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    水電站事故檢修閘門的優化設計
    2016-01-15 16:02:52

      1.概述

      劉X山水電站位于XX省XX縣XX鄉境內,距縣城6公里。水庫壩址位于XX水系XX河支流XX河XX水上。XX水是XX河兩大主要支流之一,壩址在劉X山村下游1.2公里的河谷出口段,壩址以上控制流域面積179平方公里,主河道長30.43公里,庫區地勢南高北低,東、南、西三面環山,流域內植被發育良好。

      水電站為引水式電站,廠房位于大壩下游2公里的右岸河邊,副廠房位于主廠房上游,裝機2×4000千瓦。進水口布置在右岸離壩肩約80米處,進口底板高程212.4米,隧洞為圓形,洞徑φ=3.6米,縱坡5‰,調壓井布置在0+566處,采用簡單圓筒式調壓井,調壓井后接高壓管道。

      本工程在發電引水隧洞進水口設置一扇事故檢修閘門??卓诔叽鐬?.6m×3.6m;在隧洞出口的壓力鋼管兩岔管處各設一個1.75米直徑的蝶閥。設一放空洞兼作沖砂用,管徑為φ1米,進口設計一扇檢修閘門,出口處設-φ1.0m的閘閥。廠房尾水兩孔共用一扇尾水鋼閘門。本文就發電引水隧洞進水口事故檢修閘門的優化設計作一介紹。

      2.事故檢修閘門的優化設計

      2.1閘門主體結構優化

      事故檢修閘門為深孔式平面焊接鋼閘門。閘門孔口尺寸為3.8m×3.8m,底坎高程212m,設計水頭28m,總水壓力3967KN,門重12.2t,采用單吊點。該閘門是目前撫州市已建中、小型工程中總水壓力最大的平面鋼閘門。設計中考慮該閘門為事故檢修用,平時使用很少,經優化比較,決定把閘門面板布置在下游面,頂、側止水也布置在下游面,這樣避免頂梁和邊梁腹板受壓,減少了頂梁和邊梁腹板的厚度。閘門門體寬4.6m,高3.97m,厚0.9m,止水凈寬3.9m,止水凈高3.85m,面板厚14mm,閘門整體制造。閘門結構布置為4根主梁,主梁腹板直接焊接于面板上,不設下翼緣,最大主梁高h=0.872m,3根工字鋼作為水平次梁。

      設計中閘門主支承采用了高分子復合材料滑塊,這樣邊梁可為單腹板梁,傳統設計一般采用的鑄鋼輪式支承構造要求邊梁為雙腹板,兩者相比較又減少了鋼材的使用。同時,單腹板梁較雙腹板梁在焊接施工時要好控制得多。

      事故檢修閘門有動水下門的要求,其底緣形式的設計很重要。本閘門在底緣的設計上考慮了諸多因素,利用面板和側止水裝置在下游面的優勢,通過精確計算,在保證上游傾角不應小于45°,盡量采用60°的規范要求下,調整底緣板及底止水的位置,以便充分利用底梁腹板上下面的水壓差,使閘門能夠依靠自重和水柱壓力快速關閉。避免了閘門需使用加重鐵塊或機械壓力閉門帶來的造價高。

      事故檢修閘門要求動水關閉,靜水啟門,在設計中考慮到為降低啟門力,門頂設一個Φ300mm充水閥,充水閥門蓋與啟閉機相聯,充水閥開啟行程為300±2mm,充水平壓后再開啟閘門。設計閘門由一臺QPK-800KN-30m固定卷揚式啟閉機操作。

      2.2閘門主支承的優化設計

      在閘門主支承選型時,考慮到閘門孔口大,總水壓力達到3967KN,閘門為事故檢修門,平時使用很少,在需要使用時又要有很高的可靠度。傳統的設計一般采用鑄鋼滾輪,經實踐證明,滾輪制造難度大、造價高,需經常維護,使用年代長后易發生銹蝕后卡死。在本次設計中閘門下游側設置四塊高分子復合材料滑塊,型號為增強四氟NL150CHI型滑塊,按等荷載布置,并按構造要求適當調整滑塊位置。該滑道材料摩擦系數小,在清水中對不銹鋼為0.13-0.05,抗壓強度高,達到120-180Mpa。

      采用該滑塊有免維護,造價低等特點。為防止閘門在閘槽中移動時被卡住或碰撞,以確保閘門能順利啟閉,上游面設置四個鑄鐵滑塊,閘門兩側面各設兩個Φ200mm側輪。

      2.3主軌設計

      事故檢修閘門主支承壓力較大,主軌采用厚鋼板焊接軌道。為提高軌道的側向剛度,把主軌與門槽的護角焊接起來,并用連接板支撐。主軌高度h=280mm,軌道底板寬度Bk=240mm,軌道面焊一斷面為40×30mm的不銹鋼條。

      為保證安裝精度,在主軌腹板以及下翼緣面上各開設兩個Φ22mm小孔,內套與混凝土插筋焊牢的焊接單頭螺柱,通過調節螺母來精確控制軌道的安裝位置,保證主軌安裝精度符合工作技術要求。

      3.結束語

      事故檢修閘門平時使用很少,出現問題不易發現,在設計時在滿足強度等基本要求外,還要注意在主體結構布置的優化、零部件的選型上下功夫,做到初始投資少,日后運行可靠,日常維護簡單。

      本工程事故檢修閘門設計中主支承選用新技術的高分子復合材料,簡化了設計制造難度,提高了閘門的運行可靠度,減少了初始投資和日常維護的費用。閘門由門頂充水閥充水平壓后,靜水啟門,可大大降低啟門力。由于充水孔設在閘門本身的頂主梁上,平壓裝置不與水工布置發生關系,可以簡化水工布置,減少工程費用。

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