黃河大河家水電站工程

趙中營

摘 要：本文介紹了黃河大河家水電站工程壩頂2×2000/630kN雙向門機主要機構的設計特點。為節約布置空間，對主、副兩套起升機構共用一個小車進行了多個方案的比較分析。兩套起升機構順水流方向依次布置，副起升機構定滑輪組相對其卷筒中心位于下游，主起升機構定滑輪組相對其卷筒位于上游方案具有占用空間小，小車架受力均衡合理，整體造價較低等特點，可為今后水利工程同類門機的設計提供有益借鑒。

關鍵詞：黃河大河家；雙向門機；起升機構；變頻調速；定位系統

中圖分類號：TV72 文獻標識碼：A

1 門機主要組成及技術參數

2×2000/630kN壩頂雙向門機主要由主小車、門架、大車運行機構、大車定位系統、夾軌器、電纜卷筒、司機室和電氣設備等組成。附屬設備有液壓自動抓梁、軌道及附件等（如圖1所示），其主要技術參數見表1。

2 門機主要機構設計

2.1 主、副起升機構設計

小車布置主、副兩套起升機構。主起升機構為雙吊點，啟閉容量2×2000kN，采用分別驅動方式，每臺電動機驅動一套起升機構，兩套起升機構通過中間軸剛性連接，確保雙吊點機械剛性同步。副起升機構為單吊點，啟閉容量630kN，采用單臺電機集中驅動。

小車主、副起升機構均采用封閉傳動，電動機通過聯軸器與減速器的高速軸聯接，減速器的低速軸直接通過卷筒聯軸器與卷筒聯接。由于在傳動機構的末端取消開式齒輪，電動機中心與卷筒中心的間距較小，僅等于減速器的中心距，使相對于卷筒中心的電動機側無法布置定滑輪組及平衡滑輪組，既定滑輪組與電動機相向布置。

2.2 大車運行機構設計

根據額定啟門力2×2000kN對門機進行各種工況的輪壓計算，大車車輪數量為16、車輪直徑710mm時，可滿足車輪對軌道及其基礎混凝土的許用承壓應力。

大車運行機構由支承座、平衡梁、臺車裝配、行程限位開關、緩沖器裝置和清軌板裝置等組成。支承座上座板通過螺栓與門架下橫梁連接，下部通過其鉸軸與平衡梁相連接。平衡梁上部與支承座連接，下部2個鉸心則分別與2個臺車裝配連接。臺車裝配由主動車輪裝配、從動車輪裝配和臺車架等組成。該種布置形式受力明確，結構簡單。

2.3 門架

門架為焊接箱型梁結構，由主框架、側框架和上框架組成。主梁按簡支梁進行設計，支腿按框架結構進行設計。主梁與端梁之間、支腿與上橫梁、中橫梁之間通過高強螺栓連接；支腿和下橫梁之間采用普通螺栓和抗剪塊連接；主梁與支腿則通過焊縫連接。主梁和門腿在門機順大車軌道方向構成主框架，在門機垂直于大車軌道方向由支腿、端梁和上/中/下橫梁構成側框架。由于該門機為雙吊點門機，吊點距達7.9m，該門機的輪距較軌距（9m）相對較大，達13.75m。為避免門機因輪距大，起吊邊孔閘門困難，門腿為Π型而非常規八型。該種門型適合于輪距較軌距大的門機。

3 主要技術特點

3.1 小車主、副起升機構布置特點

小車布置一套起升機構，相對較為簡單。如果在小車上布置主、副兩套起升機構，則布置起來要復雜得多，需要進行方案必選，以確定最優方案。

該門機主起升機構為雙吊點，吊點距7.9m。副起升機構為單吊點。主、副起升機構均采用定滑輪中心和電動機中心相對于各自卷筒中心相向布置方案。共進行了4種方案的比選：

（1）方案一：主起升機構位于下游側，副起升機構位于上游側。主起升機構電動機中心位于其卷筒的下游側，定滑輪中心位于其卷筒的上游側。副起升機構電動機中心位于其卷筒的上游側，定滑輪中心位于其卷筒的下游側。

（2）方案二：主起升機構位于上游側，副起升機構位于下游側。主起升機構電動機中心位于其卷筒的下游側，定滑輪中心位于其卷筒的上游側。副起升機構電動機中心位于其卷筒的上游側，定滑輪中心位于其卷筒的下游側。

（3）方案三：主起升機構位于上游側，副起升機構位于下游側。主起升機構電動機中心位于其卷筒的下游側，定滑輪中心位于其卷筒的上游側。副起升機構電動機中心位于其卷筒的下游側，定滑輪中心位于其卷筒的上游側。

（4）方案四：主、副起升機構在垂直于水流方向一字排列，并排布置。主、副起升機構電動機中心均位于各自其卷筒的上游側，其定滑輪中心則相向布置，均位于各自卷筒的下游側。

方案二與方案三，起升機構在上、下游方向占用空間大，小車架受力偏向一側，小車架及小車運行機構工程量均有所增加，同時也導致當小車位于門機上、下游極限位置時，門架兩側懸臂段加長，增加了門架的工程量。

方案四布置的優點是小車順水流方向尺寸小，缺點是垂直水流方向尺寸大，小車軌距、門機輪距加大，門架重量增加明顯，同時導致當門機運行至大車軌道兩端時，難以啟吊邊孔閘門。

方案一克服了方案二、三、四的缺點，占用空間較小，小車架受力均衡合理。經比較分析，選定方案一。詳圖設計時，又對主、副起升機構布置進行了進一步的優化。利用主起升機構雙吊點中心距大的特點，將副起升機構定滑輪中心放在主起升機構定滑輪中心與其卷筒中心之間，即主起升機構定滑輪中心較副起升機構定滑輪中心偏向上游0.6m。同時考慮主、副起升機構卷筒軸承座支承梁及小車架吊物孔等的設置情況，將副起升機構吊點中心向左側偏移0.4m。

3.2 變頻調速

門機主起升機構、副起升機構、大車運行機構及小車運行機構均采用變頻調速技術。主、副起升機構起升速度均為0.2～2.0m/min，變頻范圍5～50Hz。大車運行速度為2～20.0m/min，變頻范圍5～50Hz。小車運行速度為0.6～2.0m/min，變頻范圍15～50Hz。

3.3 大車運行定位系統

大車行走距離約67m，所操作的閘門較多，為減輕工作人員的勞動強度，提高自動化管理水平，在大車運行機構裝設一套門機行走位置測量與顯示系統。測量元件為絕對值編碼器，安裝于車輪軸上，通過測量車輪的轉速并輸出信號，顯示和控制大車的位置。同時在操作系統中設定各閘門的位置，或預置大車運行距離，門機到達設置地點時自動停機。該裝置還可在斷電情況下跟蹤門機位置。

為防止車輪打滑等原因造成定位不準，絕對型編碼器須安裝在從動輪軸上。

結語

大河家水電站工程進水口壩頂2x2000/630kN雙向門機已于2013年12 月25日通過了出廠驗收，各項數據均滿足規范要求。目前正在工地安裝，該門機主、副起升機構所采用的布置形式在平面上較為緊湊，同時避免了各自吊具的相互干涉，節省了工程造價，為今后水利工程同類門機的設計可提供有益借鑒。

參考文獻

[1]司健偉.三峽地下電站進水塔壩頂雙向門機的設計特點[J].華電技術，2010，32（02）： 22-25.

[2]司健偉.進水塔門機650/100kN回轉吊起升方案的改進[J].華電技術，2009， 31（12）： 29-31.