雙折線繩槽在大型啟閉機設計中的應用

主題: 對于多層纏繞的啟閉機，鋼絲繩的亂繩、咬繩問題一直是困擾設備可靠運行的的關(guān)鍵，而雙折線繩槽卷筒的應用**的解決了這一問題。下面以水布埡水利樞紐放空洞閘門啟閉機為例，對雙折線繩槽卷筒在啟閉機中的設計和應用作簡要介紹。水布埡閘門*大揚程達159m，啟門力3200kN，屬于高揚程、大容量啟閉機，此工程的成功實例，為將來在其它水電站上使用同類機型，提供了可借鑒的經(jīng)驗。

1. 啟閉機的組成：

該設備為多層纏繞固定卷揚式啟閉機，整機由兩套對稱布置的起升機構(gòu)、固定機架、電氣控制3部分組成。起升機構(gòu)由鋼絲繩、卷筒裝置、動滑輪組、定滑輪組、平衡滑輪及過載保護裝置、行程限位裝置、閉式減速器、電動機等組成，并在減速器的高速軸兩端分別設置了工作制動器、安全制動器。兩套起升機構(gòu)的動滑輪組通過平衡梁與閘門的吊軸相聯(lián)接，在兩套起升機構(gòu)中某一套的動滑輪組與另一套動滑輪組在高度差達*大時（由卷筒直徑加工誤差引起），平衡梁將發(fā)生小于4°的傾斜，但閘門與平衡梁相聯(lián)的吊點為單吊點，閘門將始終保持垂直。

2. 啟閉機的主要參數(shù):

額定啟門力 3200kN

總起升高度/壩面以上 159/13.85m

起升速度 2.64m/min

卷筒底直徑 1650mm

鋼絲繩直徑 36mm

纏繞層數(shù) 3

3. 啟閉機的設計

⑴采用雙折線繩槽卷筒

折線卷筒結(jié)構(gòu)形式分雙折線繩槽卷筒和單折線繩槽卷筒，此卷揚式啟閉機卷筒結(jié)構(gòu)形式為雙折線繩槽卷筒。繩槽卷筒底徑為1650mm，兩斜線繩槽對應圓周角各為52°，兩直線繩槽對應圓周角各為128°，斜線繩槽段和直線繩槽段相間對稱布置。實驗證明，啟閉機實際調(diào)試運行中，鋼絲繩從直徑繩槽段進入斜線繩槽段平穩(wěn)順利，斜線段鋼絲繩排列整齊有序、無相互擠壓的現(xiàn)象。雙折線繩槽使鋼絲繩在各層之間的負荷均勻分布，卷繞平穩(wěn)光滑，同時減少了鋼絲繩損害。

⑵采用階梯擋環(huán)

階梯擋環(huán)的作用是使鋼絲繩從下層平穩(wěn)地過渡到上一層，并使鋼絲繩順利返回，即對鋼絲繩起抬升和返繩導向作用。對于雙折線繩槽卷筒，配套的階梯擋環(huán)由3段組成，第1段與卷筒第1個斜繩槽段對應，沿軸向?qū)挾扔梢粋€繩槽寬度逐漸變?yōu)榘雮€繩槽寬度，沿徑向的厚度由0逐漸增加為一個鋼絲繩層高，其作用是當鋼絲繩繞*此時，擋環(huán)將它抬高*上一層鋼絲繩的高度;第2段與卷筒直繩槽段對應，其寬度為半個繩槽寬，厚度一個層高，是一個等厚等寬的環(huán)面，其作用是使被抬高后的鋼絲繩落在由擋環(huán)段和鄰近的下一層鋼絲繩所共同形成的溝槽內(nèi);第3段與卷筒第2個斜繩槽段對應，其寬度由半個繩槽寬逐漸變?yōu)?，厚度均為一個鋼絲繩層高，其作用是使鋼絲繩返回，鋼絲繩在返繩擋環(huán)墊和鋼絲繩水平拉力和共同作用下與下層鋼絲繩交叉，并跨半個節(jié)距過渡到相鄰的下一層鋼絲繩形成的直線溝槽內(nèi)，從而完成鋼絲繩層與層之間的過渡。

⑶采用兩套雙聯(lián)折線繩槽卷筒的起升機構(gòu)

兩套雙聯(lián)卷筒在一定程度上平均分擔了卷揚機的總?cè)萘?，鋼絲繩直徑相對較小，并經(jīng)過計算表明返繩偏角在卷筒兩端可控制在1.5°內(nèi)，這是多層纏繞卷揚機設計的關(guān)鍵點。設計時兩個卷筒分別由各自電機驅(qū)動，優(yōu)點是當一臺電機故障，另一臺單獨工作仍能啟閉閘門（但速度減半），提高了閘門事故工作的可靠性。但兩套起升機構(gòu)的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速上必有差別的問題，解決的方法是將一根鋼絲繩通過平衡滑輪分別繞在兩個卷筒上（這兩個卷筒分別由各自電機驅(qū)動）。當電機轉(zhuǎn)速不同時，鋼絲繩通過平衡滑輪自動調(diào)整兩側(cè)的長度（平衡滑輪兩側(cè)的鋼絲繩分別纏繞到不同電機驅(qū)動的卷筒上），當一套起升機構(gòu)同軸線上的兩卷筒直徑相同時，兩套起升機構(gòu)的吊點將在高度上始終保持一致，從設計上解決了電動機轉(zhuǎn)速差對吊點高度的影響。

⑷鋼絲繩偏角的控制

在多層纏繞的卷揚式啟閉機設計中，鋼絲繩相對卷筒軸線橫截面的角度稱為“鋼絲繩偏角”。它在鋼絲繩繞入卷筒的過程中是變化的，在卷筒兩端，鋼絲繩的纏繞從低層向高層過渡時的偏角，稱為“返繩偏角”，是多層纏繞設計中主要控制參數(shù)，鋼絲繩返繩偏角控制的目的是希望鋼絲繩在返回時按設計整齊排列，每轉(zhuǎn)一圈，鋼絲繩沿卷筒軸線方向前進一個節(jié)距，繩間不擠壓、不跳槽，鋼絲繩在卷筒上整齊排列。本設計通過合理的布置將鋼絲繩在卷筒兩端返繩偏角控制在1.5°以內(nèi)，滿足了折線繩槽對繩索偏角的要求。