王傳民　李雨庭

【摘 要】水電站門式啟閉機(jī)是一種專用的門式起重機(jī)，與通用門機(jī)相比具有很多特殊的要求。本文簡要介紹了其特點，并就其設(shè)計方案的選定、設(shè)計要點和思路作了研究歸納。

【關(guān)鍵詞】水電站；門式啟閉機(jī)；特點；設(shè)計要點

水電站用門式啟閉機(jī)（以下簡稱啟閉機(jī)），也稱水電站門式起重機(jī)，是用來開啟和閉合閘門達(dá)到控制水的流動和截止的一種專用起重設(shè)備。其主要結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)一般與通用門式起重機(jī)大體相同，但在某些方面又具有其特殊性。為使設(shè)計者對此有初步了解，筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗和研究，特作以下歸納介紹。

1.門式啟閉機(jī)特點

水電站用門式啟閉機(jī)區(qū)別于通用的門式起重機(jī)主要有以下幾點：

（1）起升載荷與運行載荷不一致。啟閉機(jī)起升能力稱之為啟閉力，這個力不只是閘門的重力加上門槽、淤泥、銹蝕、污物、水壓的阻力，并乘以很大的安全系數(shù)得出的力，這個力在起升過程是變化的。運行載荷一般只是吊具加上閘門的載荷。所以一般啟閉機(jī)的啟門力都大于運行機(jī)構(gòu)的運行載荷。

（2）利用率低。一般水電站啟閉機(jī)每年使用時間很少，機(jī)構(gòu)的設(shè)計壽命多屬于輕級，對于結(jié)構(gòu)一般不考慮疲勞強(qiáng)度。

（3）跨度小。由于水工建筑的特點，壩頂或尾水平臺的寬度都不大，所以一般的啟閉機(jī)的跨度都比較小，跨度大的有十幾米，跨度小的只有幾米。

（4）速度低。由于啟閉機(jī)要將吊具對準(zhǔn)閘門，并使吊起的閘門沿門槽上下運行，為了方便操作，所以運行機(jī)構(gòu)速度要求較低。由于閘門下降如果速度過快會產(chǎn)生很大沖擊，所以起升機(jī)構(gòu)的速度也不宜過快。

（5）起升范圍大。由于電站閘門都是在一定深度的水下，所以啟閉機(jī)的起升范圍都很大，最小的在二十多米，最大的可以達(dá)到100多米。

（6）對鋼絲繩、吊具有特殊要求。啟閉機(jī)吊具一般要下到門槽之中，所以要求在布置鋼絲繩纏繞方式時，要防止動滑輪組、鋼絲繩與水工建筑干涉。由于水下工作環(huán)境的要求，鋼絲繩應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩。動滑輪軸承一般采用滑動軸承，如果采用滾動軸承則應(yīng)考慮密封裝置。對于軸一般要求鍍鉻或作其他防腐處理。

（7）帶輔助吊和專用吊具。為滿足水電站的功能要求，啟閉機(jī)一般帶有輔助吊和專用吊具，例如抓梁、清污抓斗、小型回轉(zhuǎn)吊等。

2.啟閉機(jī)的方案設(shè)計要點和思路

（1）由于水電站位于特殊環(huán)境，所以一般的移動式啟閉機(jī)都各有自己的特殊要求，其構(gòu)造和參數(shù)也是各不相同的。為了滿足用戶的需要，在設(shè)計門式啟閉機(jī)時，需具有以下的基本原始資料：

1）閘門或攔污柵的基本外形尺寸。

2）額定啟閉力，運行機(jī)構(gòu)的額定運行載荷。

3）起升和大、小車的運行速度。

4）最大起升范圍，軌上、軌下起升高度。

5）整機(jī)和機(jī)構(gòu)的工作級別。

6）環(huán)境條件。如風(fēng)載荷、溫度、地震震級、濕度等。

其他特殊要求，如電氣控制、供電、調(diào)速方式等。

（2）由于啟閉機(jī)與通用門式起重機(jī)有諸多不同之處，應(yīng)針對其特點進(jìn)行設(shè)計，以滿足其功能要求，其設(shè)計要點和思路如下：

1）設(shè)計遵循的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

啟閉機(jī)實質(zhì)上就是根據(jù)水電站的實際工況而設(shè)計的專用門式起重機(jī)。由于其特殊性，有關(guān)部門專門制定了《水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）作為啟閉機(jī)的設(shè)計和使用依據(jù)。

2）工作級別的確定。

為簡化工作級起見，SL41規(guī)范中將工作級別和載荷狀態(tài)，設(shè)計壽命聯(lián)系起來，對于結(jié)構(gòu)一般就不考慮疲勞強(qiáng)度；啟閉機(jī)的工作級別只有Q1-輕，Q2-輕，Q3-中，Q4-重這四個級別。這與起重機(jī)常用的A1-A8的工作級別有所區(qū)別。

3）啟閉載荷與運行載荷。

由于啟閉力在啟閉過程中是變化的，所以一般技術(shù)規(guī)格書中給出的啟門力是在啟閉過程中的最大計算啟閉力。

水利水電工程中的啟閉載荷和運行載荷其值往往是不一樣的，啟閉載荷有時接近運行載荷的兩倍，所以在設(shè)計移動式啟閉機(jī)時，應(yīng)單獨作為一個載荷因素提出來，以便在使用載荷進(jìn)行強(qiáng)度計算時（如車輪）或在載荷組合中加以考慮，使啟閉機(jī)設(shè)計更加符合使用情況，同時還可節(jié)約成本。

4）起升機(jī)構(gòu)設(shè)計方案的選擇。

啟閉機(jī)起升機(jī)構(gòu)特點是起升過程中載荷是變化的，另外就是起升速度低、起升范圍大。起升速度低，這就要求有很大的傳動比?，F(xiàn)有的辦法一種是選用大傳動比的減速器。這種作法好處是噪音低，維護(hù)保養(yǎng)工作量較小，缺點是造價高。另一種減速器加開式齒輪，這種方法造價比上一種方法低，缺點是開式齒輪組的維護(hù)保養(yǎng)工作量大。

起升機(jī)構(gòu)起升范圍大，通常采用解決方案有減少滑輪組倍率、加大卷筒直徑和長度、采用雙層或多層纏繞等方式。其中多層纏繞是解決大起升范圍鋼絲繩纏繞的常用方式。主要有帶排繩機(jī)構(gòu)的多層纏繞、自由多層纏繞、折線繩槽卷筒的多層纏繞等。

目前隨著高壩水電站越來越多，對啟閉機(jī)起升范圍要求越來越大，為了滿足大起升范圍的需要，現(xiàn)在多采用多層纏繞。為了保證鋼絲繩均勻的在卷筒上實現(xiàn)多層纏繞。目前在一些啟閉機(jī)上采用了折線卷筒。折線卷筒是在卷筒兩端中部設(shè)有過渡斜塊，繩槽是由平行繩槽與斜繩槽組成。過渡斜塊作用是當(dāng)?shù)谝粚永p繞完成，鋼絲繩可由斜塊平滑的上升到第二層。折線繩槽可以將外層鋼絲繩導(dǎo)入內(nèi)層鋼絲繩所形成的溝槽中。每層繩絕大部分處有繩槽狀況，并有良好的導(dǎo)繩作用，實現(xiàn)多層有槽纏繞。改善了各層鋼絲繩的接觸情況，對延長鋼絲繩壽命十分有利。

綜上所述，水電站用門式啟閉機(jī)就是一種專用的起重機(jī)，只要我們根據(jù)電站工程的實際情況，按業(yè)主的特殊要求，結(jié)合啟閉機(jī)的特點，就一定能設(shè)計出用戶滿意的產(chǎn)品，為水電工程作出貢獻(xiàn)。 [科]