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双折线绳槽在大型启闭机设计中的应用

2017-03-10

主题: 对于多层缠绕的启闭机,钢丝绳的乱绳、咬绳问题一直是困扰设备可靠运行的的关键,而双折线绳槽卷筒的应用完美的解决了这一问题。下面以水布垭水利枢纽放空洞闸门启闭机为例,对双折线绳槽卷筒在启闭机中的设计和应用作简要介绍。水布垭闸门最大扬程达159m,启门力3200kN,属于高扬程、大容量启闭机,此工程的成功实例,为将来在其它水电站上使用同类机型,提供了可借鉴的经验。

1. 启闭机的组成:

该设备为多层缠绕固定卷扬式启闭机,整机由两套对称布置的起升机构、固定机架、电气控制3部分组成。起升机构由钢丝绳、卷筒装置、动滑轮组、定滑轮组、平衡滑轮及过载保护装置、行程限位装置、闭式减速器、电动机等组成,并在减速器的高速轴两端分别设置了工作制动器、安全制动器。两套起升机构的动滑轮组通过平衡梁与闸门的吊轴相联接,在两套起升机构中某一套的动滑轮组与另一套动滑轮组在高度差达最大时(由卷筒直径加工误差引起),平衡梁将发生小于4°的倾斜,但闸门与平衡梁相联的吊点为单吊点,闸门将始终保持垂直。

2. 启闭机的主要参数:

额定启门力 3200kN

总起升高度/坝面以上 159/13.85m

起升速度 2.64m/min

卷筒底直径 1650mm

钢丝绳直径 36mm

缠绕层数 3

3. 启闭机的设计

⑴采用双折线绳槽卷筒

折线卷筒结构形式分双折线绳槽卷筒和单折线绳槽卷筒,此卷扬式启闭机卷筒结构形式为双折线绳槽卷筒。绳槽卷筒底径为1650mm,两斜线绳槽对应圆周角各为52°,两直线绳槽对应圆周角各为128°,斜线绳槽段和直线绳槽段相间对称布置。实验证明,启闭机实际调试运行中,钢丝绳从直径绳槽段进入斜线绳槽段平稳顺利,斜线段钢丝绳排列整齐有序、无相互挤压的现象。双折线绳槽使钢丝绳在各层之间的负荷均匀分布,卷绕平稳光滑,同时减少了钢丝绳损害。

⑵采用阶梯挡环

阶梯挡环的作用是使钢丝绳从下层平稳地过渡到上一层,并使钢丝绳顺利返回,即对钢丝绳起抬升和返绳导向作用。对于双折线绳槽卷筒,配套的阶梯挡环由3段组成,第1段与卷筒第1个斜绳槽段对应,沿轴向宽度由一个绳槽宽度逐渐变为半个绳槽宽度,沿径向的厚度由0逐渐增加为一个钢丝绳层高,其作用是当钢丝绳绕至此时,挡环将它抬高至上一层钢丝绳的高度;第2段与卷筒直绳槽段对应,其宽度为半个绳槽宽,厚度一个层高,是一个等厚等宽的环面,其作用是使被抬高后的钢丝绳落在由挡环段和邻近的下一层钢丝绳所共同形成的沟槽内;第3段与卷筒第2个斜绳槽段对应,其宽度由半个绳槽宽逐渐变为0,厚度均为一个钢丝绳层高,其作用是使钢丝绳返回,钢丝绳在返绳挡环垫和钢丝绳水平拉力和共同作用下与下层钢丝绳交叉,并跨半个节距过渡到相邻的下一层钢丝绳形成的直线沟槽内,从而完成钢丝绳层与层之间的过渡。

⑶采用两套双联折线绳槽卷筒的起升机构

两套双联卷筒在一定程度上平均分担了卷扬机的总容量,钢丝绳直径相对较小,并经过计算表明返绳偏角在卷筒两端可控制在1.5°内,这是多层缠绕卷扬机设计的关键点。设计时两个卷筒分别由各自电机驱动,优点是当一台电机故障,另一台单独工作仍能启闭闸门(但速度减半),提高了闸门事故工作的可靠性。但两套起升机构的驱动电机转速上必有差别的问题,解决的方法是将一根钢丝绳通过平衡滑轮分别绕在两个卷筒上(这两个卷筒分别由各自电机驱动)。当电机转速不同时,钢丝绳通过平衡滑轮自动调整两侧的长度(平衡滑轮两侧的钢丝绳分别缠绕到不同电机驱动的卷筒上),当一套起升机构同轴线上的两卷筒直径相同时,两套起升机构的吊点将在高度上始终保持一致,从设计上解决了电动机转速差对吊点高度的影响。

⑷钢丝绳偏角的控制

在多层缠绕的卷扬式启闭机设计中,钢丝绳相对卷筒轴线横截面的角度称为“钢丝绳偏角”。它在钢丝绳绕入卷筒的过程中是变化的,在卷筒两端,钢丝绳的缠绕从低层向高层过渡时的偏角,称为“返绳偏角”,是多层缠绕设计中主要控制参数,钢丝绳返绳偏角控制的目的是希望钢丝绳在返回时按设计整齐排列,每转一圈,钢丝绳沿卷筒轴线方向前进一个节距,绳间不挤压、不跳槽,钢丝绳在卷筒上整齐排列。本设计通过合理的布置将钢丝绳在卷筒两端返绳偏角控制在1.5°以内,满足了折线绳槽对绳索偏角的要求。



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