内置行星卷扬式启闭机在射阳河闸改造工程中的应用

王 波，项 明，沈 静，沈 枫

（1．江苏省水利机械制造有限公司，225000，扬州；2．江苏省盐城市水利工程管理处，224000，盐城；3．江苏省扬州市水利局，225000，扬州）

射阳河闸是江苏省沿海规模最大的挡潮排涝工程，位于盐城市射阳县海通镇，距射阳河入海口约15 km。该工程建成于1956 年5 月， 共布置37 台双吊点卷扬并列式启闭机。

原启闭机已运行60 余年，导致变速系统、刹车系统等可靠性差、结构落后，机械零部件制式已淘汰，设备运行维护困难，存在严重的安全隐患。2016年， 经水利部水工金属结构安全监测中心现场检测、复核计算与安全评价，启闭机存在诸多问题； 后射阳河闸经江苏省水利厅组织鉴定为四类闸，需进行除险加固，对启闭机进行改造。

一、启闭机改造要求

由于射阳河闸的工作桥不在本次加固改造范围，原有工作桥梁系不能改变，新启闭机需要满足工作桥的梁系布置要求，采用闭式传动，不能有开式齿轮；采用弧门启闭机，无滑轮组；采用集中驱动，每台启闭机只能有一个电动机；必须保证安装在原有的工作桥承重结构上。 同时，新启闭机安装完成后，顺水流方向两侧须留有电缆桥架空间和安全通道，启闭机的宽度方向尺寸要小于1.6 m。 如果可以利用卷筒内部的空间进行传动，再选择一个电减集成的模块就可以很好地解决以上问题。

二、设计方案比选、确定

根据射阳河闸现场的工况条件，管理单位提出了两个要求：一是采用闭式传动；二是采用集中驱动，以减少大量的后期维护工作量。 为此，对启闭机选型进行了多方案比较与分析，以期在符合《水利水电工程启闭机设计规范》（SL 41—2018）的基础上求得最优方案。经初步筛选，共拟出4个方案进行比选。

1.盘香式启闭机方案

原工作桥是按照滑轮组在工作桥面上转动到吊点上方开孔输出的复杂方式，原有的工作桥开孔尺寸非常小，根据历史竣工图纸和现场测绘的数据，吊点几乎在工作桥开孔的正中，工作桥的开孔左右方向有750 mm。射阳河闸启闭机的扬程较小，实际行程只有8 m，可以采用盘香式启闭机，可满足1.6 m 的最小尺寸要求， 但是只能采用双驱， 无法做到集中驱动。考虑国内盘香式启闭机使用较少，结构比较复杂，尤其是盘香部分制作困难，浇锌结构容易导致多根钢丝绳受力不均，不利于后期维护，因此不建议使用。

2.集中驱动闭式启闭机方案

射阳河闸的闸门是弧形挡潮闸门， 受工作桥和闸门开启形式局限，只能采用弧门启闭机。 该方案需采用CHC 大速比减速机，而目前国内标准的减速机单台速比达到1 500 的可选种类非常少，可选范围小。 左右机达到了尺寸要求，集中驱动的中间尺寸略超过1.6 m 的要求。 CHC 原理的减速机制造、使用均较少，不利于后期维护，不建议使用。

3.集中驱动硬齿面闭式启闭机方案

该方案采用多级硬齿面减速机，总速比达到1 120。 虽然硬齿面减速机品质优秀，但硬齿面减速机集中驱动方案中的电动机尺寸超过工作桥墙体，无法实施。

4.内置星联启闭机方案

该方案次级行星传动内置于卷筒内，中部为集中驱动的减速电机。内置星联启闭机可以符合老工作桥的梁系要求， 采用中间集中动力单元分别驱动左右卷扬单元的模式，满足了集中驱动一个电动机的要求， 也可以满足两侧具有电缆桥架空间和安全通道的要求。 如果集中驱动部分垂直安装的话， 左右机流水方向尺寸只有0.863 m， 满足小于1.6 m 的要求。

5.启闭机方案的确定

经过多种启闭机方案比选， 硬齿面集中传动方案电动机超出了墙体，肯定无法实现；CHC 减速机方案和盘香式方案均过于小众，有的尺寸较大、设备笨重，对专业技能要求较高，也不利于项目的实施。 内置星联方案的内置行星部分虽然对专业技能要求也高，但已被设计成一个专业的模块，可以很方便地进行更换， 而且行星传动已在工况恶劣的工程机械方面广泛使用，传动可靠性得到了广泛的验证。

集中驱动采用一个电动机，减少了安装时接错线的风险，降低了后期维护的和难度；初级减速保证同步轴的安全转速，内置的行星最大化限度少了流水方向的空间尺寸，在较窄的工作桥上节省出更多的安全空间和维护空间。

该方案采用单级行星减速模块加K 系列硬齿面的方案实现大速比传动，总传动速比将达到1 500 以上，尽可能增加操作和维护空间，最大程度实现启闭机集中化、简约化。

因此，星联集驱启闭机具有结构紧凑、集中驱动模块化、内置行星模块化、总速比方便选择等优点，成为最佳方案。

三、星联启闭机的研制

1.工作原理

该启闭机是由一台斜齿轮-伞齿轮减速电机通过联轴器传动轴连接行星联接盘， 带动左右起升机构，实现闸门上升或下降。

启闭机由起升机构、传动机构、保护装置和机架等组成（见图1）。起升机构包括卷筒（内置行星联接盘）、滑轮、钢丝绳等， 传动装置包括减速电机、联轴器、传动轴等，保护装置包括荷载限制器、编码器和主令控制器等。

图1 星联启闭机三维设计图

通航孔闸门为上下扉门，采用直升的方式，因考虑位置，均采用了单联卷筒的2 倍率启闭机。 其中，上扉扬程6 m，启门力2×160 kN，起门速度1.7 m/min；下扉扬程11 m，启门力2×250 kN，起门速度1.6 m/min。 上下扉吊点距900 mm，吊点距10.38 m。

2.性能特点

星联启闭机最大特点是体积小，在流水方向尺寸最小，在上下游方向尺寸比传统启闭机小40%～50%， 没有开式齿轮， 用内置高效率的行星减速代替传统的圆柱齿轮传动，直线型布置更加紧凑；外置减速可采用高品质标准减速机，整机噪音可控制在70 分贝以下，防渗漏油优秀，传动效率94%以上；内置行星采用了四或五组行星齿轮啮合， 极大地发挥行星承载能力强、输出扭矩大的优点，工作平稳，几乎没有噪音，传递效率达到98%以上；启闭速度范围广， 从0.1～5 m/min 均可以进行配置， 满足不同速度的要求，这也解决了弧门启闭机需要大速比传动的要求，而普通标准减速机的最大速比只有500，星联启闭机两级传动，几乎可以满足任意速比的要求。 后期的维护也十分方便，内外置减速机均有明显标志的加放油孔，行星传动是360 度旋转， 比常规硬齿面加油量少一半以上。

3.关键技术

普通平门卷扬式启闭机采用闭式传动已经非常普遍，因为普通平门机的传动速比均在500 以下，这也是常规标准减速机的常用范围。但是弧门卷扬式启闭机没有倍率，总速比都超过1 000，本项目就需要达到1 500。 星联集驱的形式正好可以解决这个难题，集驱的速比乘以行星的速比， 总速比甚至可以达到几万，非常方便达到要求。 集中驱动的电机初减模块体积小， 结构紧凑，内置于卷筒的行星，结构更加紧凑，而且更好地发挥了行星输出扭矩大的特点，正好实现了减卷同轴。 整机的直线形布置， 充分节约了工作桥宽度方向的空间，左右机只有0.863m，结构更加紧凑。

内置行星、外置集驱、速比范围广、减卷同轴、结构紧凑重量轻成为星联集驱启闭机的最关键技术特征。

四、试运行及检测

射阳河闸于2018 年1 月完成了首批12 台套启闭机的安装， 并进行了试运行。 2018 年7 月，经水利部水工金属结构质量检验测试中心检测，相关参数达到了设计和验收规范的要求。 2019 年5 月，其余启闭机安装完成并投入试运行。 截至2021 年11月， 射阳河闸的37 台套星联集驱启闭机经过了3 个汛期的考验，每年启闭300 多次，运行良好，安全可靠。

新启闭机投入运行后，改变了射阳河闸原有工作桥布置复杂的情况，结束了以前没有安全通道的历史，让启闭机工作桥更加整齐、通畅。

五、结 语

射阳河闸星联集驱启闭机2×160kN固定卷扬式启闭机投入运行以来，设备运行情况良好，证明设计方案合理，启闭机安全可靠。 其后100 多台套该型式启闭机陆续在南京天生桥船闸、常熟青墩塘泵站、安徽十五河闸、镇江京口闸、南通协兴闸、奔牛水利枢纽、定波水利枢纽等大中型水利工程安装使用。 该启闭机作为一种新型闭式卷扬式启闭机， 大幅减少了工作桥上下游方向的占用空间，方便观察和维护。在维护保养方面采用模块化专业保养， 大幅减少了管理单位平时启闭和后期维护的成本， 经济和社会效益显著，今后可在大型弧门启闭机设计、制造中应用和推广。 ■