水布垭水电站高扬程、大容量启闭机设计（周鹏 李季川）

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1、水布垭水电站高扬程、大容量启闭机设计（周鹏李季川）　　摘要:水布垭水利枢纽放空洞事故闸门启闭机最大扬程达159m，启门力达3200kN，在国内同类机型中扬程最高。结合该闸门启闭机的设计探讨了高扬程、大容量卷扬式启闭机的特点，如多层缠绕、折线绳槽卷筒、钢丝绳偏角等问题。该启闭机经试运行达到了设计要求。水布垭放空洞高扬程、大容量启闭机的工程运用实例，为将来在其它水电站上使用同类机型，提供了可借鉴的经验。 　　关键词:高扬程;大容量;启闭机;设计;水布垭水利枢纽 中图分类号:TV664文献标识码:A 　　

2、水布垭水利枢纽工程位于湖北清江上游，是我国目前设计水头最高的混凝土面板堆石坝，为了保证大坝运行安全，设置了放空洞建筑物。放空洞事故闸门设计挡水水头152.0m，闸门启闭机最大扬程达159m，启门力3200kN，为国内同类机型中扬程最高的。以下就放空洞检修门启闭机的设计作简要介绍。 1启闭机的组成与主要参数 　　该设备为多层缠绕固定卷扬式启闭机，整机由两套对称布置的起升机构、固定机架、电气控制3部分组成。起升机构由钢丝绳、卷筒装置、动滑轮组、定滑轮组、平衡滑轮及过载保护装置、行程限位装置、闭式减速器、

3、电动机等组成，并在减速器的高速轴两端分别设置了工作制动器安全制动器，安全制动器延时上闸。两套起升机构的动滑轮组通过平衡梁与闸门的吊轴相联接，在两套起升机构中某一套的动滑轮组与另一套动滑轮组在高度差达最大时，平衡梁将发生小于4°的倾斜，但闸门与平衡梁相联的吊点为单吊点，闸门将始终保持垂直，不会卡阻在门槽内。 启闭机的主要参数: 额定启门力3200kN 总起升高度/坝面以上159/13.85m 起升速度2.64m/min 减速器总传动比200.3 水平中心距1760mm 电机功率2×110kW 卷筒底直

4、径1650mm 钢丝绳直径36mm 缠绕层数3 制动器YWZ-500/E201 行程开关180HGE553SIROMAG 开度仪AVM58NP+F 压力传感器CC系列60t级SIEMENS 2启闭的设计特点 2.1起升机构布置 　　在起升机构的布置上，比较了两个方案:①采用一套双联卷筒的起升机构，滑轮组轴线与卷筒轴线平行布置，经计算，当滑轮组倍率m=8时，钢丝绳直径d=46mm，卷筒直径D=2.4m，要完成159m的总扬程，需要4层缠绕;②采用两套双联卷筒的起升机构，滑轮组轴线与卷筒轴线垂直布置，当

5、滑轮组倍率m=6时，计算得出钢丝绳直径d=36mm，卷筒直径D=1.65m，3层缠绕可满足159.0m扬程。 　　上述两个方案的起升机构均为多层缠绕，设计时均要满足钢丝绳的返绳偏角的要求，方案1扬程高、容量大的矛盾较明显。方案2由于两套起升机构平均分担了总容量，钢绳的直径较小，布置上对偏角控制较方案1容易做到，缠绕层数仅需3层，且返绳垫环的加工难度较4层缠绕小，进一步计算表明方案2返绳偏角在卷筒两端可控制在1.5°内，这是多层缠绕卷扬机设计的关键点，如果一套起升机构采用3层缠绕，将返绳偏角控制在1.

6、5°有困难，为了满足返绳偏角要求，卷筒直径要加大，减速器出轴扭矩随之增大，而且对土建的基础荷载不对称，土建设计增加工程量。两方案比较后，确定采用了方案2。 　　但方案2存在两套起升机构的驱动电机转速上必有差别的问题，解决的方法是将一根钢丝绳通过平衡滑轮分别绕在两个卷筒上。当电机转速不同时，钢丝绳通过平衡滑轮自动调整两侧的长度，当一套起升机构同轴线上的两卷筒直径相同时，两套起升机构的吊点将在高度上始终保持一致，从设计上解决了电动机转速差对吊点高度的影响。 　　方案2的另一个优点是当一台电机故障，另一台

7、单独工作仍能启闭闸门，提高了闸门事故工作的可靠性。该布置方案较好地解决了扬程高，容量大的矛盾，使整机结构尺寸合理，传给土建的基础荷载对称，利于土建排架的结构设计，并降低了单个零部件的尺寸和重量。减小了加工难度，也给运输和现场安装提供了条件。 2.2钢丝绳偏角的控制 　　在多层缠绕的卷扬式启闭机设计中，钢丝绳相对卷筒轴线横截面的角度称为“钢丝绳偏角”。它在钢丝绳绕入卷筒的过程中是变化的，在卷筒两端，钢丝绳的缠绕从低层向高层过渡时的偏角，称为“返绳偏角”，是多层缠绕设计中主要控制参数，《水利水电工程启闭

8、机设计规范》建议该角度不大于2.0°。 　　该角度大小实际上反映了钢丝绳受载时水平分力的大小、水平分力过大，在返绳时会发生“跳槽”现象。若在第2层发生跳槽，由于第3层钢丝绳是将第2层作为绳槽使用的，第3层必然乱绳，这种现象在设计上是不允许的。一般认为较理想的钢丝绳返回偏角应控制在0.5°～1.5°之间，本设计通过合理的布置将钢丝绳在卷筒两端返绳偏角控制在1.5°以内，其中第1层过渡到第2层返绳偏角为θ1=1.435°，第2层向第3层钢丝绳过渡的返绳偏角θ2=1.394