固定卷扬启闭机设计方案研究

□杨 立 □毛明令 □李 鹏

（1 黄河勘测规划设计有限公司；2 河南省水利水电工程建设质量监测监督站）

1 概述

河南河口村水库坝址位于黄河一级支流峡谷段出口五龙口以上9.00km 的济源市境内，是一座以防洪为主，结合灌溉、供水、发电、改善河道基流等综合利用的大（2）型水利枢纽。主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、泄洪洞、溢洪道及引水发电洞等。其中泄洪洞有两条，分别为1#泄洪洞和2#泄洪洞。2×2500kN固定卷扬启闭机装设在2#泄洪洞291.00m 高程的机房内，用于启闭2#泄洪洞事故检修闸门，闸门运行条件为动闭静启。

2 启闭机的主要技术参数及主要技术条件

根据河口村水库启闭设备采购技术文件，启闭机的主要技术参数和主要技术条件如下：启闭机为双吊点启闭机，吊点距为4.80m，启闭容量为2×2500kN，启闭扬程为68.00m。启闭机采用两吊点独立驱动的布置方式，两吊点的电机通过刚性中间轴联接，确保双吊点同步运行。起升机构采用全封闭齿轮传动，传动链末端不使用开式齿轮，也不使用将多台减速器串联布置方式。

3 启闭机方案的选择比较

通过上述技术参数和技术条件得知，河口村水库2×2500kN固定卷扬机无疑属于大容量、高扬程、双吊点启闭机。大容量、高扬程启闭机的设计方案直接关系到整机的性能、布置条件和技术经济指标。

目前，国内大容量起重机起升机构布置方式有多种，但综合起来可分为两大类，即单卷筒方案和多卷筒方案。一般起重量≤3000kN 时，常采用单卷筒方案，>3000kN 时，多采用双卷筒或四卷筒方案，以减小卷筒的尺寸和重量。河口村水库工程的2 ×2500kN 启闭机单吊点最大起重量<3000kN，故单个吊点起升机构采用单卷筒布置方案。

单卷筒起升机构的布置方案也有多种，目前常见的、应用最广泛的是卷筒端带有一级开始齿轮的开式传动方案一，见图1。其主要优点是减速机的尺寸小，结构紧凑，选用标准减速机即可满足传动要求，视觉效果美观，便于布置机架梁系，四角受力相对均衡，是一种经济、实用的布置方案，一般用在低速、重载和使用不频繁的机构中。缺点是开式齿轮工作条件较差，齿轮润滑条件不好，易磨损，维护工作量较大，环境易受污染。此方案因带有开式齿轮，并不适合河口村水库工程的卷扬启闭机必须采用闭式齿轮传动的要求。

方案二是将上述方案一中的开式齿轮与减速机合二为一，组成一台大型减速机，卷筒直接支承在减速机的低速轴上的闭式传动方案，见图2。该方案克服了方案一存在的缺点，但减速机的中心距明显加大（有时几乎加大一倍），除一些中、小型门机可选到标准减速机外，通常会大到无成品可选，必须进行开发和研制，给设计、制造和安装增加一定困难，检修起来也不甚方便，造价十分昂贵。

图2 单卷筒闭式传动方案图

上述方案各有长短，虽都可行，但都存在这样那样的不足，不能令人满意。为了能找到更为理想的方案，技术人员又对上述方案进行了仔细研究，通过改变传统的设计思路，最终得到了一种新方案，即电机背置的闭式传动方案三，见图3。

图3 电机背置的闭式传动方案图

该方案的突出特点是电动机被置于卷筒的背侧，故称其为电机背置的闭式传动。传统布置方案中，电动机通常布置在卷筒的前侧（卷筒出绳一侧），即电动机和滑轮组都在卷筒的同一侧。而在电机背置的闭式传动方案中，电动机和定滑轮组相对于卷筒基本对称。此方案克服了上述两种方案存在的各种不足，既能选到标准减速机，又便于安装机械同步轴；既可单吊点使用，又可组合为双吊点起升机构。且吊点距可以做得很小，同时，结构布置也比较紧凑，下部的梁系布置较方便，平面视觉效果也较好。故河口村水库工程所有的卷扬启闭机均采用了电机背置的闭式传动，与河口村水库启闭设备采购技术文件相符。

电机背置的闭式传动方案突出优点是大幅度减小了减速机的尺寸。以2 ×2500kN 卷扬启闭机为例，按照电机背置的闭式传动布置方案，2 ×2500kN 起升机构减速机的总中心距长度只需1700mm。如按照方案二，在主要参数基本相同的情况下，起升机构减速机的总中心距最小需要3300mm。两者相比可以看出，采用电机背置式起升机构时，减速机的总中心距减小幅度达到了50%左右，其结果相当可观。

目前，国内浙江东力公司生产的系列硬齿面减速机的最大中心距为1785mm，最大输出扭矩872000N·m。可满足电机背置式起升机构对减速机的选择需求。

与采用单台超大型减速机的起升机构相比，方案三的减速机投资可节约50%左右。河口村水库工程的1 台2 ×2500kN 固定卷扬机共选用浙江东力公司生产的DLH4SH26 硬齿面减速机2 台。两者相比，其效益非常明显。

4 设计中的关键技术

4.1 高扬程钢丝绳缠绕技术

启闭机扬程为68.00m，钢丝绳长度达960.00m，属高扬程范畴。钢丝绳在卷筒上只缠绕1 层时卷筒直径和长度将非常大，甚至超过门槽的宽度致使钢丝绳与门槽摩擦损坏。而钢丝绳在卷筒上多层缠绕时须确保钢丝绳由底层向上层平稳过渡，且钢丝绳每层排列整齐，无相互挤压或脱槽等现象。

河口村工程卷筒采用双折线沟槽技术，钢丝绳在卷筒上缠绕三层，配合挡环使钢丝绳层间过渡时将其抬高；为防止钢丝绳在缠绕过程脱槽，严格控制钢丝绳与卷筒垂直平面夹角在0.30～1.50°之内，可确保钢丝绳在卷筒上多层缠绕均匀，启闭机结构紧凑，满足钢丝绳与门槽尺寸的配合要求。

4.2 全封闭齿轮传动技术

起升机构采用无开式齿轮的全封闭齿轮传动，齿轮的制造安装精度高，运转平稳，噪声小。全封闭结构可采用强制润滑，齿轮与轴承维护简单。另外，全封闭齿轮传动可降低启闭机的高度，减轻卷筒装置的重量。

4.3 三合一闸门高度指示装置

闸门高度指示装置采用主令控制器（针盘式）、绝对值编码器（电子式）和显示仪表三合一形式，使主令控制器和绝对值编码器运转同步。安装在卷筒轴的端部可使其有效地避开传动机构在传动过程中的误差，测距更加精确。

5 结语

固定卷扬式启闭机的布置型式看似简单，但在实际应用中却不容易。特别是近年来大容量、高扬程固定卷扬式启闭机的大量采用，对设计者的水平和经验提出了更高的要求，要求设计者在设计中能够结合实际情况，认真研究比较，不仅要做到设备整机性能最优，还要能结合水工建筑物的实际条件做出最优的布置，并努力使启闭机的技术经济指标达到最高，在设计中要完全做到这几点实属不易。