桑河二级水电站移动式启闭机研究
2020-10-23程堂华
程堂华
（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州311122）
0 引言
随着水电事业的迅猛发展，水电建设的海外市场、工程规模不断扩大，大量工程技术和经验在海外工程中得到了推广和应用。根据桑河二级水电站的工程特点，在不同坝段分别设置相应的启闭机用于启闭闸门，解决了电站闸门数量多的实际问题。由于移动式启闭机具有一机多用、经济实用等特点，且可以通过自动抓梁操作闸门，减小了人工拆卸操作吊轴的安全隐患，因此在水电站得到了广泛应用。
1 启闭机的布置原理和方式
进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机布置于进水口坝段79.0 m高程。主要用于进水口检修门、进水口拦污栅的启闭和吊运，同时用于操作液压清污抓斗。在右岸侧主梁处设有电动葫芦装置，用于坝面零星物品调运。坝顶2×800 kN/250 kN双向门式启闭机布置于溢流坝段79.0 m高程，用于溢洪道检修门的启闭和吊运，以及溢洪道弧形工作门液压启闭机的安装检修吊运和坝面零星物品的吊运。该门机为双向门机，配主小车、回转吊及电动葫芦各1套。其中，溢洪道检修门的启闭和吊运由门机主小车负责，溢洪道弧形工作门液压启闭机的的安装检修吊运由回转吊负责，右岸侧主梁处设置电动葫芦1台，用于坝面零星物品吊运。主小车配置溢洪道检修门液压自动抓梁1套。尾水2×1600 kN/100 kN单向门式启闭机布置于尾水63.35 m高程平台上，用于尾水检修门的启闭和吊运。在门机右岸侧主梁处设有电动葫芦装置，用于尾水平台零星物品的吊运。该门机为单向门机，配置尾水检修门液压自动抓梁1套。
3台移动式启闭机的起升机构均设置工作制动器和安全制动器，2套制动器同时工作。为缩短闭门时间，启闭机采用变频控制，以及重载恒转矩、轻载恒功率的工作模式。
2 主要技术指标
2.1 进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机
工作级别：Q2-轻
启门力：2×630 kN
扬程：55 m
大车轨距：19 m
启闭速度：0.2～2 m/min
电动机：YZP315 S-8，75 kW，741 r/min
钢丝绳：22 ZAB 16×K7+IWRC-1870ZS
减速器：DLH4SH21-280
卷筒直径：Φ1 400 mm
工作制动器：YWZ5-400/125
安全制动器：SBD250-1750×30
高度指示控制装置：JQJD-S1
载荷控制器：FWZ-C-63 t
2.2 坝顶2×800/250 kN双向门式启闭机
工作级别：Q2-轻
启门力：2×800 kN
扬程：30 m
启闭速度：0.2～2 m/min
电动机：YZP 250M-8，2×37 kW，729 r/min，FC=40%
钢丝绳：24ZAB16×K7+IWR-1870
减速器：DLH4 SH15 i=200
卷筒直径：Φ1 000 mm
工作制动器：YWZ5-400/80
安全制动器：SB250-1750×30
高度指示控制装置：JQJD-S1
载荷控制器：FWZ-C-80 t
2.3 尾水2×1600 kN/100 kN单向门式启闭机
工作级别：Q2-轻
启门力：2×1 600 kN
扬程：35 m
启闭速度：0.2～2 m/min
电动机：YZP315S8，75 kW，741 r/min
钢丝绳：32ZAB16×K7+IWRC-1870
减速器：DLH4SH21 i=224
卷筒直径：Φ1150 mm
工作制动器：YWZ5-500/125
安全制动器：SBD250-A
高度指示控制装置：JQJD-S1
载荷控制器：FWZ-C-160 t
3 启闭机工作原理和构造
3.1 基本构造
移动式启闭机是指除供电电源及预埋件外的整套设备，由小车、门架结构、大车运行机构、电动葫芦、支轨器、门机轨道和阻进器及埋件、测风仪、防风锚定装置及埋件、液压自动抓梁、液压清污抓斗、专用吊具、电力拖动和控制设备、以及必要的附属设备等组成。其中：
（1）进水口2×630 kN/100 kN及坝顶2×800/250 kN双向门式启闭机主小车的组成：由主起升机构、小车架、小车运行机构、机房罩、机房内检修吊、电力拖动和控制设备等组成。而尾水2×1 600 kN/100 kN单向门式启闭机起升机构由卷筒装置、机架、动滑轮等组成。
（2）大车运行机构由三合一减速器、台车架和车轮组、电力拖动和控制设备等组成。
（3）3台移动式启闭机均设置10 t电动葫芦，用于坝面零星物品吊运。
3.2 工作原理
（1）进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机工作原理
进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机工作原理大致分为二个部分，第一部分为大车行走机构运行，第二部分为起升机构运行。大车行走机构与起升机构不能同时运行。
大车行走机构运行时，首先行走电机通电，电动机带动减速器，然后减速器带动车轮进行运转，实现双向门式启闭机行走功能。
起升机构运行时，起升电动机通电带动减速器，减速器带动卷筒转动，卷筒转动带动缠绕在卷筒的钢丝绳进行动作，钢丝绳端部连接有动滑轮，通过动滑轮与液压自动抓梁、拦污栅吊梁或液压清污抓斗连接，实现进水口检修闸门、拦污栅起吊及进水口拦污栅清污功能。进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机总图见图1。
（2）坝顶2×800/250 kN双向门式启闭机工作原理
坝顶2×800/250 kN双向门式启闭机工作原理大致分为三个部分，第一部分为大车行走机构运行，第二部分为起升机构运行，第三部分为回转吊回转及起升运行。大车行走机构、起升机构及回转吊动作不能同时运行。
大车行走机构和起升机构运行原理同进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机工作原理类似。
图1 进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机
回转吊运行时，回转吊起升电机通电，然后带动起升减速器，减速器带动卷筒连接进行转动，卷筒转动带动钢丝绳进行动作，钢丝绳端部连接有动滑轮，通过动滑轮下方吊钩与液压缸进行连接，实现液压缸的升降，待升降到合适位置时候，通过回转吊回转电机通电，带动大小齿轮旋转，最终旋转到规定位置，从而满足溢洪道弧形工作门液压启闭机的安装检修吊运。坝顶2×800/250 kN双向门式启闭机总图见图2。
（3）尾水2×1 600 kN/100 kN单向门式启闭机工作原理
尾水2×1 600 kN/100 kN单向门式启闭机工作原理大致分为二个部分，第一部分为大车行走机构运行，第二部分为起升机构运行。大车行走机构与起升机构不能同时运行。
大车行走机构和起升机构运行原理同进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机工作原理类似。尾水2×1 600 kN/100 kN单向门式启闭机总图见图3。
4 主要零部件研究
4.1 卷筒
3台移动式启闭机均采用双联卷筒双折线绳槽、钢丝绳多层缠绕方案。
图2 坝顶2×800/250 kN双向门式启闭机
其中，进水口2×630 kN/100 kN双向门式启闭机卷筒采用直径为1.4 m，三层缠绕且两端固定，中间出绳型式；坝顶2×800/250 kN双向门式启闭机卷筒采用直径为1.0 m，二层缠绕且中间固定，两端出绳型式；尾水2×1 600 kN/100 kN单向门式启闭机卷筒采用直径为1.0 m，二层缠绕且中间固定，两端出绳型式。
采用新型折线型绳槽卷筒，与挡环配合使用，避免了钢丝绳在两端受挤压、摩擦及乱绳现象。折线卷筒的使用对移动式启闭机的运行安全起到了重要作用见图4。
图3 尾水2×1600 kN/100 kN单向门式启闭机
图4 平行折线绳槽卷筒及挡环展开示意图
4.2 钢丝绳及滑轮
钢丝绳采用面接触高强钢丝绳，股内钢丝间呈面接触状态，钢丝绳金属填充系数大，股结构紧密。钢丝绳在使用时，钢丝之间接触应力小，无二次弯曲应力，钢丝绳与轮槽接触面积大，所以压实股钢丝绳耐磨、耐疲劳及抗压性能好，不易变形。
滑轮组分为动滑轮组、定滑轮组、平衡滑轮组。滑轮均采用轧制滑轮，表面镀铬，滑轮轴调质处理。除定滑轮采用滚动轴承外，其余滑轮轴承采用铜基镶嵌自润滑轴承。
4.3 制动系统
3台移动式启闭机起升机构均采用了双制动系统，一套为工作制动器，另一套为安全制动器。制动器安装在电动机和减速器之间，工作制动器用于启闭机运行过程的停机制动，制动器制动安全系数不小于1.75；安全制动器用于启闭机停机状态下制动，为防止闸门坠落提供了更高的安全保障。
盘式制动器具有大夹紧力、信号指示准确可靠、实现可控制动、使用寿命长，并且尺寸小、质量轻，安装调试及维护方便。
4.4 荷载及扬程保护
3台移动式启闭机均设有荷载限制器及扬程指示等保护装置。
当吊具起升到上极限位置时能自动切断起升动力电源，并发出报警信号；当吊具下降到下极限位置时能自动切断下降的动力电源，保证钢丝绳在卷筒上的缠绕不少于设计所规定的参数，并发出报警信号。
定滑轮处设置的荷载传感器，当吊具上的荷载达到额定值的90%时，给出预警信号；到达额定值110%时，切断起升机构电源。当欠载时，给出欠载预警信号并停机。三组信号都有不小于两对电气独立的报警接点。
5 结论
桑河二级水电站移动式启闭机整体设计合理；采用了折线卷筒、模块化封闭式减速器、压实股面接触高强钢丝绳和双制动系统等，使设备整机尺寸和重量较常规设计大幅减小；采用了多套安全保护装置，提高了设备运行的安全性。
3台移动式启闭机已投运1年以上，经实践检验，设备运行稳定、性能良好。
