浅谈小型水利工程启闭设备选型分析

随着国民经济的快速发展，启闭设备在水利工程中获得广泛应用，其系统的安全可靠性亦在不断提高和完善。考虑到水利工程启闭设备的特殊使用环境和对安全、可靠性的极高要求，在启闭设备选型时，一定要做到精细和先进。本文针对小型水利工程启闭设备选型分析进行探讨，以供大家参考学习之用。

启闭机的特点

启闭机是一种用来启闭闸门用的起重机械。它与起重机一样是一种循环间隔吊运机械。启闭机具有以下特点：(1)荷载变化大。闸门承受的水压力是随着门叶移动而变化的。所以，启闭机的荷载是在不断变化的，变化幅度很大且不均匀，一般中等以上容量的启闭机要求设置负荷指示和负荷限制器。(2)启闭速度快。大多数启闭机工作速度很小，一般为(1-2)m/min，通常不会超过5m/min，有的只有0.1m/min。(3)工作级别较低，但是要求绝对可靠。它在电灌站的重要性很高，要求它的工作要绝对可靠，所以平时要注意保养维护。(4)要适应闸门运行的要求。当遇到事故时，要求快速闭门，但是并不需要快速启门，所以要求启闭机具有两种速度。

启闭机的类型

启闭机按照传动形式分为机械传动和液压传动，机械传动的启闭机按照布置形式分为固定和移动两大类，液压传动的启闭机一般只有固定式。

固定式启闭机

一般一台固定式启闭机只用于操作一扇闸门，启闭机只设置一个起升机构，不配置水平运动机构。

移动式启闭机

移动式启闭机可以实现一机多门的操作方式，所以除了起升机构，移动式启闭机还要配置水平移动的运行机构，移动式启闭机多用在操作多孔共用的检修闸门，它的形式要根据电灌站的布置，布置是要注意在其行程范围内与其他建筑物的关系。

液压启闭机

液压启闭机的地位越来越高，现在国内有QPPY、QPKY、QHLY等系列化液压启闭机。液压启闭机启闭力可以很大，但是扬程却受到加工设备的限制。双向作用的油压启闭机，多用在操作潜孔平面闸门和潜孔弧门。当应用潜孔弧门时，要设置可转动支座或设置导轨及滑块与闸门连接。由于液压启闭机的使用环境特殊、维修条件差、系统压力高等，因而对密封件的质量要求很高。目前由于各种原因和工程实践，密封件基本上在国外产品中进行选择，如日本VALQUA公司、意大利CARCO公司、德国MARKEL公司、美国PAKER公司以及德国洪格尔等公司的组合型密封圈及支承环，设计使用寿命可达8～10年。进口密封圈一般不需要预压量，安装和拆卸方便。油缸内表面的加工精度对密封圈的使用寿命和密封性能有一定的影响。过高精度的缸体内表面易使活塞杆产生爬行和震动现象，反而不利于系统运行。液压启闭机中主密封件一般采用多唇密封系统，且以V型密封圈应用最为广泛。在油缸总成中，没有相对运动零件之间的密封件多采用O型圈，应注意的是，当选用直径≥125 mm的O型圈时，应附加一个支承环。在油缸活塞杆外伸端处应设置一个防尘圈，如果可能结冰的话，应再设一个除冰圈，在结构上防尘圈与除冰圈应相互啮合;另外，O型圈和防尘圈等密封件应当与主密封具有同等使用寿命，以利于运行减少维修次数。

启闭机的参数

(1)启闭力，启闭力是启闭机的额定容量，单位是千牛(KN)，启闭力是根据闸门在水中的转动时的阻力矩来确定的， 其中f为摩擦系数，D为顶枢上的水平作用， 为顶枢轴的直径。 为工作桥与门重， 为底枢半球轴直径。当为固定式底枢或有水平反力的底枢时， ，其中R为底枢上的水平反力，此时启闭力为: 其中 为安全系数，一般为1.2;R为启闭力到旋转中心的力臂。(2)启闭速度，在启闭机的起升机构中，下降速度接近起升速度，所以只要标出起升速度即可。但是在快速下降闸门的启闭机的下降速度和起升速度不同，所以要标出起门速度和闭门速度。多数启闭机工作速度小，一般为(1—2)m/min。(3)扬程，扬程是启闭机的吊钩在闸门安装检修或运行过程中升降的最大高度。启闭机的扬程要根据闸门的运行条件决定。(4)跨度，跨度是指移动式启闭机的大车两侧走行轨道中心线之间的距离，通常就是启闭机的轨迹，但在弧形轨道上运行的启闭机有细微的差别，所以弧形轨道应标明最小弯曲半径。(5)吊点间距，对于双吊点启闭机而言，由闸门上两个吊点的布置情况来确定。它等于吊闸门在最高位置时，两个取物元件之间的水平间距。

启闭机的选型要求

启闭机的形式很多，所以启闭机选型要根据水工布置、门型、孔数及操作运行、时间要求和启闭机在设计、制造和运行等方面的主要特点，经全面的技术经济论证后选定。启闭机的选型还要满足技术先进、经济合理、操作可靠、安全运行、维修方便、景观协调和安全卫生的要求，同时要尽量发挥启闭机在工程中的最大效益。

启闭机的选用要考虑系列化的产品。启闭力应大于或等于计算启闭荷载;当小于计算启闭力时，不得超过5%，同时要满足启闭机的系列标准规定。

启闭机扬程根据运行条件决定，并应该满足：(1)溢流闸门可高出溢流水面曲线(1-2)m，以避免闸门受水面漂浮物的撞击。(2)快速闸门可提高到孔口以上(0.5-1.0)m。(3)闸门检修时可以提到检修平台以上(0.5-1.0)m。启闭机还要留有适当的裕度。为了保证启闭机安全可靠的工作，启闭机要根据情况装设相应的安全装置，如制动器、荷载限制器、升降限位装置、行程限制器以及电气保护装置，启闭机还应该采取防潮通风、防腐蚀和防风沙的保护措施。启闭机要安装在最高水位以上，防止启闭机被淹，并便于闸门、门槽及启闭机部件的正常检修。根据气候、风沙情况，考虑检修工人的工作条件，布置在室外的启闭机要加设活动机罩和栏杆。在严寒地区，机房应该有保温措施，选择工作油或柔滑油的牌号时要考虑工作地区的气温条件。根据启闭机工作状况和技术经济指标，有条件时可采用高扬程启闭机，以避免拆卸吊杆，布置高扬程启闭机时要防止动滑轮组，钢丝绳与闸门门槽的干扰。

清污机的选型

建设水利工程项目，拦污栅是不可缺少的设备。用来阻拦水流中所携带的污物，保护机组、闸门不受损害，保证机组等设备的安全运行。设置拦污栅后，污物容易积聚在拦污栅前，造成拦污栅被堵塞，甚至压垮拦污栅，影像建筑物及设备的安全，为了防止污物堵塞拦污栅，要使用清污机可以将污物从栅面捞起来，节省大量的劳动力并降低工人的劳动强度、改善劳动条件，尤其是在动水情况下工作，是别的清污方式所不能比拟的。

在设计中要根据工程的实际情况，具体分析，充分论证，综合比较，根据总体布置和污物情况，选择合适的清污机，要做到既满足要求，保证工程的正常运行，又安全可行、经济合理。当进水口布置在拦河闸坝上，在汛期污物较多，在电灌站抽水时，大部分污物顺水积聚在拦污栅前，较难排走，此时应选用清污能力较好的耙斗式清污机。对于进水口在河岸一侧的引水式，大部分污物积聚在拦河坝前，可以利用排污孔溢洪道排走，小部分污物聚集在拦污坝前，此时可以选用造价低的悬吊式清污机进行清理。一般耙斗式清污机和悬吊式清污机通常兼作拦污坝的起吊设备。当进水口布置在河岸一侧的引水式、无拦河坝的，因为进水口流速和流量小于主河道的流速和流量，污物体积小、数量少，一般选用回转式清污机。

启闭设备已在水利工程中获得广泛应用，是水利工程生产运行的重要物质基础，在工程管理中要始终坚持“设备是根本”的原则。同时启闭设备系统的安全可靠性亦在不断提高和完善，研究和应用无污染的启闭设备，提高运行管理人员的技术水平，可进一步提高启闭设备的应用范围和安全性。可以肯定，随着国民经济的更进一步发展，启闭设备价格的降低，它将越来越广泛的应用于水利工程项目建设。