水文纜道設計中平衡錘選取的利弊分析

陳 均

（甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅成縣742500）

水文纜道設計中平衡錘選取的利弊分析

陳 均

（甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅成縣742500）

水文纜道是開展水文測驗最重要的測驗設施，是水文站進行流量和輸沙率測驗的基本裝備。在水文纜道設計和建設過程中，平衡錘的配重是否合理，又是架設水文纜道的關鍵。本文就水文纜道設計中使用平衡錘的利與弊、選取平衡錘的要點進行分析，以期使架設的水文纜道更加合理、安全、可靠，為更好地開展水文測驗工作提供優良的設備支持。

平衡錘；水文纜道；利弊分析

1 水文纜道的發展

水文纜道是水文測站進行流量、泥沙測驗作業最常用的一種測驗設施，它不但能夠節省人力、保障安全，而且具有提高測洪能力和保證測驗精度等許多優點，現在已成為各水文測站收集水文資料的一種最基本的測驗技術裝備。據調查，目前全國3100余處水文測站中，有60～70%的站采用水文纜道進行河道流量、泥沙測驗，因此，水文纜道在中小河流過河設備中占主導地位。

水文纜道測流法是我國在五十年代初獨創的一種測驗方法，它經歷了從人工操作、機動到自動化的發展過程。時至今日，已走過了五六十年的發展歷程。特別是近二十年水文纜道自動測流系統的研制發展和推廣使用，使水文纜道得到了更大的發展，測驗效果顯著。

2 平衡錘在水文纜道中的作用

平衡錘在水文纜道中使用十分普遍，它可以降低鉛魚的勢能、減輕絞車驅動負荷，它有結構簡單、安裝方便、便于維護等很多優點。它的裝配合理與否直接關系到水文纜道的測洪能力、測驗精度以及水文纜道在使用過程中的安全。

2.1 平衡錘的形式

水文纜道按照懸吊鉛魚方式的不同一般分為開口式水文纜道和閉口式水文纜道，但無論對哪種水文纜道布設形式而言平衡錘的安裝方式有著共同性，其作用都是為了減輕絞車驅動負荷。平衡錘的安裝形式一般分為固定式和可拆裝式兩種。固定式平衡錘就是平衡錘的重量是固定不變的，無論安裝位置和游輪的游走形式它都是依據鉛魚大小、斷面流速來計算確定的；而可拆裝式平衡錘的重量則可以通過改變配重塊的多少來調節。

2.2 平衡錘工作原理

水文纜道中平衡錘一般安裝在水文纜道循環系統動滑輪和起重系統（或者起重動滑輪）之間，如圖1所示。從圖中可以看出，循環系統中的動滑輪為單游輪方式，要在起重部分用很小的拉力就能驅動鉛魚完成動作，就必須使鉛魚和平衡錘之間的重量基本達到平衡狀態，即平衡錘的配重重量為鉛魚重量的2倍（暫時忽略動滑輪和鋼絲繩的重量以及摩擦力的影響），水文纜道中平衡錘的使用原理基本上都是這種形式。

圖1 開口式水文纜道示意圖

3 平衡錘在水文纜道測驗中的利與弊

在水文纜道系統設計中，平衡錘的存在與否也一直有著不同的觀點，常常成為水文纜道設計部門討論的焦點。平衡錘在水文纜道使用中既有利也有弊，它可以減輕絞車驅動的負荷、降低操作人員的勞動強度，但弊端是改變了原有水文纜道各受力點的受力狀態，使懸吊的鉛魚入水時重力發生了變化，因此改變了水文纜道原有的工作狀態，相應地水文纜道的測洪能力、水文絞車的驅動能力也都發生了變化。

3.1 對絞車驅動部分的作用

水文絞車都有固定的驅動功率，它的選用一般是根據水文纜道的跨度、懸吊鉛魚的重量、斷面最大流速等因素來確定。由于平衡錘的介入改變了水文絞車升降驅動部分的受力狀態，只需在絞車起重部分施加很小的驅動力就可使鉛魚動作，這樣大大降低了絞車的牽引力，在使用手搖絞車進行測驗工作的水文站有明顯的優勢，不但大大降低了測站的勞動強度，提高了生產效率，而且絞車等測驗設施的使用壽命也相應地提高了。

3.2 對鉛魚測洪能力的影響

水文纜道中設計平衡錘系統，其目的是減輕鉛魚起重時的拉力，特別是使用手搖絞車測驗或者經常停電、電動纜道無法運行的水文站，用人工搖動纜道時省力效果就更加明顯。隨著各水文站電動纜道的普遍使用和水文測驗方法的不斷發展，運用平衡錘的不足之處也日益突出。在平衡錘安裝與鉛魚重量完全平衡時（即圖1中平衡錘的重量為鉛魚的2倍時），只要在鉛魚上附加很小的力，鉛魚與平衡錘的平衡狀態就會發生變化，也就是說在每次鉛魚入水時，水的浮力和水的流速都會改變鉛魚的重力，引起纜道平衡的重新調整，這不但破壞了鉛魚的平穩行進，嚴重時甚至會影響到水文纜道的使用安全。如果是選用固定重量的平衡錘，在不同流速的情況下會造成鉛魚定位不準確，在一定高流速條件下，會造成鉛魚入水困難，這就降低了水文纜道的測洪能力和測驗精度。如果是選用可拆卸式的平衡錘，雖然可以通過加減配重塊來調節平衡錘的重量，減小水的沖力對鉛魚的影響，保證鉛魚入水穩定、定位準確，但由于一般山溪性河流洪水漲落頻繁、洪水歷時較短，加之配重塊的重量一般又較大，頻繁地進行裝換，不但增加了測站工作人員的勞動強度，操作起來也十分不便。

3.3 對其他測驗設施的影響

水文纜道中各定滑輪基本都安裝在鋼支架或者支柱上，由于平衡錘的加入，各定滑輪和滑輪組受力情況也會隨之發生變化，無形中會加大鋼支架及各繩索的負荷。如果水文纜道建設完成后再考慮加裝平衡錘，就會對水文纜道的運行安全造成一定的隱患。

4 水文纜道設計中選用平衡錘的注意要點

在不同的水文測站我們考慮使用不同的設計方案。

（1）在纜道跨度較大、水面流速較大、水位變幅較大的山溪性河流的水文測站，只需全面考慮水文纜道的跨度、懸吊鉛魚的重量、斷面最大流速等相關參數，根據設計方案計算確定水文絞車的驅動功率，完全可以考慮在建設水文纜道時不安裝平衡錘裝置，根據計算適當增加絞車的驅動功率，能保證絞車有充足動力驅動鉛魚即可。這樣既能滿足纜道測驗的要求，也可使鉛魚的定位更準確、水位流速的大小對鉛魚的入水影響也較小。

（2）在纜道跨度、水面流速、水位變幅都較小的水文測站，或者是使用手搖纜道進行測驗的水文測站，在兼顧鉛魚起重力和高流速測流的前提下，加裝平衡錘應雙邊照顧，適量加重平衡錘即可。這樣可以使鉛魚入水時受到水的沖力、浮力較小，鉛魚定位更加準確而穩定，入水狀態更佳，測洪能力和測驗精度也相應提高。

（3）使用手搖絞車的測站，可安裝齒輪變比合理的手搖絞車或是增設變速箱，以達到省力的目的。若是安裝變速箱不便或者增加有困難時，也可選擇在纜道升降系統一側適當的位置加裝動滑輪或者動滑輪組以減輕驅動負荷，這樣也能達到相同的效果。

（4）在纜道設計之初就要考慮的平衡錘的配重問題，提前計劃好平衡錘安裝位置及安裝方案，不能在纜道建設完成使用當中再加裝平衡錘裝置，以免增加鋼支架及主索、循環索、導向滑輪的負荷，造成安全隱患。

綜上所述，我們在水文纜道設計當中應當充分考慮這些因素，合理選用平衡錘，促進水文纜道設計更規范、經濟、安全，從而提高水文纜道的測洪能力，為收集準確、可靠的水文基本信息提供優良的設備支撐。

［1］SL443-2009.水文纜道測驗規范［S］.

［2］SL/T 151-95.水文絞車［S］.

P 335.2

：B

：1672-2469（2015）09-0040-02

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.013

陳 均（1975年—），男，工程師。