拦河闸重建工程门式启闭机技术设计

□张小辉史田明姚雷谢腾飞

（1黄河勘测规划设计有限公司；2郑州水工机械有限公司）

拦河闸重建工程门式启闭机技术设计

□张小辉1史田明2姚雷1谢腾飞1

（1黄河勘测规划设计有限公司；2郑州水工机械有限公司）

文章介绍了鉴江高岭拦河闸重建工程2x250kN/2x160kN门式启闭机组成和主要技术参数，总结了在小容量门式启闭机有限空间里，多种功能和规格起升机构布置的设计思路和方法。针对门式启闭机中常出现的起吊中心线与闸门吊点中心线不重合的问题，提出了解决方案；并针对门式启闭机运行工况要求及所处沿海地区的环境特点，介绍了采取的相应设计方案和措施，为同类门式启闭机的设计提供参考。

鉴江高岭拦河闸；门式启闭机；起升机构；沿海地区

1 工程简介

高岭拦河闸位于广东省化州市杨梅镇高岭村东面、鉴江河下游、化州水文站以下8 km处，属鉴江第四级拦河工程。工程是以灌溉、供水为主，结合航运的大型拦河水闸工程，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。主要建筑物为拦河水闸、两岸连接土坝、左右岸水轮泵站、船闸。其中2x250 kN/2x160 kN门式启闭机（以下简称门机）共两台，安装在坝面16.50 m高程，主起升机构通过液压自动抓梁启闭拦河闸事故检修及排漂闸门、船闸上闸首检修闸门、左右岸水轮泵站拦污栅；副起升机构用于起吊检修拦河闸工作闸门；清污机用来清除拦污栅前的污物。

2 门机组成及主要技术参数

门机主要由主起升机构、副起升机构、清污机、行走机构、门架、夹轨器、防风锚定装置、大车电缆卷筒、轨道及轨道附件、电力拖动和控制设备等组成，如图1所示。

门机主起升机构额定启门力2x250 kN，起升高度18m，轨上扬程8 m，启门速度2.20 m/min，吊点距6.36 m；副起升机构额定启门力2x160 kN，起升高度18 m，轨上扬程8m，启门速度0.35～3.50 m/min，吊点距6.36 m。大车行走机构运行载荷2x160 kN，运行速度2～20 m/min，轨距4.50 m，轮距8.50 m。整机工作级别Q3-中。清污机额定起升力2x50 kN，起升高度18 m，轨上扬程6 m，耙斗容积1.50 m3。

3 门机机构设计方案研究

本台门机结构技术复杂，功能要求较多，其中主起升机构需起吊三种不同规格的闸门或拦污栅；副起升机构需起吊一种规格的闸门；另外还需布置一台用于清理栅前污物的清污机。三套机构均需要布置在门架上平台上，如何在满足使用要求的情况下，既经济又合理的布置，需要工程技术人员进行深入详细的研究。

3.1 清污机的布置

该门机为小容量门机，但需布置两套双吊点的起升机构及一套清污机，如何科学合理的布置清污机，将直接影响门机方案的优劣及经济性，因此在设计该门机时，共进行了两种方案的比较和分析。

方案一如图1所示，充分利用主、副起升机构为双吊点的特点，将清污机设置在两吊点之间，在清污机抓斗大小满足标书规定的情况下，尽量减小其外形尺寸。

图1 门式启闭机总图

方案二如图2所示，根据土建结构及闸门起吊中心线的要求，主起升机构位于轨距内侧，副起升机构位于下游侧轨道的外侧，呈悬臂布置型式，清污机设置于门机左侧梁下（面向下游），也呈悬臂布置型式。

图2 悬臂梁下挂清污机图

方案一布置型式的优点是，门机整体结构尺寸紧凑，车轮受力合理。其缺点是三套机构所占用的空间有交叉，主、副起升机构运行时，清污机有可能干涉。

方案二布置型式的优点是各个机构独立，互不干涉，运行方便。其缺点是清污机呈悬臂布置，降低门机在顺轨道方向的稳定性，加大门机车轮受力的不平衡，门机轮压的加大，导致门机轨道梁的荷载增加，增加了门机混凝土梁的设计难度及工程量。另外清污机的悬臂布置，使门机的整体结构尺寸大，除挤占坝面空间外，门机工程量也有所增加，经济性差。

通过比较、分析和研究，方案一较方案二，门机占用空间小，工程量少，门机的整体稳定性及经济性好，其缺点可通过调整门机的运行方式予以解决，主起升机构工作时，将清污机运行至副起升机构的下方，副起升机构工作时，将清污机运行至主起升机构的下方。

方案一得到业主及工程设计单位的肯定，确定最终实施方案。如图1所示。

3.2 主、副起升机构

根据土建结构及闸门起吊中心线的要求，门机主起升机构布置在两轨道之间，吊点中心距离上游轨道中心线2.62 m，副起升机构布置门机下游侧轨道的下游侧，吊点中心距下游轨道中心线1.60 m。

主、副起升机构均为双吊点，其吊点距的大小直接影响到门机结构尺寸大小，为满足清污机的布置要求，确定主、副起升机构吊点距均为6.36 m较为合适，此尺寸既可以在主、副起升机构之间布置清污机，又满足门机整体结构布置的要求。

在以往的设计中，起升机构往往是直接布置在门架上平台上，但根据以往实际经验，由于金属结构和土建配合的问题或是制造安装问题，造成起升机构起吊中心线与闸门吊点中心线不能完全重合的问题时有发生。为解决此问题，本门机设计中采用了在主、副起升机构下面安装主、副起升机构机架（见图1），类似于两个双吊点固定卷扬式启闭机安装在门架上平台上。与传统起升机构直接安装在门架上部平台相比，上部平台的受力变得简单和明确，减小上部平台的布置和加工制造难度，门机现场拼装时起升机构起吊中心线可以根据门槽施工现状在一定范围内进行调整，有效的解决起吊中心线与闸门吊点中心线不重合的难题。

4 主要技术要求及措施

4.1 门机运行要求

由于主、副起升机构和清污机所占用空间有交叉，当主起升机构或副起升机构带抓梁和闸门运行时，如果清污机位于其下方，将发生干涉现象。因此该门机要求，任何两个以上机构不得同时运行，且应设置互锁装置。

4.2 沿海地区门机设计的技术措施

4.2.1 电动机

由于本工程所属区域降水量较大，多年平均降雨量1438mm，最大年降雨量2333mm，多年平均相对湿度为80%；且区域内气温较高，多年平均气温22.90℃。所以起升机构和行走机构的电动机均需选择湿热型，电机绝缘等级要达到F级及以上，防护等级不低于IP65。

4.2.2 防风装置

由于工程所属区域为沿海地区，长年多年平均最大风速18m/s，所以门机除了要配置常规的夹轨器和测风仪外还必须装设防风锚定装置，当门机停机不用时，应使锚定装置投入工作，把门机固定在坝面上，以防被大风刮走。

4.2.3 抗倾覆稳定性

沿海地区启闭机必须验算抗倾覆稳定性，门机的抗倾覆稳定性验算应按无风静载、有风动载和暴风侵袭下的非工作状态三种工况进行，考虑到各种载荷对稳定性的实际影响程度，在进行抗倾覆稳定校核时，各荷载力矩应分别乘以一个荷载系数（见表1）。验算时，若包括门机自重在内的各项荷载对倾覆边的力矩之和大于或等于零（∑M≥0），则认为门机是稳定的，经过计算，本台门机抗倾覆稳定性各项结果均满足要求。

表1 载荷系数表

4.2.4防风抗滑安全性

沿海地区的启闭机要重点验算正常工作状态和非工作状态两种工况的防风抗滑安全性。正常工作状态防风抗滑安全性应按公式（1）计算。

式中：Pz1—行走机构制动器在车轮踏面上产生的制动力，N；Pw1—工作状态下沿行走方向的最大风力，N；Pa—启闭机自重与起升荷载沿坡度方向引起的滑行力，N；Pd—启闭机行走停车减速惯性力，N。

非工作状态防风抗滑安全性应按公式（2）计算。

式中：Pz2—行走机构夹轨器产生的沿轨道方向的夹持制动力，N；Pw2—启闭机非工作状态下沿行走方向的最大风力，N。

经过计算，本台门机行走机构制动器制动力和夹轨器夹持制动力均满足要求。

5 结语

2x250 kN/2x160 kN门式启闭机通过总体布置，设置主、副起升机构，配备液压抓梁等完全满足了工程运行要求，在此基础上，又通过优化布置，使门机整体结构紧凑，受力相对均衡，并提出了在起升机构下方安装机架的方法来解决工程中较为常见的起吊中心线与闸门吊点中心线不完全重合问题。此外，根据沿海地区的特殊地理情况，总结了沿海地区启闭机设计应注意的几个问题，以便同类工程设计参考。

TV34

B

1673-8853（2017）11-0067-03

张小辉（1987.5-），男，工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计。

2017-9-5

编辑：刘长垠