林 馳 陳 軍 趙 鑫 尤寬山 陳海峰

一、概述

移風攔河閘根據(jù)最后設計標準，設計洪峰流量3380m3/s 為50年一遇，洪峰流量4120m3/s 為100年一遇。移風攔河閘主要由閘室、吸能防沖擊的設施、防止?jié)B水和排水設施以及河道兩岸的連接建筑物等部分構成，垂直水流寬度為285.8m，順水流的長度為94.3m。移風攔河閘采用開敞式，根據(jù)泄量要求，節(jié)制閘凈寬225m，共9 孔，單孔凈寬25m。移風攔河閘正常蓄水位19.10m，最高允許蓄水位19.60m（即門頂最大溢流水深0.5m）。移風攔河閘選用相對現(xiàn)代的護鏡門，閘門平面布置為半圓拱型，其中拱內圓弧的內半徑是13.3m，拱外圓弧的半徑是14.9m。

護鏡門選用盤香式啟閉機進行開閉，每扇護鏡門需2 臺啟閉機進行開啟。護鏡閘門的兩側弧形排架柱的上面啟閉機機房內安放著開閉同一扇護鏡門的盤香啟閉機。啟閉機房樓面采用鋼筋混凝土懸挑梁的板結構。盤香式啟閉機鋼絲繩在通過設置在弧形排架柱上的定滑輪與護鏡門的吊耳連接。當護鏡門打開時，護鏡門以其兩邊弧形最底處的支鉸軸作為轉動中心進行轉動，當轉角達到與水平方向夾角55°時停止轉動并鎖定啟閉機，護鏡門下方河道過流放水。每個吊點的盤香式卷揚啟閉機通過兩臺變頻電機驅動，護鏡門兩吊點之間的同步是通過行程檢測裝置測量并計算兩吊點間的行程差值后再經(jīng)過變頻器控制變頻電機的轉速來實現(xiàn)。護鏡門兩個起吊點都設有檢測行程的裝置，由PLC 集中處理后控制電動機的變頻器工作。

二、啟閉機的主要參數(shù)

啟閉機為固定盤香式，啟門的容量2×1250kN，最大揚程15.0m，啟閉速度0.6～0.75m/min，雙吊點點距為26.80m，電動機型號為YZPF180L-8，F(xiàn)C=40%。

三、盤香式啟閉機的結構和工作原理

盤香式啟閉機布置在閘門兩側閘墩上部的啟閉機機房內，卷繩盤上的鋼絲繩經(jīng)過導向滑輪與護鏡門的兩個懸臂吊梁相連接，操作護鏡閘門的開啟、關閉。盤香式啟閉機每個吊點從卷繩盤引出來6 根鋼絲繩。為了減小啟閉機的啟閉力，使閘門在其吊點處的受力方向始終保持接近閘門轉動的切線方向，導向定滑輪布置在圓弧形排架柱的表面上，每側圓弧形排架柱上設3 個滑輪。盤香式啟閉機的外形尺寸大小控制在3.60m（平行水流方向）×3.0m（垂直水流方向）范圍內。每扇閘門上的盤香式啟閉機均包括四臺電動機、四臺減速器、四個聯(lián)軸器、六個導向定滑輪、四個制動器、十四根鋼絲繩、兩套卷繩盤裝置、兩個機架和編碼器、荷重儀、主令裝置等。電動機的輸出軸通過聯(lián)軸器和減速機的輸入軸直接連接，開式齒輪機構的齒輪直接裝設在減速機的輸出軸上。在局部開啟狀態(tài)下護鏡門的鎖定通過啟閉機的鎖定裝置實現(xiàn)。同一臺盤香式啟閉機的雙吊點應采用同一盤鋼絲繩。采用電氣設備同步操作同一扇閘門的兩套起升機構。盤香式啟閉機的每個吊點通過兩臺三相異步電動機驅動，經(jīng)過一個減速機和一個開式齒輪減速，驅動卷繩盤轉動，通過鋼絲繩在卷繩盤上的收放，帶動閘門上升和下降。盤香啟閉機上裝有護鏡閘門開度傳感器、編碼器，用來控制閘門的預先設定的位置、上極限位置和下極限位置等。為防止盤香式啟閉機超負荷運行，在卷繩盤一端軸承座下方裝有荷載限制器，當起升護鏡門荷載達到額定值的90%時，荷重儀發(fā)出預警信號；到達額定值的100%時，會自動控制切斷電源主回路并發(fā)出警告。

四、主要部件設計

1．電動機

移風攔河閘工作閘門前水位19.6m，門后水位比門前水位低0.5m，根據(jù)實際工況得到最大升門啟閉力為2×1250kN。每套啟閉機提升系統(tǒng)的提升高度15m，提升速度為0.6m/min，每次提升需要25min，屬于間歇周期工作制。根據(jù)《水利水電工程啟閉機設計規(guī)范》中相關要求計算，每臺啟閉機實際電機功率計算值為42.8kW，實際選用4 臺11kW的電動機。因為電機的功率相對比較大，如果采用直接啟動，啟動的電流就會很大，所以選用了變頻器啟動變頻電機，不僅可很好地降低電機啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，而且又能獲得較大的啟動轉矩。采用變頻電動機能很大程度上保證電機起動和制動時的安全，并且實現(xiàn)了無極調速。

2．減速器

減速機構選用開式齒輪和減速器組合的減速傳動方案，滿足盤香啟閉機的機構布置需要和傳動速比要求。經(jīng)過分析計算，起升機構總傳動比為3069，傳動比分配如下：減速器傳動比為550，開式齒輪傳動比為5.58。減速器選用硬齒面圓柱齒輪減速器，齒面接觸強度較高，有效地減少了減速器齒輪點蝕、膠合破壞，增加了設備的使用壽命。電機功率為11kW，選用減速機型號為DFY500-550，高速軸許用功率為18kW，滿足使用要求，減速器輸出軸和輸入軸采用垂直布置方式，滿足齒輪和電機布置尺寸要求。

3．制動器

制動器選用鼓式制動器，制動器布置在減速器高速軸兩側。每一套獨立的驅動裝置安裝兩套常閉式制動器，一套為工作制動，一套為安全制動。每一套鼓式制動器的安全系數(shù)按總制動力矩計算大于1.25。

4．機架

機架主要是由梁結構組成，各梁之間通過焊接構成具有一定剛性的空間構架。機架主要由工字梁和鋼板組成，主要材料采用Q345，各梁的最大撓度均小于0.001L（L 為跨度）。

五、電氣設計

控制柜通過“現(xiàn)地/遠控”來控制閘門的升、降、停，并顯示閘門開度、啟閉狀態(tài)、過載報警信號、荷載、設備故障報警信號及有關電氣量信息；現(xiàn)地控制柜可以與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，實時上傳現(xiàn)地控制柜和護鏡門的實際運行狀況，實時觀測閘門的運行狀態(tài)。

自動控制是通過PLC 控制器的控制邏輯，自動控制閘門的升降和停止，并且接受計算機監(jiān)控系統(tǒng)對護鏡門的升降和停止控制信號，實現(xiàn)遠程控制。手動控制就是通過現(xiàn)地控制柜上控制護鏡門的升降和停止。盤香啟閉機為兩個吊點，采用速度閉環(huán)控制的原理控制兩套主提升機構間的同步，驅動系統(tǒng)選用了由變頻器控制的變頻電機和傳動機構，變頻器則選用閉環(huán)矢量控制方式。雙吊點的不同步設定值控制在2.0cm 以內。

電氣設計上主要采取了以下措施，保證了相對獨立的兩套盤香式提升機構所吊起的護鏡門能夠在允許的偏差范圍內移動。

（1）四臺電動機軸上均安裝了編碼器，其收集的電動機的轉速數(shù)據(jù)反饋給變頻器，形成了閉環(huán)矢量控制，實現(xiàn)了變頻器對電機速度的精準調節(jié)，確保電動機在運行過程中運行速度的真實準確性。

（2）由于啟閉機每個吊點同時采用了雙電機提升，一個吊點的兩臺電機如果不能夠同步也會在卷繩盤裝置上產(chǎn)生扭曲應力，影響其使用壽命。因此需要通過變頻同步控制同一個吊點上的兩臺電動機的轉速，使其達到允許的轉速偏差。

（3）在兩個吊點卷繩盤軸上分別裝設兩個編碼器，用于檢測護鏡門兩吊點的實際開度值。編碼器獲得的數(shù)值經(jīng)過PLC 的計算后，得出兩個起吊點開度的偏差。如果偏差值累積達到預設值時，PLC 就會發(fā)出指令響應，其中一個吊點上的兩臺電動機的轉動速度會作出響應，這一護鏡門兩個起吊點的高度就可在偏差范圍內保持一致。

六、結語

本文通過對盤香式啟閉機的設計等整個流程進行分析和總結，簡述了變頻調速同步的控制技術在盤香式啟閉機中的應用，解決了實際工程中因為吊點距太大無法安裝中間軸的雙吊點啟閉機的同步問題。這項技術的推廣，可以使盤香式啟閉機布置不受吊點距的限制，對于優(yōu)化閘門工作橋的結構具有一定參考價值