某水利樞紐工程固定卷揚啟閉機設計制造要點

蘇棟(華電鄭州機械設計研究院有限公司,河南鄭州 450000)

某水利樞紐工程固定卷揚啟閉機設計制造要點

蘇棟(華電鄭州機械設計研究院有限公司,河南鄭州 450000)

我國水利工程建設不斷增多的同時,在施工中對于水利工程技術的要求也越來越高。一般來說,水利水電工程所用啟閉機主要由固定卷揚式啟閉機、液壓啟閉機以及移動式啟閉機等。本文中,就固定卷揚啟閉機在其設計時一些主要部件的設計思路作了簡要的介紹,并分析了固定卷揚啟閉機在設計制造過程中的控制要點。此外,對啟閉機主要部件在選型方面進行舉例說明。

水利樞紐工程 啟閉機 設計 制造

在我國的水利水電工程中,固定卷揚卷揚啟閉機的使用是很普遍的。啟閉機在水利水電工程中用于控制各類大、中型鑄鐵閘門及鋼制閘門的升降達到開啟與關閉的目的。本文中將會對固定卷揚啟閉機進行詳細的介紹,并且通過對固定卷揚啟閉機具體部件設計思想的闡述,來突出分析固定卷揚啟閉機在設計與制造方面的注意事項。

1 固定卷揚啟閉機設計

通過某水利水電工程的實地探查,固定卷揚啟閉機裝設于某船閘工程上下閘首高程的排架上。用于上下閘首檢修閘門和輸水廊道上閘首上下游檢修閥門的啟閉和吊運進行安裝。該固定卷揚啟閉機以電動機為動力,電動機通過制動輪聯軸器與減速機的高速軸連接,減速器的低速軸裝有開式齒輪與卷筒連接,帶動卷筒轉動。起吊用的鋼絲繩穿過動滑輪、定滑輪和平衡滑輪,兩頭通過壓板固定在卷筒左右螺旋繩槽端部,動滑輪組與吊梁相連接。

1.1 啟閉機的主要結構設計

本機主要由起升機構、機架、吊具、控制系統等組成,起升機構雙吊點式,采用交流變頻調速、電器同步傳動,卷筒裝置雙聯設計,鋼絲繩在卷筒上纏繞3層,卷筒設計為折線式繩槽,使鋼絲繩在卷筒平穩過渡,纏繞均勻,根除亂繩現像,每個卷筒經開式齒輪、制動器、減速機由變頻電機控制,卷筒軸端還應裝高度傳感器,一般制動裝置還應設計兩套,一套為工作制動器、一套為安全制動器,電機一般還應加裝測速裝置和繞組溫度傳感器,以實現電機繞組過熱保護和補償電機參數的變化。機架是啟閉機承載負荷的主要剛性支架,其設計應當具備相當的強度剛度及穩定性,一般采用箱型及工字斷面的焊接板梁組成的框架結構,對關鍵受力點如卷筒、制動器、減速機、電機支架部分做好必要的筋板加強設計,還要有限元軟件對其受力情況進行校核,確保啟閉機在工作狀態下穩定無振動。

1.2 啟閉機控制系統

固定卷揚啟閉機控制系統是其重要的組成部分,在啟閉室內有三個屏,分別為控制屏、接觸屏以及啟動電阻屏。在啟閉機的控制屏上有顯示器,顯示器可以提供卷揚啟閉機的詳細運行數據。例如閘門開度顯示儀的設計、信號燈、繼電器、控制開關、按鈕等;在接觸器的屏上布置有主回路設備,如電流電壓表、斷路器、電流互感器、熱繼電器等;而在起動電阻屏內則安裝有起動電阻。閘門在運行時會分別經過上限、檢修以及下限位置,在經過這三個位置時,閘門會自動停止。閘門在進行上升或者下降運動時,要保證相應接觸器的接通,經過延時后再對相應接觸器進行依次接通,以保證閘門上升或者下降的穩定性。此外,要通過閘門啟閉電機對閘門的位置進行控制,以保證閘門運行可靠性的提高。當設計為電氣系統控制實現起升機構雙吊點同步時,其實施措施為:將兩吊點的其中一臺變頻電機設為主電機,另一臺變頻電機為從動電機,通過變頻器及PLC間數據傳輸實現兩臺點擊運行速度及輸出力矩的調整,實現兩電機的輸出轉速一致,同時起升機構增加一套高度指示器裝置,在PLC顯示屏上直觀顯示兩吊點的垂直差,更便于兩吊點高度的調整,從而保證兩吊點的同步。

表1

1.3 啟閉機保護裝置

如果卷揚啟閉機超負荷運行,輕則造成啟閉機的損害,重則會使得整個啟閉機停止運行。因此,要對啟閉機的壓力狀況進行密切的監視,防止啟閉機在壓力過大時的超負荷運行,可以通過在啟閉機卷筒的軸承座下安裝一個壓力傳感器來實現監測工作。安裝傳感器后,在啟閉機運行時,如果啟閉機的壓力達到額定壓力的百分之九十,傳感器就會發生警報,如果啟閉機壓力超過了額定荷載10%,啟閉機就會自動停止工作。這一方法可以有效地保護啟閉機,使其能夠健康的使用。

2 小議固定卷揚啟閉機的設計制造體會

固定卷揚式啟閉機起重機應按照圖紙和合同約定的技術文件進行制造、安裝,并應滿足DL/T5019-94《水利水電工程啟閉機制造、安裝及驗收規范》、SL36-92《水工金屬結構焊接通用技術條件》中技術條件的規定。

卷筒組為固定啟閉機的重要構成部件。在制造卷筒組的過程,不僅要保證裝配時卷筒和大齒輪的結合面光滑平整且無毛絲毛刺,還要對大齒輪的齒圈徑向跳動公差,以及公法線長度的公差進行控制,這一控制在總裝配中起著舉足輕重的作用。因此,對齒輪進行加工時,還應該對齒輪輪齒的精度進行控制,以避免齒輪的輪齒出現等級不佳等問題,從而對齒輪的咬合精度造成影響。

卷筒軸承座以及其它一些軸承座在定位時一般都是采用定位銷,這一種定位方式是較為準確并且可靠的。但是,如果卷筒上的大齒輪軸承座與小齒輪軸承座一樣,都是采用定位銷進行定位,那么在對開式齒輪副中心距和齒輪的頂隙咬合進行調整時便會很不方便。如果調整不夠精確,運行時會因為齒輪咬合不好而導致其轉動不平穩或者運行不良的現象,而齒輪只有在裝配時對其進行反復的調整才能達到預期的效果。因此,在進行設計時,可以使一堆開式齒輪軸承座中的大齒輪軸承座使用定位銷進行定位,而小齒輪軸承座則等到整個軸承座的中心距和齒輪咬合調整結束后,再使用定位塊將軸承座頂緊在其后的焊接機架上。這樣的定位方法既可以滿足軸承座對定位的要求,又可以使得齒輪的裝配調整更加方便。

三級減速機具有圓柱形雙出軸的高速軸,一端用于安裝制動輪,另一端則與電機通過傳動軸進行連接。因為制動輪內孔的原因,制動過程中在對制動輪內孔與外圓同心度的高度要求的同時,也給裝配過程對徑向跳動的調整帶來了影響。因此,如果將減速機裝置的制動輪一端設計成錐形軸,內孔則設計成錐形孔。這樣,在對制動輪的徑向跳動進行調整時,可以直接刮動制動輪的內孔,方便且又快捷。

3 設備選型

以某水利樞紐施工時的具體資料為例,進行設備的選型計算,對啟閉機進行研究。

3.1 主要參數

啟閉機和閘門自重G=550．0kN;有效擋風面積(啟閉機)Fj=10．1m2;擋風面積(閘門)Fd=16．2m2;設計風壓力g=0．040kN/m2:支承輪直徑D=50cm;滾動軸承內徑d=12cm。

3.2 主要設備選型

在根據以上基本資料對各類參數進行計算,通過計算以后,我們可以得出以下數據如表1:

通過上表中的計算數據,依次對主要驅動設備進行選型。

減速器選型,設其工況系數、可靠度系數以及啟動系數分別為Ka、Kr和Ks,則可以得到以下算式,Plc=Ne*Ks*Kr*Ka＜Pn,代入數據,即可得Plc=4．0*l*l*l．56=6．24 kW＜Pn。因此,可選減速器功率為9．0KW,型號為ZSY180-80-I。制動器選型,由上表可知,電動機出力軸的額定扭矩為4．262kgf．m,因此可以選擇液壓推桿制動器,其型號可為YDWW200/25。聯軸器選型,由上表可知額定扭矩為4．262kgf．m,查找制動器許用最大扭矩可知,在此項目中,可以使用型號為YB-109-63的帶制動器聯軸器,使用XB105型號的聯軸器連接輪軸齒輪。

4 結論與建議

啟閉機是水利工程建設中重要的機電設備。它是否能可靠的運行,對水閘的運行安全起著直接的影響作用。隨著我國水利事業的不斷發展,對各種類型啟閉機的要求也越來越高。在施工工程中,設計人員應該做好此類機電設備的設計及制造,以便在投入使用以后能安全可靠運行。

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[3]周鵬,李季川.水布埡水電站高揚程、大容量啟閉機設計[J].人民長江,2012(7).

[4]梁姝穎,馮志先.南水北調中線天津段慢速卷揚式閘門啟閉機設計[J].黃河水利職業技術學院學報,2010(1).

作者簡歷:蘇棟(1979—),男,河南滎陽人,本科,畢業于吉林大學,機械工程及自動化專業,主要從事電站起重設備的設計研發及制造。