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。水布埡閘門最大揚程達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、固定機架、電氣控制3部分組成。起升機構由鋼絲繩、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。兩套起升機構的動滑輪組通過平衡梁與閘門的吊軸相聯接，在兩套起升機構中某一套的動滑輪組與另一套動滑輪組在高度差達最大時（由卷筒直徑加工誤差引起），平衡梁將發生小于4°的傾斜，但閘門與平衡梁相聯的吊點為單吊點，閘門將始終保持垂直。

2. 啟閉機的主要參數:

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 3

3. 啟閉機的設計

⑴采用雙折線繩槽卷筒

折線卷筒結構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構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，啟閉機實際調試運行中，鋼絲繩從直徑繩槽段進入斜線繩槽段平穩順利，斜線段鋼絲繩排列整齊有序、無相互擠壓的現象。雙折線繩槽使鋼絲繩在各層之間的負荷均勻分布，卷繞平穩光滑，同時減少了鋼絲繩損害。

⑵采用階梯擋環

階梯擋環的作用是使鋼絲繩從下層平穩地過渡到上一層，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，配套的階梯擋環由3段組成，第1段與卷筒第1個斜繩槽段對應，沿軸向寬度由一個繩槽寬度逐漸變為半個繩槽寬度，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至此時，擋環將它抬高至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面，其作用是使被抬高后的鋼絲繩落在由擋環段和鄰近的下一層鋼絲繩所共同形成的溝槽內;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為0，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，并跨半個節距過渡到相鄰的下一層鋼絲繩形成的直線溝槽內，從而完成鋼絲繩層與層之間的過渡。

⑶采用兩套雙聯折線繩槽卷筒的起升機構

兩套雙聯卷筒在一定程度上平均分擔了卷揚機的總容量，鋼絲繩直徑相對較小，并經過計算表明返繩偏角在卷筒兩端可控制在1.5°內，這是多層纏繞卷揚機設計的關鍵點。設計時兩個卷筒分別由各自電機驅動，優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。但兩套起升機構的驅動電機轉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動）。當電機轉速不同時，鋼絲繩通過平衡滑輪自動調整兩側的長度（平衡滑輪兩側的鋼絲繩分別纏繞到不同電機驅動的卷筒上），當一套起升機構同軸線上的兩卷筒直徑相同時，兩套起升機構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，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，每轉一圈，鋼絲繩沿卷筒軸線方向前進一個節距，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，滿足了折線繩槽對繩索偏角的要求。