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水电站事故检修闸门的优化设计
2016-01-15 16:02:52

  1.概述

  刘X山水电站位于XX省XX县XX乡境内,距县城6公里。水库坝址位于XX水系XX河支流XX河XX水上。XX水是XX河两大主要支流之一,坝址在刘X山村下游1.2公里的河谷出口段,坝址以上控制流域面积179平方公里,主河道长30.43公里,库区地势南高北低,东、南、西三面环山,流域内植被发育良好。

  水电站为引水式电站,厂房位于大坝下游2公里的右岸河边,副厂房位于主厂房上游,装机2×4000千瓦。进水口布置在右岸离坝肩约80米处,进口底板高程212.4米,隧洞为圆形,洞径φ=3.6米,纵坡5‰,调压井布置在0+566处,采用简单圆筒式调压井,调压井后接高压管道。

  本工程在发电引水隧洞进水口设置一扇事故检修闸门。孔口尺寸为3.6m×3.6m;在隧洞出口的压力钢管两岔管处各设一个1.75米直径的蝶阀。设一放空洞兼作冲砂用,管径为φ1米,进口设计一扇检修闸门,出口处设-φ1.0m的闸阀。厂房尾水两孔共用一扇尾水钢闸门。本文就发电引水隧洞进水口事故检修闸门的优化设计作一介绍。

  2.事故检修闸门的优化设计

  2.1闸门主体结构优化

  事故检修闸门为深孔式平面焊接钢闸门。闸门孔口尺寸为3.8m×3.8m,底坎高程212m,设计水头28m,总水压力3967KN,门重12.2t,采用单吊点。该闸门是目前抚州市已建中、小型工程中总水压力最大的平面钢闸门。设计中考虑该闸门为事故检修用,平时使用很少,经优化比较,决定把闸门面板布置在下游面,顶、侧止水也布置在下游面,这样避免顶梁和边梁腹板受压,减少了顶梁和边梁腹板的厚度。闸门门体宽4.6m,高3.97m,厚0.9m,止水净宽3.9m,止水净高3.85m,面板厚14mm,闸门整体制造。闸门结构布置为4根主梁,主梁腹板直接焊接于面板上,不设下翼缘,最大主梁高h=0.872m,3根工字钢作为水平次梁。

  设计中闸门主支承采用了高分子复合材料滑块,这样边梁可为单腹板梁,传统设计一般采用的铸钢轮式支承构造要求边梁为双腹板,两者相比较又减少了钢材的使用。同时,单腹板梁较双腹板梁在焊接施工时要好控制得多。

  事故检修闸门有动水下门的要求,其底缘形式的设计很重要。本闸门在底缘的设计上考虑了诸多因素,利用面板和侧止水装置在下游面的优势,通过精确计算,在保证上游倾角不应小于45°,尽量采用60°的规范要求下,调整底缘板及底止水的位置,以便充分利用底梁腹板上下面的水压差,使闸门能够依靠自重和水柱压力快速关闭。避免了闸门需使用加重铁块或机械压力闭门带来的造价高。

  事故检修闸门要求动水关闭,静水启门,在设计中考虑到为降低启门力,门顶设一个Φ300mm充水阀,充水阀门盖与启闭机相联,充水阀开启行程为300±2mm,充水平压后再开启闸门。设计闸门由一台QPK-800KN-30m固定卷扬式启闭机操作。

  2.2闸门主支承的优化设计

  在闸门主支承选型时,考虑到闸门孔口大,总水压力达到3967KN,闸门为事故检修门,平时使用很少,在需要使用时又要有很高的可靠度。传统的设计一般采用铸钢滚轮,经实践证明,滚轮制造难度大、造价高,需经常维护,使用年代长后易发生锈蚀后卡死。在本次设计中闸门下游侧设置四块高分子复合材料滑块,型号为增强四氟NL150CHI型滑块,按等荷载布置,并按构造要求适当调整滑块位置。该滑道材料摩擦系数小,在清水中对不锈钢为0.13-0.05,抗压强度高,达到120-180Mpa。

  采用该滑块有免维护,造价低等特点。为防止闸门在闸槽中移动时被卡住或碰撞,以确保闸门能顺利启闭,上游面设置四个铸铁滑块,闸门两侧面各设两个Φ200mm侧轮。

  2.3主轨设计

  事故检修闸门主支承压力较大,主轨采用厚钢板焊接轨道。为提高轨道的侧向刚度,把主轨与门槽的护角焊接起来,并用连接板支撑。主轨高度h=280mm,轨道底板宽度Bk=240mm,轨道面焊一断面为40×30mm的不锈钢条。

  为保证安装精度,在主轨腹板以及下翼缘面上各开设两个Φ22mm小孔,内套与混凝土插筋焊牢的焊接单头螺柱,通过调节螺母来精确控制轨道的安装位置,保证主轨安装精度符合工作技术要求。

  3.结束语

  事故检修闸门平时使用很少,出现问题不易发现,在设计时在满足强度等基本要求外,还要注意在主体结构布置的优化、零部件的选型上下功夫,做到初始投资少,日后运行可靠,日常维护简单。

  本工程事故检修闸门设计中主支承选用新技术的高分子复合材料,简化了设计制造难度,提高了闸门的运行可靠度,减少了初始投资和日常维护的费用。闸门由门顶充水阀充水平压后,静水启门,可大大降低启门力。由于充水孔设在闸门本身的顶主梁上,平压装置不与水工布置发生关系,可以简化水工布置,减少工程费用。

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