编码器须安装在从动轮轴上。

结语

大河家水电站工程进水口坝顶2x2000/630kN双向门机已于2013年12 月25日通过了出厂验收，各项数据均满足规范要求。目前正在工地安装，该门机主、副起升机构所采用的布置形式在平面上较为紧凑，同时避免了各自吊具的相互干涉，节省了工程造价，为今后水利工程同类门机的设计可提供有益借鉴。

参考文献

[1]司健伟.三峡地下电站进水塔坝顶双向门机的设计特点[J].华电技术，2010，32（02）： 22-25.

[2]司健伟.进水塔门机650/100kN回转吊起升方案的改进[J].华电技术，2009， 31（12）： 29-31.