引江济汉拾桥河枢纽横拉式节制闸工作闸门800kN绳鼓卷扬式启闭机总体设计简介

引江济汉拾桥河枢纽横拉式节制闸工作闸门800kN绳鼓卷扬式启闭机总体设计简介

曹国锋陈卫王业交

浙江华东机电工程有限公司湖北省水利水电规划勘测设计院

1、项目概况

引江济汉作为南水北调中线水源区工程之一，是从长江上荆江河段附近引水至汉江兴隆河段、补济汉江下游流量的一项大型输水工程。工程的主要任务是向汉江兴隆以下河段（含东荆河）补充因南水北调中线调水而减少的水量，同时改善该河段的生态、灌溉、供水和航运用水条件。引水干渠的引水口位于荆州市龙洲垸、出水口为潜江市高石碑，线路地跨荆州、荆门两地级市所辖的荆州区和沙洋县，以及省直管市潜江市和仙桃市，干渠全长67.23km。干渠设计引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s。沿途建设龙洲垸枢纽、拾桥河枢纽、西荆河枢纽标和高石碑枢纽四座，配置各类固卷启闭机、移动台车、电动葫芦及液压启闭机等若干。

2、装设地点和用途

拾桥河左岸节制闸分左右两侧各安装一台800kN绳鼓卷扬式启闭机设备。设在上游侧的平台上，高程为34.15m。工作门采用平面有轨弧形双开闸门，通航孔口净宽60m，底槛高程26.17m。工作门由2扇弧形闸门组成，单重1280t，对称布置，弧门各自绕支铰在水平面内转动。单扇弧门面板外缘半径为45m，弧门外侧面板总弧长40m，门高8.9m，支铰中心距闸孔边墙5m；通航时，闸门转动至门库内，门库为扇形状，对称布置在河道两岸。每扇闸门采用单根钢丝绳双向出绳的绳鼓卷扬式启闭机启闭，启闭机共2台，分别位于左岸两侧。

闸门门叶整体采用箱型结构，利用门体内的部分空箱作为水舱，部分空箱作为设备舱，通过内置充排水系统调节舱内充水量，控制闸门对轨道的下压力，减小闸门启闭运行时的摩擦阻力，从而选择合适的启闭容量，初步确定滑块上的总下压力控制在1000kN左右，必要时可进行调整。

详见平面布置图和闸门立视图

4.2摩擦卷筒设计特点

驱动卷筒是根据驱动原理以绞车形式进行驱动的，计算摩擦驱动最重要的是欧拉公式，通常为了获得足够大的驱动力Fx，从欧拉公式中可知有以下几种方法：增大摩擦系数μ、包角α和预紧力Fz。由于增加预紧力要增加整个绳索系统的张力，对绳索不利，因此一般采用增加摩擦系数μ和包角α这两种方法。

驱动卷筒形式很多，目前国内外基本采用的就是以下8种卷筒形式：“普通绞车、普通摩擦绞车、履链盘式驱动卷筒、直接卷绕驱动卷筒、五槽驱动卷筒、套环五槽驱动卷筒、两槽驱动卷筒、卡盘式驱动轮”。其中的“五槽驱动卷筒、套环五槽驱动卷筒、两槽驱动卷筒”在缆索起重机应用的最多，而以“五槽驱动卷筒、两槽驱动卷筒”两种为优，而且可以达到很高的速度，美国EDRER公司的高速缆索起重机，其速度可以达到667m/min，而且牵引索磨损少，缺点是牵引力不能达到很大。本双开弧形工作门800kN卷扬式启闭机与缆索起重机的工作机构类似，不同的是牵引力特别大，但牵引速度又特别低，所以采用“普通绞车、普通摩擦绞车”这两种形式最为合适。“普通绞车”采用钢丝绳固定于两端，结构简单、传动可靠、永不打滑；缺点是钢丝绳太长，总长约为跨度的3倍。卷筒尺寸很大，整个空间布置困难，在本案例中无法实现。综合比较，根据本闸门牵引拉力大、速度很小的结构型式特点，最后选择“普通摩擦绞车”驱动形式。

4.3钢丝绳选型特点

钢丝绳采用了进口Casar-Doublefit直径60mm的镀锌钢丝绳（抗旋转有塑料垫层），其破断拉力为3984kN，其设计安全系数n≈5，满足规范及招标文件要求。缠绕在摩擦卷筒上的钢丝绳通过8套转向滑轮的定位和导向，最后通过转向滑轮与闸门联接，从而完成对平面弧门的启闭操作。

因通过转向滑轮与闸门联接时钢丝绳较长，钢丝绳的垂度必须得控制在一定范围内。设计中我们在钢丝绳上支的启门绳垂直段跨中通过铸铁配重施加2.2吨的载荷以对钢丝绳垂度进行约束，其垂直段垂度控制在5%左右，此时钢丝绳上支的启门绳水平段的初张力为5吨左右，Fz=ql2/8f，其相应水平段的垂度f≈2%，解决了钢丝绳水平段太长而导致松弛的限度问题。同时在弧门外面板边缘安装了3个导向托辊，以防止钢丝绳与弧门的外面板相摩擦。

5.主要安全设施

5.1起重量限制器

本设备起重保护采用两套电子式压力传感器发送信号，传感器分别装设于卷筒两轴承座下方，在操作室内有数字显示屏。当数字显示屏上的显示数字达到额定荷载的95%时自动报警，当起升荷载达到额定起升荷载的110%时，切除电机电源，制动器上闸，对起升机构实施自动保护，并能给出报警、停机信号，以保证设备正常工作并保护设备安全。

5.2限流保护

根据设备使用要求特别设置电流限流保护装置，作为起重保护的后备手段。安装在主电机的三相电流回路中。当起升荷载达到额定起升荷载的115%时，切除电机电源，对启闭机构实施自动保护，并能给出报警信号，以保证设备安全。

5.3行程限位

1）行程限制器由机械传动装置、行程开关及电气控制设备组成。

2）牵引机构装设一套行程限制器。当弧形闸门达到极限位置时，切除电机电源、制动器上闸，对牵引机构实施保护，并同时给出报警、停机信号。

6.结语

该非标类固卷启闭机设备在国内应用还比较少见，特别在平面有轨弧形双开闸门应用中单根钢丝绳单绳拉力800kN的目前是国内最大的。设备投运至今运行稳定，对于作为南水北调中线水源区工程之一引江济汉的引水干渠起到了很好的保护作用。我们在设计中对此类设备的认识和看法可能还有不足之处，愿同其他同行讨论和商榷。