水电站平板闸门锁定梁自动位移装置研制

钱正林，熊荣刚，赵 勇

（中国长江电力股份有限公司白鹤滩电厂筹建处，四川 凉山615400）

1 引言

平板闸门是水电站的重要金结设备，主要用于机组、快速门及水工建筑物等检修的挡水工作，这些闸门靠启闭机启闭，非工作状态时坐落在布置于门槽孔口的锁定梁上。目前，无人值守和自动化操作运行是水电站发展的趋势，也是提高工作效率的有效方法。所以实现平板闸门锁定梁的远程操作自动投退与监控是实现无人值守的重要途径之一。

以白鹤滩水电站为例，白鹤滩水电站枢纽工程由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。这些主要建筑物中均配置有平板闸门，闸门非工作状态时坐落在布置于门槽孔口的锁定梁上，当闸门启闭时，需要移动锁定梁以至不妨碍闸门起落。传统的锁定梁移动主要靠人力推和拉的方式实现其投、退功能，这种操作方式存在一定的操作危险性、操作难度大和人力资源浪费等弊端。因此，针对这些弊端研制出了一种靠三合一减速电机驱动的自动位移装置，可实现平板闸门锁定梁的远程操作自动投退和实时监控功能。

2 锁定梁自动位移装置的结构及设计

2.1 装置系统结构

平板闸门锁定梁自动位移系统包括对称布置的锁定梁自动位移装置和远程监控系统，其系统组成如图1 所示。

图1 平板闸门锁定梁自动位移系统图

平板闸门自动位移装置主要由锁定梁本体、三合一减速电机、齿轮和齿条4 个部分组成（如图2）；远程监控系统主要包括摄像头和监控显示屏。

2.2 功能结构设计

平板闸门锁定梁自动位移装置控制系统主要包括锁定梁的位移和限位2 个功能。其中位移功能需要提供移动所需要的动力；限位功能需要确定锁定梁的启停位置，并实现信号传输和锁定梁的自动 启停。

水电站平板闸门现有锁定梁行走机构由车轮、滑动轴承及轴组成，锁定梁的水平位移靠人力推拉使其沿布置于门槽两侧的轨道上移动。针对现有结构和操作方式，借鉴水电站桥、门机行走机构的工作原理，采用电力推动的设计方式进行设计：在原有锁定梁的两侧增设底板，采用螺栓与三合一减速箱法兰进行连接，并在三合一减速箱的输出轴设置齿轮，在需要运行范围的地面设置齿条（齿条与地面采用膨胀螺栓连接），形成一整套运行机构。其中锁定梁本体作用是承载平板闸门的载荷，将闸门锁定至闸门槽孔口；三合一减速电机为驱动装置，其主要输出驱动力；齿轮作用是传递三合一减速电机的驱动力，带动锁定梁在齿条上往返移动；齿条作用是与齿轮啮合，并作为导向装置。

图2 平板闸门锁定梁自动位移装置结构图

锁定梁自动位移装置电气控制设计分为供电系统部分和控制系统部分，供电系统由三相电源直接引入到配电箱的总断路器开关上，通过总断路器及总电源接触器后引至各行走电机；控制系统由各控制按钮、接触器和保护继电器等组成，主要控制锁定梁自动位移装置三合一减速电机的正反转，已达到锁定梁左、右行走的目的，且能实现远程和现地操作。在锁定梁的行进方向上，分别设置锁定梁投入到位和退出到位限位开关，用来控制锁定梁的 位置。

为准确监视平板闸门锁定梁自动位移装置的投退情况，在闸门门槽两旁各安装了1 只摄像头，摄像头通过现地控制单元将信号传输至远程监控后台，运行人员可在远程监视整个运行过程。

2.3 系统工作原理

整套系统的工作原理为：当平板闸门需要下闸时，闸门靠启闭机提起高过锁定梁约20 cm，启闭机起升停止，此时操作锁定梁自动位移装置的“锁定梁退出”按钮，闸门两侧锁定梁将向门槽外侧移动，当锁定梁移动到退出到位位置时，锁定梁退出到位检测开关动作，锁定梁自动位移装置三合一减速电机停止工作，锁定梁停止移动，这时启闭机运行，闸门下闸。

同理，当闸门从门槽提起需要锁定在锁定梁上时，闸门靠启闭机提起高过锁定梁约20 cm，启闭机起升停止，此时操作锁定梁自动位移装置的“锁定梁投入”按钮，闸门两侧锁定梁将向门槽内侧移动，当锁定梁移动到投入到位位置时，锁定梁投入到位检测开关动作，锁定梁自动位移装置三合一减速电机停止工作，锁定梁停止移动，这时启闭机运行将闸门放至锁定梁上。

2.4 装置设备选型及计算

2.4.1 运行机构计算（按照GB3811-2008 标准执行）

（1）摩擦阻力：

式中：G-锁定梁自重载荷，锁定梁自重3 t

u-车轮轴承摩擦阻力系数，u=0.1

d-与轴承相配合处车轮轴的直径，d=50 mm

f-滚动摩擦系数，f=0.3

D-车轮踏面直径，D=180 mm

β-附加摩擦阻力系数，β=1.5

（2）坡道阻力：

式中：G-锁定梁自重载荷，锁定梁自重3 t

i-坡道阻力系数，i=0.002

（3）风阻力：

式中：A-锁定梁迎风面积，单位m2

PⅡ-与设计工况相对应的风压，PⅡ=150 N/m2

故，稳态运行阻力：

（4）稳态计算功率：

式中：Vy-锁定梁的运行速度

η-机构总效率，η=0.85

m-机构运行电机数量，m=2

（5）电机功率：

式中：KD-电动机的功率增大系数，KD=1.2

由于所需电机功率小，因此选择减速器电机型号为：Y2 EJ-71 M2-4；功率为：0.37 kW，满足设计要求。

2.4.2 减速器的选择计算

减速器输出转速：

选择减速器型号：KCLA57R3737，输出转速：5.6 r/min，运行速度误差率小于10%，满足设计要求。

3 预计成效

（1）提高操作安全性。可自动运行实现投、退功能，降低操作人员的操作安全风险。

（2）操作简单。操作时只需一人控制即可实现其投、退功能，节约了人力资料成本，提高了工作效率。

（3）结构简单，便于检修，维护成本低。该装置三合一减速箱与锁定梁采用螺栓连接，方便拆卸，便于后期的检修跟维护。

（4）推广价值较高。该装置不需对原有的锁定梁进行改造，因此在现有技术下如需实现锁定梁的自动位移功能，只需增加连接底板、三合一驱动装置、齿轮及齿条即可实现，改造较为简便，具有较高的推广价值。

4 结语

本文以白鹤滩水电站为例，针对现有平板闸门锁定梁结构及操作方式存在的问题，借鉴水电站桥、门机行走机构的工作原理，开发研制了一种靠电力推动的锁定梁自动位移装置。本装置结构简单、运行稳定可靠，可达到远程操作和无人值守的目的，为实现水电站平板闸门的自动化运行提供了技术支持。