2.4 液压启闭机系统性能比较

2.4.1 液压启闭机系统性能

液压启闭机的特点很大程度上是由其工作原理所决定的。液压传动是利用液体的压力能来传递能量的一种传动方式，与卷扬式启闭机、螺杆启闭机等其他传动形式相比，具有以下无与伦比的优点：

（1）由于是静压传动，传动平稳，并能够远距离传递动力，液压启闭机的启闭力适用范围广。

（2）可对闸门施行下压力，减轻闸门配重，降低闸室结构设计荷载。

（3）液压传动与电气控制结合，便于实现集中控制和自动化。

（4）液压启闭机结构紧凑，体积小，自身重量轻，但承载能力大。

（5）可以实现很大范围内无级调速，且调速方便。

（6）换向方便，缓冲性能好，且易于实现过载保护，工作安全可靠。

（7）在失去电源的事故情况下，可使闸门快速下降，比用飞球调速器的QPK型固定卷扬式启闭机更安全可靠。

（8）油缸结构简单，液压元件自动润滑性好，经久耐用。

（9）液压系统中的液压元件有标准化、系列化产品可供选择，设计简单，制造周期短。

液压启闭机的缺点主要是液压缸与活塞杆配合精度高，加工成本较高；另外，密封质量较差时液压油容易渗漏。

2.4.2 卷扬式启闭机性能

除液压启闭机之外，目前常用的启闭机还有卷扬式启闭机。卷扬式启闭机是利用钢索或钢索滑轮组作吊具与闸门相连接，电机的转动力矩通过齿轮传动使卷扬筒绕放钢索从而带动闸门升、降。卷扬式启闭机一般分为单吊点和双吊点两种，双吊点启闭机是通过连接轴将两个单吊点启闭机连接在一起同步运行，可做成一边驱动或两边驱动。

目前国内常见的卷扬式启闭机型号有以下四种：QPQ平面闸门卷扬式启闭机、QPG高扬程卷扬式启闭机、QH弧形门卷扬式启闭机、QPK快速卷扬式启闭机等。目前在四川溪洛渡、浙江滩坑、四川深溪沟等水利水电枢纽工程中，采用单吊点卷扬式启闭机最大起重量达到8000kN。由葛洲坝集团机船公司与二滩水电开发有限责任公司制造的8台9000kN单吊点卷扬式启闭机，于2010年年底用于锦屏二级水电站。即将用在金沙江溪洛渡水电站上的起重量为2×8000kN的双吊点卷扬式启闭机，将是世界上规格最大的固定卷扬式启闭机。

卷扬式启闭机同样具有结构简单、运行平稳、承载能力大、安装方便等优点，所以使用较为广泛。但是，卷扬式启闭机不能产生向下的压力，故其仅适用于靠自重、水柱或其他加重方式关闭的闸门，造成卷扬式启闭机自重较大。卷扬式启闭机在启闭运行中，只要闭门力设计合理，一般问题不大，但当闸门的自重小于由各种因素产生的总阻力时，就会造成闸门卡死而不能正常关闭的情况，可靠性较差。

2.4.3 液压启闭机应用效果分析

鉴于液压启闭机具有结构简单、布置紧凑、承载能力大、调速和换向方便、运行平稳、容易实现自动化控制等许多优点，在水电工程建设中恰当地选用液压启闭机可以获得显著的工程效益。如前所述，液压启闭机主要用于弧形闸门、“人”字形闸门、快速闸门和高水头、大容量的深孔闸门。

（1）对于表孔或深孔弧形闸门，在大孔口、大启门力、特别是靠自重不能关门而需要施加闭门力的情况下，液压启闭机要比卷扬启闭机或其他型式的启闭机更容易满足使用要求，同步问题也容易解决，还可以简化水工布置，节省土建投资，而且枢纽建筑物显得协调美观，工程效益比较明显。

根据相关报告材料，广西昭平电站的溢流坝表孔弧形工作闸门采用液压启闭机，省去了坝顶启闭机工作桥，坝面布置紧凑，不影响交通；在工程投资方面，虽然液压启闭机的单价较高，但是其重量较轻，而且土建方面节省了投资。根据2000年左右的价格对液压式启闭机和卷扬式启闭机两种方案所作的经济比较（见表2.1），两种方案的总造价相差不大，但是，液压启闭机方案有工作可靠、启闭平稳、施工方便、操作灵活、便于集中控制等诸多优点，总的工程效益还是液压式启闭机优于卷扬式启闭机。

2008年建成投入运行的刘家道口节制闸工程，属于淮河流域内大型水利工程，也在工程设计阶段提出了多种启闭机布置方案进行优选：

1）前拉式弧形闸门启闭机布置方案。利用卷扬式弧形闸门启闭机前拉式布置启闭弧形闸门。此方式弧形闸门的吊点设在面板上游下主梁处，钢丝绳对面板有一个弧形包角，启门力产生的附加力由上、下主框架共同承担。具有启吊型式简单，启闭力臂大、启门力小等优点。其缺点是为满足弧形闸门的最大开度要求，启闭机工作桥需设置高排架，增加了闸室高度，使地震惯性力明显增大，对工程抗震能力十分不利。而刘家道口节制闸位于9度强地震区，显然，这种布置方式对节制闸的抗震是不利的。

2）卷扬式平面门启闭机（改造型）后拉式布置方案。卷扬式平面门启闭机（改造型）后拉启闭弧形闸门克服了弧形闸门启闭机自重大、价格高、抗震性能不好等缺点，取消了前拉式弧形闸门启闭机布置方式的高排架，启闭机可直接安装在闸墩上。该方式的闸门吊耳布置在下主梁两端的腹板上，与动滑轮组吊具相连接，定滑轮组则设在闸墩顶部。设计过程中考虑了单侧后拉式和双侧后拉式两种布置型式，单侧后拉式的优点是省去了启闭机工作桥，启闭机在闸墩上的布置也较为灵活，但两侧钢丝绳不等长，一侧钢丝绳要跨过孔口，挠度大且转向较多，需增加钢丝绳的承托装置和调绳装置，以解决两侧吊点的同步问题。双侧后拉式通过中间轴连接左右半机保证了吊点的同步，但增加了启闭机的工作桥，工程量有所增加。由于刘家道口节制闸孔口大，工作桥上还应设置轴承座以支承中间轴。不论是单侧后拉式还是双侧后拉式，这两种布置型式与其他布置型式相比较都是较合理的。但由于该方式使用的平面门启闭机（改造型）容量大，相应启闭机外形尺寸及平台等都变得很庞大，结合刘家道口节制闸的实际，最主要的问题是公路桥桥面高程受沂河两岸大堤堤顶高程的限制而偏低，启闭机不能置于公路桥下。所以平面门启闭机（改造型）布置方式也是不可取的。

3）液压启闭机布置方案。液压启闭机是一种新型的水工启闭机，与卷扬式启闭机相比，其工作平稳、结构简单、便于实现自动化，且安装、施工方便；可以实现无级变速；启动、制动平稳，易于防止过载；液压元件磨损小，效率高。

利用液压启闭机后拉式启闭的布置型式，其布置方式为闸门吊点设置与卷扬式平面门启闭机（改造型）后拉式布置方案基本相同，油缸安装在闸孔两侧，油缸支承座、动力站及机旁电控系统布置在闸墩上；这种布置型式的优点在于液压缸有效地利用了闸孔的空间位置，省去了启闭机工作桥及高排架，提高了工程的抗震性能；同时由于液压缸的约束作用，使闸门在控制运行过程中的振动得以缓和；缩短了闸墩长度、减少了闸室工程量。

综合经济技术比较的结果表明，液压启闭机方案具有节省投资、运行可靠、工程整体性能好等优点。因此，本设计采用液压启闭机的布置方案。刘家道口节制闸启闭型式方案比较见表2.2，表中项目为三个启闭方案可比较项目的工程量及当时的概算投资。包括闸墩、闸底板、机架桥、机房、上游检修桥、工作闸门、工作门启闭机、电气及自动控制等；不包括下游交通桥、桥头堡、消力池、上游检修闸门及启闭机等各方案相同项目。

（2）对于船闸“人”字形闸门、“一”字形闸门和充泄水工作闸门，液压启闭机的布置比较方便，还便于实现船闸的自动化控制。从国内许多大型船闸的运行情况看，效果是良好的。例如：临淮岗船闸，从2005年投运以来，液压启闭机运行情况始终处于良好状态，满足了该航运干线的通航要求。

（3）对于快速闸门或高水头、大容量的深孔闸门，如果采用卷扬式启闭机，其结构复杂、体积大、重量大，且闸门一般还需加重才能闭门，有些结构较难处理。如果采用液压启闭机，就比较容易满足调速和大容量的要求，而且双作用的液压启闭机关闭时间快速，可以满足闭门力的要求，可以节省闸门加重部分的投资。例如岩滩电站的厂房进水口平面快速闸门，孔口尺寸（宽×高）为8.2m×14.1m，设计水头为48m，所需启门力达8000kN，闭门力达6000kN。像这样超大型的快速闸门，若选用卷扬式或其他型式的启闭机，是很难满足设计和使用要求的，而采用液压启闭机则为工程建设解决了一大难题，取得了比较明显的工程效益。