喀麥隆曼維萊水電站進(jìn)水口2×500 k N雙向門機(jī)設(shè)計(jì)與分析

李雨庭 王傳民 隋毅松 白曉君

（1.杭州江河機(jī)電裝備工程有限公司，浙江 杭州310012；2.水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州310012）

1 工程簡介

曼維萊水電站位于喀麥隆南部緊鄰赤道幾內(nèi)亞的恩特姆河（NTEM）上，地處熱帶叢林地區(qū)。該水電站采用引水徑流式開發(fā)，工程的主要任務(wù)是發(fā)電，主要水工建筑物包括攔河壩、左岸及右岸溢洪道、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)等。電站安裝4臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量211 MW。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本次機(jī)型有以下突出的特點(diǎn)：

（1）門機(jī)設(shè)有荷載限制器、起升上下極限位置限制器、大小車運(yùn)行終端行程限制器、緩沖器、錨定裝置等安全保護(hù)裝置。

（2）門機(jī)采用目前國際上較先進(jìn)的“HMI＋PLC＋變頻啟動(dòng)”的3級控制方案。運(yùn)用PLC控制，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性；整機(jī)具有良好的人機(jī)對話和高品質(zhì)的信息處理功能。

（3）電氣傳動(dòng)系統(tǒng)均采用安川變頻啟動(dòng)、調(diào)速，變頻器控制方式具有可靠性高、控制靈活、性能優(yōu)異的特點(diǎn)，增強(qiáng)了各機(jī)構(gòu)啟制動(dòng)的平穩(wěn)性，減少了機(jī)械沖擊，又便于準(zhǔn)確定位。

3 性能參數(shù)

2×500 k N雙向門機(jī)性能參數(shù)如表1所示。

表1 2×500 kN雙向門機(jī)性能參數(shù)表

4 門機(jī)的總體設(shè)計(jì)

2×500 k N雙向門式啟閉機(jī)由門架、起升機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、司機(jī)室、門機(jī)供電裝置、安全保護(hù)裝置組成。

4.1 門架

門架由上部結(jié)構(gòu)、門腿、中橫梁、下橫梁和扶梯、欄桿、平臺(tái)等附件組成。上部結(jié)構(gòu)由主梁、上橫梁及走臺(tái)、欄桿等組成。門腿及主梁、上橫梁、中橫梁、下橫梁等主要承載梁均為焊接箱型梁。各部件均為獨(dú)立運(yùn)輸單元。門腿與主梁的連接采用焊接方式，門腿與下橫梁采用螺栓連接，上橫梁及其他各橫梁采用高強(qiáng)度螺栓連接，連接板接觸面需經(jīng)機(jī)械加工，摩擦面的處理按高強(qiáng)度螺栓連接的施工規(guī)程進(jìn)行。

4.1.1 主梁

主梁截面是由上、下翼緣板和腹板所組成的偏軌箱型截面。

（1）為了滿足上翼緣板（受壓）的局部穩(wěn)定性，我們加設(shè)了縱向和橫向加勁肋。

（2）為了滿足腹板的局部穩(wěn)定性，我們設(shè)置的大隔板間距不大于1 800 mm，并在中間設(shè)置了小隔板。同時(shí)，我們還在腹板上翼緣板設(shè)置了槽鋼作為縱向加勁肋。

（3）主要焊縫開坡口，滿足焊接工藝要求，特別考慮到各筋板與法蘭板的焊接空間。

4.1.2 上橫梁

上橫梁截面是由上、下翼緣板和腹板所組成的矩形截面。

4.1.3 支腿

（1）支腿截面為矩形截面，上端連接寬度取與主梁高度相同的尺寸，下端寬度與下橫梁寬度相同。

（2）為了滿足腹板的局部穩(wěn)定性，我們設(shè)置的大隔板間距不大于1 500 mm。同時(shí)，我們還根據(jù)要求在支腿翼緣板和腹板上設(shè)置了縱向加勁肋。

（3）主要焊縫開坡口，滿足焊接工藝要求。

4.1.4 下橫梁及中橫梁

（1）下橫梁截面為矩形截面，中橫梁截面為梯形截面；下橫梁的寬度與大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)造相配合。

（2）為了滿足腹板的局部穩(wěn)定性，設(shè)置縱、橫加強(qiáng)筋。

（3）主要焊縫開坡口，滿足焊接工藝要求。

4.2 起升機(jī)構(gòu)

本機(jī)為雙吊點(diǎn)，由2套卷筒分別帶動(dòng)2套起重吊具。2套卷筒均帶有開式齒輪，由一個(gè)帶開式齒輪的臥式減速器同時(shí)驅(qū)動(dòng)。2套機(jī)構(gòu)由一個(gè)變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，起升機(jī)構(gòu)設(shè)一套支持制動(dòng)器、一套安全制動(dòng)器。

4.3 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

門機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)有8個(gè)車輪，其中2個(gè)是主動(dòng)輪，由2套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由自帶制動(dòng)器的變頻電動(dòng)機(jī)與硬齒面減速器直聯(lián)的驅(qū)動(dòng)裝置（即通常所說的“三合一”）通過減速器輸出軸帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大車的運(yùn)行。

4.4 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

小車行走機(jī)構(gòu)設(shè)有4個(gè)車輪，由2套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由自帶制動(dòng)器的變頻電動(dòng)機(jī)與硬齒面減速器直聯(lián)的驅(qū)動(dòng)裝置通過減速器輸出軸帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)行。

4.5 司機(jī)室

司機(jī)室設(shè)于門機(jī)上游側(cè)中橫梁上。采用專業(yè)廠家的定型產(chǎn)品，配有帶鋼化玻璃的塑鋼窗。司機(jī)室內(nèi)設(shè)有聯(lián)動(dòng)臺(tái)、顯示儀表、座椅、空調(diào)、滅火器等。

4.6 門機(jī)供電裝置

門機(jī)的供電由設(shè)于下游側(cè)下橫梁上的電纜卷筒裝置提供。電纜卷筒在卷取電纜時(shí)，靠力矩電機(jī)的自行變速特性始終使電纜保持恒張力狀態(tài)，與設(shè)備行走同步。當(dāng)放出電纜時(shí)，在獨(dú)特配電裝置控制作用下，力矩電機(jī)自動(dòng)斷電，卷筒在懸垂電纜自重作用下，克服防慣性旋轉(zhuǎn)磁力耦合器的阻尼力，同步放出電纜。

4.7 安全保護(hù)裝置

本門機(jī)設(shè)有荷載限制器、起升上／下極限位置限制器、大／小車運(yùn)行終端行程限制器、緩沖器等安全保護(hù)裝置。

4.7.1 起重量限制器

起升機(jī)構(gòu)安裝了起重量限制器，控制500 k N載荷。起重量限制器包括傳感器和顯示儀2部分。

在起升定滑輪座裝設(shè)有帶傳感器的負(fù)荷限制器時(shí)，發(fā)送負(fù)荷信號(hào)。司機(jī)室內(nèi)設(shè)有數(shù)字顯示屏，當(dāng)顯示屏上的數(shù)字達(dá)到額定起重量的90%時(shí)，自動(dòng)發(fā)出提示性報(bào)警信號(hào)；當(dāng)達(dá)到額定起重量的105%時(shí)，延時(shí)報(bào)警斷電；當(dāng)達(dá)到額定起重量的110%時(shí)，立即報(bào)警斷電（下降仍可工作）。

4.7.2 位置限制器

在起升機(jī)構(gòu)卷筒軸端裝有絕對值型旋轉(zhuǎn)編碼器和機(jī)械式限位開關(guān)，通過卷筒轉(zhuǎn)數(shù)控制起升揚(yáng)程；當(dāng)達(dá)到極限位置時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)切斷電源，并能全程顯示起升高度。

負(fù)荷與起升高度的限制、顯示和控制均在司機(jī)室的綜合顯示儀上顯示。

大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)有行程極限位置限制器，當(dāng)大車運(yùn)行至極限位置，能自動(dòng)切斷運(yùn)行機(jī)構(gòu)電源，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

5 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

5.1 進(jìn)口Moventas減速器輸出／輸入軸間距小

起升機(jī)構(gòu)雙吊點(diǎn)為常規(guī)布置，采用Moventas減速器，該減速器輸出／輸入軸間距相對常規(guī)QJRS型減速器要小，平衡滑輪布置在機(jī)架上方，電動(dòng)機(jī)按常規(guī)布置在機(jī)架內(nèi)側(cè)將與平衡滑輪相互干涉，為此電動(dòng)機(jī)放置在機(jī)架外側(cè)。

5.2 同步軸過長

由于吊點(diǎn)間距大，按常規(guī)布置采用低速軸同步，但同步軸過長，超過3 m，由于電動(dòng)機(jī)放置在機(jī)架外側(cè)，間接縮短了兩吊點(diǎn)起升單元的相對距離，可采用高速軸同步，軸長度大約為800 mm。

6 結(jié)語

該門機(jī)噸位為2×500 k N，比較常見，但布置上吊點(diǎn)間距較大，設(shè)計(jì)將電動(dòng)機(jī)布置在機(jī)架外側(cè)，縮短了同步軸長度，使起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，在門機(jī)設(shè)計(jì)中有一定的借鑒意義。