喀麦隆曼维莱水电站进水口2×500 k N双向门机设计与分析

李雨庭 王传民 隋毅松 白晓君

（1.杭州江河机电装备工程有限公司，浙江 杭州310012；2.水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州310012）

1 工程简介

曼维莱水电站位于喀麦隆南部紧邻赤道几内亚的恩特姆河（NTEM）上，地处热带丛林地区。该水电站采用引水径流式开发，工程的主要任务是发电，主要水工建筑物包括拦河坝、左岸及右岸溢洪道、左岸引水发电系统等。电站安装4台立轴混流式水轮发电机组，总装机容量211 MW。

2 设计特点

本次机型有以下突出的特点：

（1）门机设有荷载限制器、起升上下极限位置限制器、大小车运行终端行程限制器、缓冲器、锚定装置等安全保护装置。

（2）门机采用目前国际上较先进的“HMI＋PLC＋变频启动”的3级控制方案。运用PLC控制，提高了整个系统运行的可靠性和稳定性；整机具有良好的人机对话和高品质的信息处理功能。

（3）电气传动系统均采用安川变频启动、调速，变频器控制方式具有可靠性高、控制灵活、性能优异的特点，增强了各机构启制动的平稳性，减少了机械冲击，又便于准确定位。

3 性能参数

2×500 k N双向门机性能参数如表1所示。

表1 2×500 kN双向门机性能参数表

4 门机的总体设计

2×500 k N双向门式启闭机由门架、起升机构、大车运行机构、小车运行机构、司机室、门机供电装置、安全保护装置组成。

4.1 门架

门架由上部结构、门腿、中横梁、下横梁和扶梯、栏杆、平台等附件组成。上部结构由主梁、上横梁及走台、栏杆等组成。门腿及主梁、上横梁、中横梁、下横梁等主要承载梁均为焊接箱型梁。各部件均为独立运输单元。门腿与主梁的连接采用焊接方式，门腿与下横梁采用螺栓连接，上横梁及其他各横梁采用高强度螺栓连接，连接板接触面需经机械加工，摩擦面的处理按高强度螺栓连接的施工规程进行。

4.1.1 主梁

主梁截面是由上、下翼缘板和腹板所组成的偏轨箱型截面。

（1）为了满足上翼缘板（受压）的局部稳定性，我们加设了纵向和横向加劲肋。

（2）为了满足腹板的局部稳定性，我们设置的大隔板间距不大于1 800 mm，并在中间设置了小隔板。同时，我们还在腹板上翼缘板设置了槽钢作为纵向加劲肋。

（3）主要焊缝开坡口，满足焊接工艺要求，特别考虑到各筋板与法兰板的焊接空间。

4.1.2 上横梁

上横梁截面是由上、下翼缘板和腹板所组成的矩形截面。

4.1.3 支腿

（1）支腿截面为矩形截面，上端连接宽度取与主梁高度相同的尺寸，下端宽度与下横梁宽度相同。

（2）为了满足腹板的局部稳定性，我们设置的大隔板间距不大于1 500 mm。同时，我们还根据要求在支腿翼缘板和腹板上设置了纵向加劲肋。

（3）主要焊缝开坡口，满足焊接工艺要求。

4.1.4 下横梁及中横梁

（1）下横梁截面为矩形截面，中横梁截面为梯形截面；下横梁的宽度与大车运行机构的构造相配合。

（2）为了满足腹板的局部稳定性，设置纵、横加强筋。

（3）主要焊缝开坡口，满足焊接工艺要求。

4.2 起升机构

本机为双吊点，由2套卷筒分别带动2套起重吊具。2套卷筒均带有开式齿轮，由一个带开式齿轮的卧式减速器同时驱动。2套机构由一个变频电动机驱动，起升机构设一套支持制动器、一套安全制动器。

4.3 大车运行机构

门机大车运行机构设有8个车轮，其中2个是主动轮，由2套驱动机构分别驱动。每个驱动机构由自带制动器的变频电动机与硬齿面减速器直联的驱动装置（即通常所说的“三合一”）通过减速器输出轴带动车轮转动，从而实现大车的运行。

4.4 小车运行机构

小车行走机构设有4个车轮，由2套驱动机构分别驱动。每个驱动机构由自带制动器的变频电动机与硬齿面减速器直联的驱动装置通过减速器输出轴带动车轮转动，从而实现小车的运行。

4.5 司机室

司机室设于门机上游侧中横梁上。采用专业厂家的定型产品，配有带钢化玻璃的塑钢窗。司机室内设有联动台、显示仪表、座椅、空调、灭火器等。

4.6 门机供电装置

门机的供电由设于下游侧下横梁上的电缆卷筒装置提供。电缆卷筒在卷取电缆时，靠力矩电机的自行变速特性始终使电缆保持恒张力状态，与设备行走同步。当放出电缆时，在独特配电装置控制作用下，力矩电机自动断电，卷筒在悬垂电缆自重作用下，克服防惯性旋转磁力耦合器的阻尼力，同步放出电缆。

4.7 安全保护装置

本门机设有荷载限制器、起升上／下极限位置限制器、大／小车运行终端行程限制器、缓冲器等安全保护装置。

4.7.1 起重量限制器

起升机构安装了起重量限制器，控制500 k N载荷。起重量限制器包括传感器和显示仪2部分。

在起升定滑轮座装设有带传感器的负荷限制器时，发送负荷信号。司机室内设有数字显示屏，当显示屏上的数字达到额定起重量的90%时，自动发出提示性报警信号；当达到额定起重量的105%时，延时报警断电；当达到额定起重量的110%时，立即报警断电（下降仍可工作）。

4.7.2 位置限制器

在起升机构卷筒轴端装有绝对值型旋转编码器和机械式限位开关，通过卷筒转数控制起升扬程；当达到极限位置时，发出报警信号并自动切断电源，并能全程显示起升高度。

负荷与起升高度的限制、显示和控制均在司机室的综合显示仪上显示。

大车运行机构设有行程极限位置限制器，当大车运行至极限位置，能自动切断运行机构电源，并发出报警信号。

5 设计难点

5.1 进口Moventas减速器输出／输入轴间距小

起升机构双吊点为常规布置，采用Moventas减速器，该减速器输出／输入轴间距相对常规QJRS型减速器要小，平衡滑轮布置在机架上方，电动机按常规布置在机架内侧将与平衡滑轮相互干涉，为此电动机放置在机架外侧。

5.2 同步轴过长

由于吊点间距大，按常规布置采用低速轴同步，但同步轴过长，超过3 m，由于电动机放置在机架外侧，间接缩短了两吊点起升单元的相对距离，可采用高速轴同步，轴长度大约为800 mm。

6 结语

该门机吨位为2×500 k N，比较常见，但布置上吊点间距较大，设计将电动机布置在机架外侧，缩短了同步轴长度，使起升机构的运行更加平稳，在门机设计中有一定的借鉴意义。