一种抗低温启闭机的设计

一种抗低温启闭机的设计

范志学 厉红娅 王传民

水利部产品质量标准研究所，杭州， 310012

[摘要]本文介绍了一种抗低温启闭机的设计，论述了启闭机起升机构的设计、机架的设计、控制系统等，为同类设备的设计提供了有益的借鉴。

[关键字] 低温、启闭机、设计

图尔古松水电站位于哈萨克斯坦东哈州，济良诺夫斯克市西北30公里处。该水电站为日调节型，河床式，电站厂房及安装间作为挡水坝段的一部分，布置在图尔古松河左岸，工程任务为发电。水电站工程金属结构设备分布在引水发电系统和泄洪系统。引水发电系统金属结构由进水口拦污栅、进水口检修闸门、进水口快速闸门和厂房尾水检修闸门组成。在进水口检修闸门/拦污栅的下游侧设有进水口快速闸门1道，每孔1扇，小机组快速闸门孔口尺寸为4.0m×8.2m，设计挡水水头28m，采用固定卷扬式启闭机操作，其容量为2000kN，杨程为17m，安装高程571.0m。

该地区绝对最高气温40℃，多年平均气温-1.5℃，绝对最低气温-51℃，最冷月平均气温-17.7℃。当温度在-40℃时，进水口快速闸门仍需要正常启闭，因此，该启闭机必须具备抗低温性能。

1启闭机的主要技术参数

启闭机装设于坝顶，用于启闭小机组进水口闸门，该启闭机的主要技术参数如表1。

表1 主要技术参数

2启闭机的设计

2.1起升机构设计

该启闭机为单吊点，只需要设置一套起升机构。起升机构由卷筒装置、减速机、电动机、定滑轮组、制动器等组成。卷筒装置主要由卷筒体、大齿轮、轴承座等组成。

起升机构驱动方式是由一台耐低温型电动机（YZRF315M-6）带动一台耐低温型减速机（QY3D355-31.5），经开式齿轮副（ m=20，Z1/Z2=109/19 ）驱动卷筒转动，通过耐低温钢丝绳带动动滑轮组升降，从而开闭闸门。电动机与减速器通过联轴器和浮动轴联接。在减速器高速轴两侧分别设有一套耐低温型电力液压块式制动器，其中一套为工作制动器，另一套为辅助制动器。起升机构布置如图1。

1卷筒装置 2定滑轮组3电动机4联轴器5浮动轴6制动器7减速机8开式齿轮

图1起升机构布置图

为确保能在-40℃时正常运行，卷筒、滑轮组都需要选用能抵抗-40℃低温的Q345D板来制作。根据《起重机设计手册》推荐的起升机构滑轮倍率表，该启闭机滑轮倍率取8倍率。根据《水利水电工程启闭机设计规范》相关公式，经计算钢丝绳直径为φ34mm。卷筒名义直径D取为φ1150 mm，卷筒长度L为2340mm。

D<1200mm，且L<3D，故，卷筒需要计算卷筒壁压应力即可，经计算，卷筒壁厚符合要求。

2.2机架设计

机架主要用来支撑起升机构。启闭机所受的载荷都由机架来承受。为了满足在-40℃时正常运行，机架的主要材质应选用Q345D。机架主要由2根端梁、1根定滑轮梁、2根连接梁、1根走台梁等组成。

1端梁Ⅰ 2定滑轮梁3走台梁4端梁Ⅱ5连接梁

图2机架布置图

端梁用于支撑卷筒装置，定滑轮梁用于支撑定滑轮组。由机架布置图可知，卷筒装置受的力通过轴承座传递给了端梁，定滑轮组受的力通过定滑轮梁也传递给了端梁。两根连接梁主要是为了将两根端梁连成一个整体。由于机架整体尺寸过大，不便于长途运输，需要将机架分成2片，两片之间采用高强螺栓连接。

根据启闭机设计规范，机架端梁和定滑轮梁可以简化为简支梁来计算。在满足符合规范要的强度、刚度条件下，合理选择各梁的截面尺寸。

3控制系统

电气控制系统由电源控制系统、起升机构系统、检测装置系统和接地装置等组成。柜内装置一套照明灯具，利用门的开、关控制。电气控制柜设在启闭机的附近，现地操作。

电动机采用转子串电阻控制，电气控制柜上设有启/停控制按钮、急停按钮，上、下限位指示灯、温湿度控制器等。起升机构设有超速开关，当启闭机下降超速时，系统能够自动切除电机电源使电机停止下降，防止事故的发生。

为了满足在-40℃时正常运行的要求，必须采用耐低温型元器件。同时电气柜内设置加热器。并且所有电缆均采用耐低温电缆。

4结语

该启闭机经过安装，调试，已投入使用，经过了低温运行的考验，设备运行平稳可靠。该启闭机成功的应用，为同类设备提供了有益的借鉴。

参考文献：

[1] 张质文.起重机设计手册[M]. 北京：中国铁道出版社，2013.

[2] 电力行业水电站金属结构及启闭机标委会.DL/T5167-2002 水利水电工程启闭机设计规范[S]. 北京：中国电力出版社，2002.

[3] 范钦珊. 材料力学[M]. 北京:高等教育出版社，2000.

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