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溪洛渡水电站8000kN特大型门机研制

编辑:   发布时间:2018-07-23

1概述

1.1工程背景

    金沙江溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江上。是一座以发电为主,兼有拦沙、防洪和改善下游航道条件等综合利用效益的巨型水利水电枢纽,总装机容量1386万千瓦,年均发电571.2亿千瓦时,是中国第二、世界第三大水电站。

    溪洛渡水电站泄洪坝顶8000kN /160kN双向门机,是该电站坝顶最关键的启闭设备,其小车用于深孔事故闸门的启闭和吊运,回转吊用于表孔液压油门机的安装、检修。深孔事故闸门为动水启闭,需要门机性能的稳定、可靠为电站大坝的安全运行保驾护航。该门机是目前国内在建及投入运行中最大容量的水电站门机;门机小车吊重在坝面上时为垂直起吊工况,小车启闭门槽内闸门时为斜拉工况;由于溪洛渡水电站拦河大坝为双曲拱坝,门机运行轨道沿大坝轴线布置,因此门机沿同心圆弧轨道运行。

1.2主要技术性能指标

    溪洛渡水电站8000kN/160kN双向门式启闭机需达到的主要技术性能指标为:

    ① 额定启门力8000kN,动载试验荷载为8800kN,静载试验荷载为10000kN;

    ② 满载起升速度为0.23~2.3m/min,空载起升速度为/0.23~4.6 m/min;

    ③ 满载斜拉角度~4.3987°;

    ④ 小车行走液压驱动,行走速度~1.0 m/min;

    ⑤ 回转吊起升载荷160kN,起升速度0.27~2.7/0.27~5.4 m/min;

    ⑥ 回转机构回转速度0.039~0.39 r/min,回转角度150º;

    ⑦ 大车行走走弧型轨道,轨道半径分别为R296.6m及R284.1m,行走速度2.11~21.1 m/min;

1.3主要技术难点

    (1)门机小车起升机构起升容量8000kN,为目前世界水电行业运行及在建工程中的最大容量。门机机构配置要求高,全部采用全闭式传动、起升机构钢丝绳在卷筒上采用单层缠绕。截止本项目之前,投入运行的水电站最大容量门机为6300kN/200kN双向门式门机,其主起升机构采用的是普通开式齿轮传动结构,结构复杂,传动效率低,对本项目没有实际的参考意义。

    (2)小车起升机构满足垂直及斜拉两种运行工况。小车起升机构启闭孔内闸门时为斜拉工况,斜拉角度~4.3987°,斜拉最大载荷达8000kN,为目前世界水电行业运行及在建工程中的最大斜拉容量。

    (3)门机轨道外圆弧半径为R296.6m,内圆弧半径为R284.1m。项目投入运行前,沿弧形轨运行的门机,其运行台车多采用平面滑动支承方式,都有一些或多或少的啃轨现象,需研究解决门机大车沿圆弧形轨道运行的技术难题。

    (4)特大型门机钢结构的设计、制作、预组装、工地斜拉负荷试验等技术。门机的钢结构主要包括门架和小车架,作为起升机构承载的支撑结构,其重量占据了门机自重的50%~60%,特别是大容量门机的钢结构,其结构形式的设计直接影响着门机自身的受力状态,也直接影响门机安装基础的承载能力。钢结构的轻量化、模块化设计显得尤为重要,特大型门机的厂内预组装一直是水电行业内的一个突出技术难点。

    (5)特大型门机的电气控制系统技术的掌握及运用。节能技术在特大型门机的应用,数字化、智能化控制系统,门机高可靠性要求的实现,适应多电气驱动、工控网等技术。

2.项目主要成果及创新点

2.1专利成果

4项技术成果申报发明专利,其中2项获得授权,2项处于实质性审查阶段

    1)钢丝绳的调整装置                

    专利号ZL201510089376.9

    2)一种钢丝的绳调整装置            

    专利号ZL201510089270.9

    3)起重机行走机构新型台车装置      

    申请号201310154768.X

    4)起重机的起升机构                

    申请号201610243432.4

8项技术成果申请实用新型专利,均已获得授权

    1)一种起重机行走机构新型台车装置  

    专利号ZL201320226745.0

    2)钢丝绳调整装置                  

    专利号ZL201520117885.3

    3)一种钢丝绳调整装置              

    专利号ZL201520117671.6

    4)一种自动回转焊接装置            

    专利号ZL201520117684.3

    5)一种起重机的起升机构            

    专利号ZL201620329161.X

    6)一种起重机起升机构              

    专利号ZL201620329144.6

    7)一种起重机卷筒装置              

    专利号ZL201620329145.0

    8) 一种大容量起重机起升机构        

    专利号ZL201621357624.X

2.2学术论文

    1)《溪洛渡水电站8000kN/160kN双向门机主起升机构设计论述》发表在《起重运输机械》2015年08期;

    2)《国内最大容量门式启闭机设计关键技术》发表在《水电站机电技术》2015年09期;

    3)《门机新型大车运行机构》发表在《科技成果》2016年第6期;

    4)《溪洛渡水电站8000kN/160kN双向门机门架结构制造关键技术》完成撰写。

2.3科研报告

    1)完成中国水利水电建设股份企业2011年度科研项目--“溪洛渡水电站8000kN/160kN门机的研制” 112页约5.1万余字的科研成果验收报告。

    2)完成“2013年度四川省重大技术装备创新研制及产业化专项”--“金沙江溪洛渡水电站坝顶8000kN/160kN双向门式启闭机”项目95页约3.5万余字的科研成果验收报告。

2.4制造成果

    生产制造了主起升具有斜拉功能,大车沿圆弧轨运行的8000kN/160kN双向门机1台套,并已顺利投入运行,状况良好。

2.5主要创新点

    项目为目前世界已建水电工程最大容量的双向门式启闭机,起升容量大,设计制作难度高。项目经过产品开发研究,工程应用效果良好,项目主要研究成果及创新点:

    (1)研究完成了一种特大容量、起升斜拉、大车沿圆弧轨道运行并适用于水电行业的门式起重机。门机的结构设计实现了模块化、轻量化,电气控制采用了整流回馈的技术措施,满足物流工程发展对起重设备实现环保、绿色、节能的发展要求。

    (2)研究了一种适用于特大容量门式起重机的起升机构,实现了大机构采用通用件、机构技术性能可靠、机构外形简洁、安装维护方便快捷。改变了过去大容量起升机构结构复杂、机构布置庞大、投资维护成本很高的落后现状。

    (3)优化了大容量、斜拉工况门式起重机钢结构设计布局,采用有限元分析App对钢结构进行数据分析,实现了结构轻量化设计,选取了经济合理的结构型式,使门机钢结构自重优化率达25%。

    (4)利用多电机的位置同步和力矩均衡控制技术,解决了特大容量起升机构多台电动机的驱动控制。拖动系统采用整流回馈装置,满足门机绿色环保的运行要求。控制系统的光纤环网,提高了门机的控制可靠性。数字化技术,满足门机小车液压系统的高精度同步运行要求,实现对门机的安全监控以及门机参数的数字化设置。

    (5)研究采用了适应门机起升斜拉工况的最佳小车驱动方式--液压双缸驱动;门机各部分分别研究采取了相应的技术措施,克服了小车起升斜拉工况对门机结构的不利影响,实现水电站对起重设备高可靠性、高安全性、智能化的的要求。

    (6)研究了一种新型门机大车运行机构。解决了以往大车沿圆弧轨道运行门机常见的大车啃轨问题,确保了门机的安全稳定运行。

    (7)制定了一种适应斜拉工况的门机负荷试验方法。确保了特大容量、斜拉起重机型式试验的顺利进行,为起重机投入电站运行提供了可靠的技术保障。

    项目成果已在依托工程成功应用,获得了10项发明及实用新型专利授权,经济社会效益明显,具有推广应用前景。

    项目研究成果实现了水电行业重大工程装备技术的新突破,经电建集团鉴定委员会鉴定,达到了国际领先水平。

3.成果应用情况和效益分析

3.1成果应用情况

3.1.1专利技术应用

、一种新型卷筒短轴结构应用项目:

    ①、长江三峡水利枢纽升船机上闸首工作门2×2500kN桥式启闭机

    ②、四川省大渡河安谷水电站主厂房400t+400t双小车桥式起重机

    ③、四川大渡河枕头坝一级水电站坝顶2×2500kN/500kN双向门机

、一种新型制动器布置结构应用项目:

    ①、长江三峡水利枢纽升船机上闸首工作门2×2500kN桥式启闭机

    ②、长江三峡水利枢纽升船机上闸首辅助门2×1500kN桥式启闭机

    ③、四川大渡河枕头坝一级水电站坝顶2×2500kN/500kN双向门机

    ④、四川省大渡河长河坝水电站进水口2500/630/630kN双向门机

    ⑤、四川省大渡河长河坝水电站放空洞事故闸门2×6300kN固定卷扬式启闭机

    ⑥、四川省大渡河长河坝水电站泄洪洞2×1600kN固定卷扬式启闭机

、一种自动回转焊接装置:

    ①、贵州乌江沙沱升船机8件卷筒,卷筒长3.2m,绳槽顶峰外径Φ3982mm,单件毛重50t;

    ②、贵州乌江构皮滩升船机16件卷筒,卷筒长3.95米,直径Φ4586mm,单件重60t;

    ③、木里河立洲水电站调压井6300kN/1500kN固定机起升卷筒,卷筒长6.3米,直径Φ2950mm,单件重37t;

    ④、其它大型启闭、起重设备的卷筒30余件,毛坯重量共400多吨。

、一种起重机行走机构新型台车装置:

    金沙江向家坝水电站右岸坝后电站进水口2000kN/2-800kN双向门机

3.1.2专有技术应用

、小车液压驱动系统应用项目:

    埃塞俄比亚吉布III溢流坝中孔5000kN双向门机

、圆弧轨道运行技术应用项目:

    金沙江向家坝水电站右岸坝后电站进水口2000kN/2-800kN双向门机

、门架结构设计技术应用项目:

    ①、埃塞俄比亚吉布III溢流坝中孔5000kN双向门机

    ②、四川大渡河枕头坝一级水电站坝顶2×2500kN/500kN双向门机

    ③、四川省大渡河长河坝水电站进水口2500/630/630kN双向门机

    ④、金沙江向家坝水电站右岸坝后电站进水口2000kN/2-800kN双向门机

、门架厂内制作及预拼装技术应用项目:

    ①、四川大渡河枕头坝一级水电站坝顶2×2500kN/500kN双向门机

    ②、四川省大渡河长河坝水电站进水口2500/630/630kN双向门机

    ③、金沙江向家坝水电站右岸坝后电站进水口2000kN/2-800kN双向门机

    ④、埃塞俄比亚吉布III溢流坝中孔5000kN双向门机

、多电机同步控制技术应用项目:

    ①、长江三峡水利枢纽升船机上闸首工作门2×2500kN桥式启闭机、上闸首辅助门2×1500kN桥式启闭机、下闸首检修门2×800kN桥式启闭机

    ②、四川大渡河枕头坝一级水电站坝顶2×2500kN/500kN双向门机

    ③、四川省大渡河长河坝水电站尾水洞2×1600kN台车式门机、尾调室2×1600kN台车式启闭机、放空洞事故闸门2×6300kN固定卷扬式启闭机、泄洪洞2×4500kN固定卷扬式启闭机、泄洪洞2×1600kN固定卷扬式启闭机、放空洞2×1250kN固定卷扬式启闭机

    ④、埃塞俄比亚吉布III溢流坝中孔5000kN双向门机

3.2成果应用效益

    本课题的研究促进了水电站门机的设计制造技术进步,特别是特大容量、小车斜拉起升、大车沿圆弧轨道运行的双向门机的设计技术开发,及其关键零部件、大型门架钢结构的厂内制造、预拼装技术的发展。有效降低了设备制造成本,提高了产品质量,具有很好的经济和社会效益。增强了企业的综合竞争能力,巩固了企业在水电行业的的技术引领地位。

    课题完成时,依托项目取得良好经济效益。完成合同额:1493万元、利润:92万元、上交税金:70万元。

3.2.1经济效益

    溪洛渡水电站8000kN/160kN门机的研制课题所取得的各项成果,完全满足了依托工程金沙江溪洛渡水电站坝顶8000kN/160kN双向门机设计、制造及安装的需要。

    项目专利技术应用项目在2013-2015年度产生直接经济效益461余万元;专有技术应用项目在2013-2015年度产生直接经济效益926余万元。其主要项目如下:

    (1)新型起升机构布置型式,将特大型起重机的电动机、减速器等关键外购件纳入标准系列,直接省去了大量非标件的直接设计费、模具费、单件生产费、型式实验费等诸多费用。

    (2)新型卷筒短轴结构,降低了卷筒的加工难度,拓宽了卷筒加工设备的可选范围,减少了特大型机床的加工费用,并提高了普通加工机床的利用率,节约加工及相关辅助费用。

    (3)自动回转焊接装置专利技术的应用,降低了卷筒及回转吊支座等部件环形焊缝的焊接难度,并大大提高了工作效率,有效降低了卷筒的焊接工期,也使焊接质量更容易保证。减少了焊缝的处理工期及相关费用。

    (4)特大容量门机的钢结构优化设计,直接减少了门机结构自重约95t,优化率达到25%,节约了大量钢材、焊材等原材料采购成本及制作加工费用。

    (5)项目的成功研制,提高了企业对超大型起重机的设计制作水平,增加了企业竞争能力,为后续争取到枕头坝、长河坝、安谷、乌东德等水电项目起重设备的设计制造合同订单打下了坚实的技术基础,取得很好的长期间接经济效益。

3.2.2环保效益

    溪洛渡水电站8000kN/160kN门机的研制课题所取得的成果,改变了传统大容量起重机的结构设计型式,实现了轻量化、模块化设计,节约了大量钢材、焊材等原材料,优化了特大容量起重机的制作工艺流程,节约了大量制作、加工及拼装费用;门机每正常起吊一次闸门,整流回馈将节约电能约200度电。从而实现了节能减排的社会环境目标。

3.2.3社会效益

    2014年10月2日,随着金沙江溪洛渡水电站坝顶8000kN/160kN双向门机特种设备型式试验合格证的颁发,标志水电站特大型门式起重机研制获得新突破性发展,水电行业最大容量起重机的研制获得成功。项目的成功研发并投入运行,满足了金沙江溪洛渡水电站大坝安全运行的需要,为国家重点工程的建设作出的贡献,也为后续我国西部高海拔山区待开发水电项目的建设提供可靠的技术借鉴和参考。

 

主创人员吴思够、曾  文、李启江、蒋从军、姚  刚、杨  芳、李  谦、夏  理、江健炜、李  健、闫  军、顾旭昌、赵  明、沈卫民、张君松

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