NB T 10341.3-2019 水电工程启闭机设计规范 第3部分：螺杆式启闭机设计规范.pdf

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1、 ICS 27.140 P 26 中华人民共和国能源行业标准 P NB / T 10341.3-2019 代替 DL/T 5167-2002，SD 297-88，SD 298-88 水电工程启闭机设计规范 第3部分：螺杆式启闭机设计规范 Code for Design of Hoists for Hydropower Projects Part 3: Code for Design of Screw Hoists 2019-12-30 发布 2020-07-01 实施 国家能源局 发布 NB 中华人民共和国能源行业标准 水电工程启闭机设计规范 第3部分：螺杆式启闭机设计规范 Code for

2、Design of Hoists for Hydropower Projects Part 3: Code for Design of Screw Hoists NB / T 10341.3-2019 代替 DL/T 5167-2002，SD297-88，SD298-88 主编部门：水电水利规划设计总院 批准部门：国 家 能 源 局 施行日期：2020 年 7 月 1 日 中国水利水电出版社 2020 北京 NB/T 10341.3-2019 I 国家能源局 公 告 2019年 第 8 号 国家能源局批准小水电机组励磁系统运行及检修规程等152 项能源行业标准（附件1）、 Code for S

3、afe and Civilized Construction of Onshore Wind Power Projects等 39项能源行业标准英文版（附件2）， 现予以发布。 附件：1. 行业标准目录 2. 行业标准英文版目录 国家能源局 2019年12月30日 附件1： 行业标准目录 序号 标准编号 标准名称 代替标准 采标号 批准日期 实施日期 18 NB/T 10341.3-2019 水电工程启闭机设计规范 第3部分：螺杆式启闭机设计规范 DL/T 5167-2002、 SD 297-88、 SD 298-88 2019-12-30 2020-07-01 NB/T 10341.3-20

4、19 II 前 言 根据国家能源局关于下达2015年能源领域行业标准制（修）订 计划的通知（国能科技2015283号）的要求，规范编制组经广泛 调查研究，认真总结实践经验，参考有关国内先进标准，并在广泛征 求意见的基础上，修订本规范。 本规范的主要技术内容是：基本规定、设计原则和要求、荷载、 材料、机械、结构、电气、安全。 本规范修订的主要技术内容是： 本规范代替了水电水利工程启闭机设计规范DL/T 5167-2002 中的螺杆式启闭机设计的相关内容；本规范代替了QL型螺杆式启闭 机系列参数SD 297-88和QL型螺杆式启闭机技术条件SD 298-88。 增加了螺杆式启闭机分类。 增加了摇摆

5、式螺杆启闭机起吊弧形闸门的相关规定。 增加了防腐蚀的规定。 增加了机座和机箱采用焊接结构的要求。 增加了滚动式螺杆启闭机的设计要求。 增加了“安全”一章。 调整了承重螺母的材料表。 调整了螺杆式启闭机的型号和系列参数，拓展了启闭力系列。 删除了螺纹中线升角不小于4的规定。 本规范由国家能源局负责管理，由水电水利规划设计总院提出并 负责日常管理，由能源行业水电金属结构及启闭机标准化技术委员会 负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送水电 水利规划设计总院(地址：北京市西城区六铺炕北小街 2 号，邮编： 100120)。 NB/T 10341.3-2019 III 本规范主编单位：

6、水电水利规划设计总院 广东省水利电力勘测设计研究院 本规范主要起草人员：刘细龙 陶云冬 林朝晖 黄 峻 贺高年 曾庚运 何文才 李国瑞 叶宝东 李珍祥 陈叶文 付明伟 叶 曦 本规范主要审查人员：龚建新 肖段龙 陈 红 姚昌杰 方寒梅 魏文炜 陈 霞 赵辅鑫 廖永平 虞喜泉 崔 稚 吴小宁 高 伟 许定光 钟晓东 陈文华 李仕胜 NB/T 10341.3-2019 IV 目 次 1 总则 . 1 2 术语 . 2 3 基本规定 . 3 4 设计原则和要求 . 5 4.1 一般规定 . 5 4.2 选型及配置 . 6 4.3 传动机构 . 6 4.4 机架及埋件 . 7 4.5 安全保护装置 .

7、 7 4.6 防腐蚀 . 7 5 荷载 . 8 6 材料 . 9 6.1 铸件 . 9 6.2 锻件和轧件 . 9 6.3 结构件 . 10 6.4 连接材料 . 10 7 机械 . 12 7.1 起重螺杆与承重螺母 . 12 7.2 驱动机构及零部件 . 17 8 结构 . 23 8.1 计算原则 . 23 8.2 荷载组合 . 23 8.3 容许应力 . 23 8.4 结构件和连接的强度计算 . 28 NB/T 10341.3-2019 V 9 电气 . 33 9.1 一般规定 . 33 9.2 供电电源 . 33 9.3 控制及保护装置 . 33 9.4 照明、信号 . 34 9.5 接

8、地、防雷 . 34 10 安全 . 35 10.1 标记、铭牌、安全标志 . 35 10.2 机械、结构、电气、消防安全要求 . 35 10.3 使用维护文件 . 36 附录A 螺杆式启闭机型号和系列参数 . 37 附录B 梯形螺纹的设计牙型和设计牙型尺寸 . 40 附录C 摩擦系数及效率 . 42 附录D 偏心受压稳定系数 . 43 附录E 电动机使用环境的功率修正 . 46 附录F 常用的滑动轴承材料的容许值 . 48 本规范用词说明 . 49 引用标准名录 . 50 条文说明 . 52 NB/T 10341.3-2019 VI Contents 1 General Provisions

9、. 1 2 Terms . 2 3 Basic Requirements . 3 4 Design Principles and Requirements . 5 4.1 General Requirements . 5 4.2 Type Selection and Configuration . 6 4.3 Transmission Mechanism . 6 4.4 Support and Embedded Parts. 7 4.5 Safety Protection Devices . 7 4.6 Corrosion Prevention . 7 5 Loads . 8 6 Materi

10、als . 9 6.1 Castings . 9 6.2 Forgings and Rolled Pieces . 9 6.3 Structural Members . 10 6.4 Connecting Materials . 10 7 Mechanical Design . 12 7.1 Lifting Screw and Load-Bearing Nut . 12 7.2 Driving Mechanism and Parts . 17 8 Structural Design . 23 8.1 Calculation Principles . 23 8.2 Load Combinatio

11、ns . 23 8.3 Allowable Stresses . 23 8.4 Strength Calculation for Structural Members and Connections . 28 NB/T 10341.3-2019 VII 9 Electrical Design . 33 9.1 General Requirements . 33 9.2 Power Supply . 33 9.3 Control and Protection Devices . 33 9.4 Lighting and Signal . 34 9.5 Earthing and Lightning

12、Protection . 34 10 Safety . 35 10.1 Markings, Nameplates and Safety Signs . 35 10.2 Safety Requirements for Mechanism, Structure, Electrical Design and Fire Protection . 35 10.3 Operation and Maintenance Manuals . 36 Appendix A Types and Series Parameters for Screw Hoists . 37 Appendix B Design Prof

13、ile and Dimensions of Trapezoidal Screw Thread . 40 Appendix C Friction Factors and Efficiencies . 42 Appendix D Stability Coefficient of Eccentric Compression . 43 Appendix E Motor Power Correction Considering Working Environment . 46 Appendix F Allowable Values of Common Sliding Bearing Materials

14、48 Explanation of Wording in This Code . 49 List of Quoted Standards . 50 Addition: Explanation of Provisions . 52 NB/T 10341.3-2019 1 1 总则 1.0.1 为了规范水电工程螺杆式启闭机设计，制定本规范。 1.0.2 本规范适用于水电工程中启闭各类闸门的螺杆式启闭机设计。 1.0.3 水电工程螺杆式启闭机设计，除应符合本规范外，尚应符合 国家现行有关标准的规定。 NB/T 10341.3-2019 2 2 术语 2.0.1 螺杆式启闭机 screw hoist

15、通过起重螺杆和承重螺母的旋合传递运动和动力，将旋转运动 转化为直线运动，用以操作闸门开启或关闭的设备。 2.0.2 起重螺杆 lifting screw 螺杆式启闭机中用于传递荷载或位移的长杆，其行程段为外 表面有螺纹槽的圆柱体。 2.0.3 承重螺母 load-bearing nut 支承在机架上的块体，其内表面有螺纹槽，与起重螺杆组成 螺纹副，承受螺杆传递的荷载。 2.0.4 启门力 lifting force 为了开启闸门由启闭机施加于闸门的荷载。 2.0.5 闭门力 closing force 为了关闭闸门由启闭机施加于闸门的荷载。 2.0.6 持住力 holding force 闸门

16、关闭过程中，为控制闸门的下降速度，启闭机所承受的来 自闸门的荷载。 2.0.7 螺旋传动 screw drive 通过螺杆和螺母的旋合，将旋转运动转换为直线运动的机械传 动。按螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传 动。 NB/T 10341.3-2019 3 3 基本规定 3.0.1 螺杆式启闭机应由驱动装置、起重螺杆、承重螺母、支承结 构和检测装置等组成，电动螺杆式启闭机还应包括电气控制和保护 系统等。 3.0.2 螺杆式启闭机设计应主要收集下列资料： 1 闸门运行对启闭操作条件、起升高度、启闭速度、启闭方 式、充水方式等要求。 2 水文、气象、泥沙、水质、海拔高程等环境条件资

17、料。 3 荷载资料。 4 水工建筑物布置图、闸门及门槽的尺寸、闸门与启闭机连 接的有关尺寸和要求。 5 电气控制方式及接口要求。 6 动力电源要求。 7 制造、运输和安装等方面的条件和要求。 8 地震资料。 9 合同文件和其他特殊要求。 3.0.3 螺杆式启闭机型号和系列参数宜符合本规范附录A的规定。 3.0.4 螺杆式启闭机应设置相应的安全保护装置，包括荷载限制 器、限位装置以及电气保护装置等。 3.0.5 螺杆式启闭机应根据工作环境采取防雷、防潮、通风、防腐 蚀和防风沙等保护措施。 3.0.6 螺杆式启闭机的机械零件和结构件可不进行疲劳强度的计 算。 3.0.7 螺杆式启闭机的运输单元不宜

18、大于交通运输规定和现场安装 条件限制的最大外形尺寸和最重件重量的限制要求，并应具有必要 的刚度。 NB/T 10341.3-2019 4 3.0.8 螺杆式启闭机的厂内组装与检测应符合现行行业标准水电 工程启闭机制造安装及验收规范NB/T 35051的规定。 NB/T 10341.3-2019 5 4 设计原则和要求 4.1 一般规定 4.1.1 螺杆式启闭机设计应满足安全适用、运行可靠、技术先进、 经济合理、维修方便、景观协调、劳动安全、节能环保，构造协调 和操作界面友好等要求。 4.1.2 螺杆式启闭机的总体设计及设备布置应根据水工建筑物的布 置、闸门型式、起升高度、启闭速度及操作运行时间

19、要求等，经全 面的技术经济论证后确定。 4.1.3 螺杆式启闭机适用于操作中小型闸门，应采用一门一机的布 置型式。 4.1.4 螺杆式启闭机宜设在机房内，并根据气候、风沙情况、运行 检修条件等，对机房提出具体要求，应留有操作及检修空间，启闭 机与墙壁之间的人行通道宽度宜大于0.8 m。布置在室外的启闭机应 加设活动机罩，电气设备应设置防雷、防尘、防潮和防雨等设施。 4.1.5 螺杆式启闭机行程应满足闸门的工作和检修要求，并留有裕 度。 4.1.6 螺杆式启闭机安装高程应满足安全运行要求，启闭机动力部 分和电气设备应防止被淹，并满足闸门、门槽及启闭机部件等正常 检修的要求。 4.1.7 螺杆式启

20、闭机用于启闭平面闸门时，其螺杆中心线应与闸门 起吊中心线一致；用于启闭弧形闸门时，应设置灵活可靠的摆动装 置。 4.1.8 双吊点和多吊点螺杆式启闭机的各吊点之间应设置同步装置。 4.1.9 螺杆式启闭机应具备现地操作功能。有远程操作要求的螺杆 式启闭机，应设置视频监视系统。 4.1.10 操作泄洪工作闸门的电动螺杆式启闭机应设置应急电源。中 NB/T 10341.3-2019 6 小型螺杆式启闭机宜采用手电两用式，大中型螺杆式启闭机宜设无 电应急操作装置。 4.2 选型及配置 4.2.1 螺杆式启闭机可按下列方式分类： 1 按驱动方式分手动、电动和手电两用。 2 按螺杆的布置型式分立式、卧式

21、和斜置式。 3 按螺杆支承结构分固定式和摇摆式。 4 按吊点数分为单吊点、双吊点和多吊点。 5 按螺旋传动副类型分为滑动式和滚动式。 4.2.2 螺杆式启闭机的型式选择应根据闸门的型式、布置、启闭力 及操作要求等确定。 4.2.3 螺杆式启闭机应根据确定的传动方案选择螺杆螺母参数，并 配置相应的驱动装置、支承结构及埋件、电气控制和检测设备。 4.2.4 机座和机箱可采用焊接或铸造结构，并满足强度和刚度要 求。储油润滑的机箱应设置密封装置。 4.2.5 电动螺杆式启闭机应设置行程检测装置，手动螺杆式启闭机 应有行程指示。 4.2.6 利用下压力闭门的螺杆启闭机吊杆采用铰接时，应设置带减 摩滑套的

22、导向支承座。 4.3 传动机构 4.3.1 螺杆式启闭机传动机构宜采用自锁式，非自锁传动机构应配 备制动装置。 4.3.2 螺杆式启闭机宜采用弧齿锥齿轮传动或蜗轮蜗杆传动。 4.3.3 手动螺杆式启闭机的手动操作机构应方便操作，单人施加力 不宜大于150 N。手轮直接驱动的螺杆式启闭机的容量不宜大于32 NB/T 10341.3-2019 7 kN。 4.3.4 滑动螺旋传动副应采用梯形螺纹，并应验算螺纹的强度。 4.3.5 承受压力的螺杆在全伸状态下长细比不应大于200，并验算 其稳定性；承受拉力的螺杆在全伸状态下长细比不应大于250。 4.3.6 承重螺母、齿轮等机械旋转部件应根据工作性质

23、及使用要求 设置轴承，电力驱动的机械旋转部件的轴承宜采用滚动轴承。 4.4 机架及埋件 4.4.1 机架宜采用焊接结构，其设计荷载不应小于额定启闭力的1.1 倍与设备自重之和。 4.4.2 机架应满足强度、刚度和稳定性的要求。 4.4.3 埋件应有足够的强度，在额定启闭力的作用下而不被破坏。 4.5 安全保护装置 4.5.1 电动和手电两用螺杆式启闭机应设置过载安全保护装置和极 限行程限位装置。 4.5.2 手电两用和手动螺杆式启闭机应装设安全手把。 4.5.3 手电两用螺杆启闭机的手动机构与电动机构应设置互锁保护 装置。 4.6 防腐蚀 防腐蚀要求应根据启闭机工作环境、环保要求、工作年限、使

24、 用工况等确定，并符合现行行业标准水电水利工程金属结构设备 防腐蚀技术规程DL/T 5358中的规定。 NB/T 10341.3-2019 8 5 荷载 5.0.1 自重荷载应包括启闭机的结构、机械设备和电气设备等的重 力。 5.0.2 启闭荷载应为作用到启闭机与闸门或吊杆连接吊耳上的最大 启门力、持住力及闭门力。 5.0.3 螺杆式启闭机自身可不考虑风荷载和雪荷载，但机罩设计应 考虑风荷载和雪荷载，其取值应符合现行国家标准建筑结构荷载 规范GB 50009中的规定。 5.0.4 螺杆式启闭机可不考虑温度荷载。 5.0.5 抗震设计烈度大于或等于度时，应考虑地震荷载作用。 NB/T 10341

25、.3-2019 9 6 材料 6.1 铸件 6.1.1 碳素钢铸件应采用现行国家标准一般工程用铸造碳钢件 GB/T 11352中规定的ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、 ZG340-640等材料。 6.1.2 合金钢铸件应采用现行行业标准大型低合金钢铸件 技术 条件JB/T 6402中规定的ZG35Cr1Mo、ZG42Cr1Mo、ZG40Cr1、 ZG34Cr2Ni2Mo、ZG65Mn、ZG40Mn2、ZG50Mn2等材料。 6.1.3 灰铸铁件应采用现行国家标准 灰铸铁件GB/T 9439中规 定的HTl50、HT200、HT250等材料。 6.1.4 球墨铸铁应采

26、用现行国家标准 球墨铸铁件GB/T 1348中 规定的QT450-10、QT500-7等材料。 6.1.5 可锻铸铁件应采用现行国家标准可锻铸铁件GB/T 9440 中的牌号KTH300-06、KTZ450-06、KTZ550-04、KTB350-04等材 料。 6.1.6 铜合金铸件应采用现行国家标准铸造铜及铜合金GB/T 1176中规定的ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuSn10P1、ZCuAl10Fe3、 ZCuAl10Fe3Mn2、ZCuPb30等材料。 6.2 锻件和轧件 6.2.1 碳素钢锻件应采用现行国家标准优质碳素结构钢GB/T 699中规定的20、25、35、45、55、50M

27、n、65Mn等材料。 6.2.2 低合金钢锻件和轧制件应采用现行国家标准低合金高强度 结构钢GB/T 1591中的牌号Q355。 6.2.3 合金钢锻件应采用现行国家标准合金结构钢GB/T 3077 中规定的35SiMn、42SiMn、40MnB、35CrMo、42CrMo、40Cr、 40CrNi、20CrMnTi等材料。 NB/T 10341.3-2019 10 6.2.4 不锈钢锻件应采用国家现行标准不锈钢棒GB/T 1220和 大型不锈、耐酸、耐热钢锻件 技术条件JB/T 6398中规定的有 关材料。 6.2.5 锻件对硬度和耐磨性有较高要求时，应采用现行国家标准 工模具钢GB/T 1

28、299和高碳铬轴承钢GB/T 18254中规定的 有关材料。 6.3 结构件 6.3.1 承载结构件材料应采用现行国家标准碳素结构钢GB/T 700中的Q235、低合金高强度结构钢GB/T 1591中的Q355。启闭 机的承载结构件材料选用应符合表6.3.1的规定。 表6.3.1 启闭机的承载结构件材料选用 工作时环境温度 不低于0 不低于-20 低于-20 钢材牌号 Q235B、Q355B Q235C、Q355C Q235D、Q355D 注：工作环境温度按启闭机使用地点的年最低日平均温度确定。 6.3.2 用于结构件的不锈钢材料应采用现行国家标准不锈钢和耐 热钢 牌号及化学成分GB/T 20

29、878中的牌号06Cr19Ni10、 12Cr18Ni9等材料。 6.4 连接材料 6.4.1 焊接材料应符合下列规定： 1 手工焊接的焊条应采用现行国家标准非合金钢及细晶粒钢 焊条GB/T 5117或热强钢焊条GB/T 5118中的有关型号。焊条 型号应与母材强度相适应。 2 自动焊和半自动焊的焊丝和焊剂应符合现行国家标准埋弧 焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合分类 要求GB/T 5293和埋弧焊用热强钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝- NB/T 10341.3-2019 11 焊剂组合分类要求GB/T 12470中的规定，焊丝和焊剂型号应与母 材强度相适应。 6.4.2 紧

30、固件材料应符合下列规定： 1 普通螺栓、螺钉和螺柱的材料应符合现行国家标准紧固件 机械性能 螺栓、螺钉和螺柱GB/T 3098.1、 紧 固 件机械性能 紧定 螺钉GB/T 3098.3中的规定，螺母的材料应符合现行国家标准紧 固件机械性能 螺母GB/T 3098.2中的规定。 2 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱的材料应符合现行国家标准紧固 件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱GB/T 3098.6中的规定，不锈 钢螺母的材料应符合现行国家标准紧固件机械性能 不锈钢螺母 GB/T 3098.15中的规定。 3 高强度螺栓、螺母、垫圈的材料应符合现行国家标准钢结 构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技

31、术条件GB/T 1231 中的规定。 6.4.3 主要承载连接销轴的材料，宜采用现行国家标准优质碳素 结构钢GB/T 699中规定的牌号为35、45的钢材，或合金结构钢 GB/T 3077中规定的42CrMo、40Cr等材料，并宜进行必要的热处理。 NB/T 10341.3-2019 12 7 机械 7.1 起重螺杆与承重螺母 7.1.1 滑动螺旋传动起重螺杆宜采用现行国家标准优质碳素结构 钢GB/T 699中规定的牌号为35、45等钢材。需采用不锈钢时， 可采用现行国家标准不锈钢棒GB/T 1220 中规定的 12Cr13、 20Cr13等材料。承重螺母的材料宜采用青铜，容量不大于32 kN

32、的 手动螺杆式启闭机的承重螺母可采用球墨铸铁。 7.1.2 滑动螺旋传动副的梯形螺纹应符合现行国家标准梯形螺纹 第3部分：基本尺寸GB/T 5796.3的规定，螺纹升角应小于当量摩擦 角，且不宜大于4.5。梯形螺纹的设计牙型和设计牙型尺寸应符合本 规范附录B的规定。 7.1.3 滑动螺旋传动起重螺杆的强度计算应符合下列规定： 1 摩擦系数及效率宜符合本规范附录C的规定。 2 起重螺杆承受的扭转力矩应按下列公式计算： = tan(+) （7.1.3-1） =tan (/) （7.1.3-2） 式中： 扭转力矩（Nmm）。 启闭荷载（N）。 螺纹升角。 螺纹当量摩擦角。 螺纹中径（mm）。 螺杆与

33、螺母的滑动摩擦系数，根据所用材料、 加工精度及润滑情况取0.070.15，可按平均值 0.12选用。 螺纹剖面角，矩形螺纹取0，梯形螺纹取30。 NB/T 10341.3-2019 13 3 起重螺杆的扭转剪应力应按下式计算： = . （7.1.3-3） 式中： 扭转剪应力（N/mm2）。 扭转力矩（Nmm）。 螺纹小径（mm）。 4 起重螺杆承受的弯曲力矩应按下式计算： = （7.1.3-4） 式中： 弯曲力矩（Nmm）。 启闭荷载（N）。 摆动支座的摩擦系数，取值应符合本规范第C.0.1 条的规定。 摆动支座铰轴直径（mm）。 5 起重螺杆的弯曲应力应按下式计算： = . （7.1.3-5

34、） 式中： 弯曲应力（N/mm2）。 弯曲力矩（Nmm）。 螺纹小径（mm）。 6 起重螺杆的轴向应力应按下式计算： = （7.1.3-6） 式中： 轴向应力（N/mm2）。 启闭荷载（N）。 螺纹小径（mm）。 7 起重螺杆的合成应力应按下列公式计算： = + +3 （7.1.3-7） NB/T 10341.3-2019 14 . （7.1.3-8） 式中： 合成应力（N/mm2）。 弯曲应力（N/mm2）。 轴向应力（N/mm2）。 剪切应力（N/mm2）。 钢材的屈服强度（N/mm2）；其值可取为钢材 对应标准中给出的上屈服强度、下屈服强 度或规定非比例延伸强度.。 7.1.4 滑动螺旋传动起重螺杆的稳定计算应符合下列规定： 1 当起重螺杆的长细比大于100时，应按下式进行验算： () （7.1.4-1） 式中： 闭门力(N)。 E 材料的弹性模量（N/mm2）。 螺纹小径（mm）。 n 稳定安全系数，不小于2.0。 长度换算系数