祝凤山

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013）

表孔弧形闸门是水利水电工程中一种普遍使用的闸门，具有操作简便、水流条件好等诸多优点，多用作泄水建筑物的工作闸门。弧形闸门的启闭方式直接关系到水工建筑物的结构型式，较好的启闭机布置方式不仅可以降低工程量、节约投资，还能提高整个工程的运行质量和性能。因此，合理地选择启闭方式是水利水电工程设计过程中的一个重要环节。

1 概述

表孔弧形闸门大多采用固定卷扬启闭机前拉式、固定卷扬启闭机后拉式、液压启闭机后拉式3种启闭布置方式。

表孔弧形闸门采用固定卷扬机前拉式（如图1）布置的主要优点：结构布置简单，启闭力臂大，启闭机容量较小；瞬间启闭时传递给弧形闸门框架的附加力较小，框架断面相对较小。而传统的表孔弧形闸门启闭机多采用单绳设计，钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端直接与闸门吊耳相连；载荷由单根钢丝省负荷，随着容量的增加，钢丝绳直径相应增加，相应的增加卷筒直径，整机高度会大大增加，结构布置非常繁琐。

为解决前拉式启闭机滑轮倍率为1 的问题，在河南南湾水库设计过程中，设计者采用1×400 kN 斜拉式平门启闭机启闭弧形闸门（如图2）。其采用了动滑轮组增加了滑轮组倍率，相应降低了钢丝绳和卷筒直径。斜拉式启闭机的滑轮组使钢丝绳不能完全紧贴面板，钢丝绳易被水流冲击引起抖动，会发生钢丝绳碰擦绳槽，甚至发生跳槽、乱槽现象。

因此，对于前拉式表孔弧门启闭机，尤其是中大型容量（每个吊点启门容量Q≥50 kN）的启闭机而言，这些问题亟待解决。

图1 弧门固定卷扬启闭前拉式布置

图2 斜拉式平门启闭机启闭弧形闸门布置

2 一种前拉式表孔弧形闸门启闭机的布置

鉴于此，作者提出了一种前拉式表孔弧形闸门固定卷扬启闭机，在滑轮组倍率为1 的前提下，通过增设带滑轮组或轴套的吊具，使多根钢丝绳负荷启门容量，相应降低启闭机钢丝绳和卷筒直径。主要包括机架、动力装置、减速装置、双联卷筒、钢丝绳和吊具，启闭机布置总图如图3。

图3 一种前拉式启闭机图

2.1 总体设计

如图3 所示，左右机对称布置，设计为双驱动，利用中间轴同步驱动设计。依据载荷情况，卷筒可设计为双双联卷筒或多双联卷筒 （图3 为双双联卷筒），为使结构紧凑，电动机选用具有停电自制动能力的锥形电动机。为满足启门速度的要求，减速装置为减速器和开式齿轮装置。规范规定“当减速装置由减速器和开式齿轮组成时，开式齿轮的单级传动比不宜大于6.3”。因此，减速器设计选用速比大、承载能力强、结构紧凑、效率高的星轮减速器。吊具上设有滑轮，滑轮的个数与双联卷筒的个数对应。

可以根据容量和扬程选择卷筒的双联数和缠绕层数。

2.2 绕绳方式

依据双联卷筒的个数，对应几根钢丝绳。钢丝绳一端固定在双联组的一端，绕过吊具的滑轮后轴套后，固定在该双联组的另一端，其余双联组照此布置。吊具的滑轮仅为钢丝绳的平衡支承，无相对位移，钢丝绳能紧贴面板，避免了被水流冲击引起抖动对其的影响。

2.3 安全保护功能

为保证启闭机正常安全工作，启闭机设有荷载传感器和高度开度器。荷载传感器采用电子式压电传感器，与大齿轮远端的轴承座合二为一；依据启闭荷载达到额定荷载的程度，设置提示信号：当超过额定荷载的10%时，发出警报并切断电源。高度开度仪设置在大齿轮近端的轴端，并设置上下极限位置限制器，当开度达到极限位置时，自动切断电源，并发出警报信号。

2.4 扩展功能

笔者提出的一种用于表孔弧形闸门前拉式布置的固定卷扬启闭机的机架是左右对称的2个，用于双吊点启闭；去掉中间轴，可用于单吊点启闭。

3 对比分析

按相同工作级别（Q2—轻）、相同钢丝绳材料和抗拉强度（1 870 MPa），以图3 的布置设计为例，与传统单绳设计的固定卷扬启闭机相比，钢丝绳直径、卷筒直径均大大降低，如表1 所示。

表1 与传统单绳设计的固定卷扬启闭机比较表

从表1 可以看出，单个吊点超过630 kN，采用传统单绳设计已不能满足，因此作者提出的前拉式弧形闸门固定卷扬启闭机具有较好的工程适应性。

综上，本文提出的一种前拉式弧形闸门固定卷扬启闭机解决了传统单绳设计卷筒直径、钢丝绳直径大的难题，其结构紧凑、安全可靠、满足规范要求。通过对比分析，具有较好的工程适应性。

［1］杜培文.表孔弧形闸门的后拉式启闭［J］.山东水利科技，1996(3).

［2］安永林.九道拐水电站溢洪道弧形闸门启闭机设计［J］.贵州水利发电，2005(10).

［3］马洪静.河南南湾水库斜拉式启闭机的设计 ［J］.山东水利，2010(3).

［4］水利水电工程启闭机设计规范（SL41—2011），2011年第1 版.北京：中国水利水电出版社，2011.