水文缆道设计中平衡锤选取的利弊分析

陈 均

（甘肃省陇南水文水资源勘测局，甘肃成县742500）

水文缆道设计中平衡锤选取的利弊分析

陈 均

（甘肃省陇南水文水资源勘测局，甘肃成县742500）

水文缆道是开展水文测验最重要的测验设施，是水文站进行流量和输沙率测验的基本装备。在水文缆道设计和建设过程中，平衡锤的配重是否合理，又是架设水文缆道的关键。本文就水文缆道设计中使用平衡锤的利与弊、选取平衡锤的要点进行分析，以期使架设的水文缆道更加合理、安全、可靠，为更好地开展水文测验工作提供优良的设备支持。

平衡锤；水文缆道；利弊分析

1 水文缆道的发展

水文缆道是水文测站进行流量、泥沙测验作业最常用的一种测验设施，它不但能够节省人力、保障安全，而且具有提高测洪能力和保证测验精度等许多优点，现在已成为各水文测站收集水文资料的一种最基本的测验技术装备。据调查，目前全国3100余处水文测站中，有60～70%的站采用水文缆道进行河道流量、泥沙测验，因此，水文缆道在中小河流过河设备中占主导地位。

水文缆道测流法是我国在五十年代初独创的一种测验方法，它经历了从人工操作、机动到自动化的发展过程。时至今日，已走过了五六十年的发展历程。特别是近二十年水文缆道自动测流系统的研制发展和推广使用，使水文缆道得到了更大的发展，测验效果显著。

2 平衡锤在水文缆道中的作用

平衡锤在水文缆道中使用十分普遍，它可以降低铅鱼的势能、减轻绞车驱动负荷，它有结构简单、安装方便、便于维护等很多优点。它的装配合理与否直接关系到水文缆道的测洪能力、测验精度以及水文缆道在使用过程中的安全。

2.1 平衡锤的形式

水文缆道按照悬吊铅鱼方式的不同一般分为开口式水文缆道和闭口式水文缆道，但无论对哪种水文缆道布设形式而言平衡锤的安装方式有着共同性，其作用都是为了减轻绞车驱动负荷。平衡锤的安装形式一般分为固定式和可拆装式两种。固定式平衡锤就是平衡锤的重量是固定不变的，无论安装位置和游轮的游走形式它都是依据铅鱼大小、断面流速来计算确定的；而可拆装式平衡锤的重量则可以通过改变配重块的多少来调节。

2.2 平衡锤工作原理

水文缆道中平衡锤一般安装在水文缆道循环系统动滑轮和起重系统（或者起重动滑轮）之间，如图1所示。从图中可以看出，循环系统中的动滑轮为单游轮方式，要在起重部分用很小的拉力就能驱动铅鱼完成动作，就必须使铅鱼和平衡锤之间的重量基本达到平衡状态，即平衡锤的配重重量为铅鱼重量的2倍（暂时忽略动滑轮和钢丝绳的重量以及摩擦力的影响），水文缆道中平衡锤的使用原理基本上都是这种形式。

图1 开口式水文缆道示意图

3 平衡锤在水文缆道测验中的利与弊

在水文缆道系统设计中，平衡锤的存在与否也一直有着不同的观点，常常成为水文缆道设计部门讨论的焦点。平衡锤在水文缆道使用中既有利也有弊，它可以减轻绞车驱动的负荷、降低操作人员的劳动强度，但弊端是改变了原有水文缆道各受力点的受力状态，使悬吊的铅鱼入水时重力发生了变化，因此改变了水文缆道原有的工作状态，相应地水文缆道的测洪能力、水文绞车的驱动能力也都发生了变化。

3.1 对绞车驱动部分的作用

水文绞车都有固定的驱动功率，它的选用一般是根据水文缆道的跨度、悬吊铅鱼的重量、断面最大流速等因素来确定。由于平衡锤的介入改变了水文绞车升降驱动部分的受力状态，只需在绞车起重部分施加很小的驱动力就可使铅鱼动作，这样大大降低了绞车的牵引力，在使用手摇绞车进行测验工作的水文站有明显的优势，不但大大降低了测站的劳动强度，提高了生产效率，而且绞车等测验设施的使用寿命也相应地提高了。

3.2 对铅鱼测洪能力的影响

水文缆道中设计平衡锤系统，其目的是减轻铅鱼起重时的拉力，特别是使用手摇绞车测验或者经常停电、电动缆道无法运行的水文站，用人工摇动缆道时省力效果就更加明显。随着各水文站电动缆道的普遍使用和水文测验方法的不断发展，运用平衡锤的不足之处也日益突出。在平衡锤安装与铅鱼重量完全平衡时（即图1中平衡锤的重量为铅鱼的2倍时），只要在铅鱼上附加很小的力，铅鱼与平衡锤的平衡状态就会发生变化，也就是说在每次铅鱼入水时，水的浮力和水的流速都会改变铅鱼的重力，引起缆道平衡的重新调整，这不但破坏了铅鱼的平稳行进，严重时甚至会影响到水文缆道的使用安全。如果是选用固定重量的平衡锤，在不同流速的情况下会造成铅鱼定位不准确，在一定高流速条件下，会造成铅鱼入水困难，这就降低了水文缆道的测洪能力和测验精度。如果是选用可拆卸式的平衡锤，虽然可以通过加减配重块来调节平衡锤的重量，减小水的冲力对铅鱼的影响，保证铅鱼入水稳定、定位准确，但由于一般山溪性河流洪水涨落频繁、洪水历时较短，加之配重块的重量一般又较大，频繁地进行装换，不但增加了测站工作人员的劳动强度，操作起来也十分不便。

3.3 对其他测验设施的影响

水文缆道中各定滑轮基本都安装在钢支架或者支柱上，由于平衡锤的加入，各定滑轮和滑轮组受力情况也会随之发生变化，无形中会加大钢支架及各绳索的负荷。如果水文缆道建设完成后再考虑加装平衡锤，就会对水文缆道的运行安全造成一定的隐患。

4 水文缆道设计中选用平衡锤的注意要点

在不同的水文测站我们考虑使用不同的设计方案。

（1）在缆道跨度较大、水面流速较大、水位变幅较大的山溪性河流的水文测站，只需全面考虑水文缆道的跨度、悬吊铅鱼的重量、断面最大流速等相关参数，根据设计方案计算确定水文绞车的驱动功率，完全可以考虑在建设水文缆道时不安装平衡锤装置，根据计算适当增加绞车的驱动功率，能保证绞车有充足动力驱动铅鱼即可。这样既能满足缆道测验的要求，也可使铅鱼的定位更准确、水位流速的大小对铅鱼的入水影响也较小。

（2）在缆道跨度、水面流速、水位变幅都较小的水文测站，或者是使用手摇缆道进行测验的水文测站，在兼顾铅鱼起重力和高流速测流的前提下，加装平衡锤应双边照顾，适量加重平衡锤即可。这样可以使铅鱼入水时受到水的冲力、浮力较小，铅鱼定位更加准确而稳定，入水状态更佳，测洪能力和测验精度也相应提高。

（3）使用手摇绞车的测站，可安装齿轮变比合理的手摇绞车或是增设变速箱，以达到省力的目的。若是安装变速箱不便或者增加有困难时，也可选择在缆道升降系统一侧适当的位置加装动滑轮或者动滑轮组以减轻驱动负荷，这样也能达到相同的效果。

（4）在缆道设计之初就要考虑的平衡锤的配重问题，提前计划好平衡锤安装位置及安装方案，不能在缆道建设完成使用当中再加装平衡锤装置，以免增加钢支架及主索、循环索、导向滑轮的负荷，造成安全隐患。

综上所述，我们在水文缆道设计当中应当充分考虑这些因素，合理选用平衡锤，促进水文缆道设计更规范、经济、安全，从而提高水文缆道的测洪能力，为收集准确、可靠的水文基本信息提供优良的设备支撑。

［1］SL443-2009.水文缆道测验规范［S］.

［2］SL/T 151-95.水文绞车［S］.

P 335.2

：B

：1672-2469（2015）09-0040-02

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

陈 均（1975年—），男，工程师。