新型联动启闭机在太浦闸套闸工程中的应用

迮振荣　郑春峰　王　波

(1.太湖流域管理局苏州管理局， 江苏 苏州　215001；2.江苏省水利机械制造有限公司， 江苏 扬州　225003)



新型联动启闭机在太浦闸套闸工程中的应用

迮振荣1郑春峰1王波2

(1.太湖流域管理局苏州管理局， 江苏 苏州215001；2.江苏省水利机械制造有限公司， 江苏 扬州225003)

在我国的平原地区，上下扉闸门是一种传统的布置型式，启闭方式也有好多种，缺点较多。为摸索一种更为科学、新颖的上下扉闸门启闭方式，以太浦闸为研究对象，采用一套驱动装置与上下扉门两套卷扬装置有机结合，实现套闸自动化控制，从而为太浦闸等类似工程上下扉闸门自动化控制运行提供一种新颖、先进、经济、可靠的启闭方式。该设备可在双扉门水闸工程中广泛应用。

上下扉闸门； 套闸； 卷扬式启闭机； 自动化控制

1　项目背景

太浦闸，位于江苏省苏州市吴江区境内太浦河进口段，西距太湖约2km，是太湖流域重要的防洪与供水控制性骨干工程。2011年7月和12月，国家发改委和水利部先后批复太浦闸除险加固工程的可行性研究报告和初步设计报告，明确在原址对原水闸建筑物进行拆除重建。重建后太浦闸共10孔，每孔净宽12m，总净宽120m，采用平面直升钢闸门配卷扬式启闭机。

考虑太浦河的通航功能，将南侧边孔节制闸更改成通航上下套闸，边孔节制闸也为套闸上闸首，增设下闸首。

为满足通航净高，需将原平面直升闸门进行改造，如果按传统的方法，如改成升卧式平面闸门，工作桥需要加高加宽，如改成人字门、三角门，则土建影响巨大，影响整体外观。采用传统的方案，整个工程均需重新变更设计，而且需要新增巨大投资，工期不可能得到保障，影响整个太浦河流域的行洪安全。

在不影响工程整体外观的前提下，提出了采用上下扉闸门型式来实现闸门尽可能高地达到通船要求，可以不改变原设计工作桥高程和工作桥宽度，达到不变更节制闸工程总体设计的前提。

2　太浦闸双扉门自动化控制及存在的问题

虽然原有运用于江都万福闸(节制闸)的上下扉离合卷筒启闭机保持了体积小、结构紧凑的特点，可以不加宽、加高工作桥，实现上下扉闸门的联合启闭，但是在套闸运行过程中满足自动化、安全可靠的要求是首次尝试，且套闸的使用频率远远大于节制闸的频率，每天，甚至每小时都要启闭闸门，如果使用现场点动的方式将费时费力，且影响船只过闸效率。因此离合双卷筒启闭机在套闸上使用，必须实现自动化和远程控制的要求，而且必须安全可靠。

3　新型套闸双扉门启闭机的总体构思

为满足过船的最大高度，太浦闸套闸上下扉两片闸门在金属结构设计中保持一样的高度以使闸门能开启到最高位置；启闭机也按其特点，上扉启闭力约为下扉启门力的一半；上扉门吊点在闸门的外侧，下扉门吊点在里侧；按钢丝绳离开卷筒的最小偏角确认上下扉吊点在上下游方向的最小距离。最关键的是离合点的精确控制，采用高精度的数字编码器方式，实现开度的毫米级控制。

针对太浦闸套闸的运行情况，形成新型上下扉闸门联动卷扬式启闭机的总体构思，采用离合卷筒卷扬式启闭机的运行原理，(一种联动启闭机ZL201120324288.X)，一套可以精确控制的离合装置，实现主副卷筒的同轴离合；采用一套完整的自动化控制程序，实现套闸的自动化控制。

4　新型套闸双扉门启闭机工作原理

采用双机闭式原动的方案，电动机通过制动轮联轴器与减速机相联，减速机直接通过卷筒联轴器带动装有两套卷筒装置的启升机构，其中一套主卷筒用于下扉门的启闭，另一套副卷筒也装在主卷筒的同一根轴上，在轴的末端装有一套离合装置，左右通过减速机与另外的出轴进行刚性同步。

启门：上下扉均在闭门位置，离合器处于分离位置，启动电动机，主卷筒带动钢丝绳启动下扉门，当到下扉和上扉差不多一样高的离合点时，停机，离合装置启动，主副卷筒接合，电动机再次启动，上下扉一起向上，直到搁门器的位置，停机。启门完成。

闭门：上下扉继续一起向上，搁门器松开，上限位停机。电动机反转，上下扉一起向下，当上扉门到闭门位置，停机，离合装置松开，电动机再开，下扉门单独向下，直到闭门位置，闭门完成。

启门：闭门过程全部实现自动化精确控制。

5　新型套闸双扉门启闭机的技术特点和可靠性措施

a.启闭机布局和荷载设计。经与土建和金属结构设计单位的协调，确定上下扉两扇闸门的高度均为5240m，下扉门的启门力为(2×250)kN，吊点距7200m，起门速度1.5m/min；上扉门的启门力为(2×125)kN，吊点距8180m，起门速度1.5m/min。至此在满足土建和金属结构原有条件大前提下，也达到了离合卷筒启闭机的要求。启闭机的上下游方向比原机型QPB2×250kN大了760mm，左右方向大了1350mm，原有工作桥上通道宽敞，原有工作桥无变更。不影响其他孔节制闸，保证工程的整体性。

b.离合装置的精确设计。设计离合盘时考虑，如齿轮传动不管启门还是闭门过程中都是单边受力，离合盘也都是单边受力，因此将离合盘的受力的一半，仍按照原有的办法，斜角8，保证接合力和自锁功能，保证离合以后靠自身就具有锁定功能，提高设备的安全性；而离合盘的不受力一半，加大了导向角，允许较大的误差情况下提高接合的角度，保证了一次离合成功的可靠性。经现场试验，误差3～4mm，不影响离合的准确。

c.位置的精确控制。设计位置采用了每圈8196精度的绝对型数字编码器，但初次试验中效果不好。最终，每圈上最大误差仍要达到5mm以上，经现场试验，增加1∶3的齿轮放大后，最终每圈误差小于2mm，达到精确控制要求，经多次试验，准确率达到95%以上，实现了位置精确控制的要求。

d.速度扬程分析。为了保证上扉页门和下扉页门保持相同的运行速度，主副卷筒的直径均为500mm，上下扉门的速比均为2，下扉门扬程为11.5m，上扉门为7.5m，起门速度均为1.5m/min，每次启门运行时间可控制在10min之内。

e.安全保护装置。离合卷筒式卷扬式启闭机具有多个控制步骤，尤其是最关键的离合过程，因此在每个控制步骤上都设置了多重保护，每一步操作不到位，下一步的操作就无法进行，只有每一步的操作到位后，才能执行下一步的操作。如：控制离合的电动推杆都具有行程控制功能，且设置了脱开位置和接合位置，只有两侧都达到设定的位置才可以进入下一步的程序操作，只要有一边不到位，都无法进行下一步的程序。

6　新型套闸双扉门启闭机的特点

a.结构紧凑。仅仅比同启闭力的QP系列卷扬式启闭机外形尺寸略大40%。与布置两台常规开式齿轮启闭机方式相比，在顺水流方向机架要减小500mm以上。设备显得紧凑、美观。

b.运行精确可靠。采用自动化的程序控制，已经实现启闭全过程的现地控制和远程控制。经连续两年运行安全可靠。

c.投资额小。太浦闸套闸运用的QPS2X2502X 250kN+ 2X125kN离合卷筒式启闭机比其余节制闸QP2X250kN结构上仅略大，没有改变太浦闸原设计的外观形象，没有加高加宽工作桥，比换其他形式的套闸启闭方案节省投资20%以上。一套驱动装置启闭两扇闸门，也减小了启闭机的电气控制设备投资，节省了日常的维护费用。

7　结　语

该新型套闸上下扉闸门固定卷扬式启闭机采用离合卷筒布置方式，以太浦闸边孔套闸为典型研究对象，进一步进行创新改进，在套闸工况条件下，通过精确设计的改进，实现了离合卷筒式卷扬式启闭机的自动化，并具有非常高的可靠性。经过三年的运行表明，该设备满足了套闸工况条件下的上下扉闸门启闭需要，可以精确地实现上下扉闸门的离合启闭，也使该套设备逐步走向成熟。相信离合卷筒式启闭机在一机驱动两门的工程中可以广泛应用，具有较高的推广应用价值。

[1]SL 41—2011水利水电工程启闭机设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2011.

[2]SL 381—2007水利水电工程启闭机制造安装及验收规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

[3]周灿华，王波，蔡平.新型上下扉闸门固定卷扬式启闭机的研制[J].中国农村水利水电，2012.

[4]叶兰华.计算机自动化控制在淮阴闸中的应用[J].水利建设与管理， 2013(2).

Application of novel linkage lifting machine in Taipu Gate Sleeve Gate Project

ZE Zhenrong1, ZHENG Chunfeng1, WANG Bo2

(1.TaihuRiverBasinAdministrationSuzhouOffice,Suzhou215001,China;2.JiangsuGeneralFactoryofWaterConservancyMachinery,Yangzhou225003,China)

The upper and lower leaf gate is a traditional arrangement type with many open-close modes at the plain area in China, and it has many defects. Taipu Gate is adopted as a research object in order to explore a more scientific and novel upper and lower leaf gate open-close mode. A set of drive device is organically combined with two sets of hoisting devices of upper and lower leaf gate. Sleeve gate automatic control can be realized. Therefore, a novel, advanced, economic and reliable open-close mode is provided for upper-lower gate automatic control and the operation of similar projects, such as Taipu Gate, etc. The equipment can be widely applied in double-leaf water gate projects.

upper and lower leaf gate; sleeve gate; winding hoist; automatic control

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.021

TV664

B

1005-4774(2016)10- 0073- 03