龍州一級(jí)電站工程攔河壩排沙調(diào)節(jié)閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

［摘要］龍州一級(jí)電站攔河壩排沙調(diào)節(jié)閘的主要功能是沖排廠壩前淤沙、調(diào)節(jié)水庫水位和兼顧汛期泄洪。文章主要介紹龍州一級(jí)電站工程攔河壩排沙調(diào)節(jié)閘閘門和啟閉機(jī)的布置設(shè)計(jì)。

［關(guān)鍵詞］龍州一級(jí)電站；排沙調(diào)節(jié)閘；檢修閘門；工作閘門；液壓啟閉機(jī)

［作者簡介］羅永春，廣西南寧水利電力設(shè)計(jì)院工程師，廣西南寧，530001

［中圖分類號(hào)］ TV7 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2012）03-0037-0003

一、概述

廣西龍州一級(jí)電站是左江上游一級(jí)支流——平而河我國境內(nèi)下游河段規(guī)劃的一個(gè)梯級(jí)電站，站址下距龍州縣城19.1km。龍州一級(jí)電站是在原鴨水灘電站基礎(chǔ)上擴(kuò)建而成的。電站壩址以上控制流域面積6887km2，多年平均流量約133m3/s，水庫正常蓄水位 128.50m；電站總裝機(jī)容量16.75MW，其中新擴(kuò)建發(fā)電廠房內(nèi)裝機(jī)燈泡貫流式機(jī)組兩臺(tái)，容量2×6.5 MW。樞紐自右向左依次布置右岸刺墻重力壩、右岸擴(kuò)建發(fā)電廠房、原電站廠房、排沙調(diào)節(jié)閘、溢流滾水壩、左岸非溢流壩等建筑物。

排沙調(diào)節(jié)閘設(shè)于河床溢流滾水壩段右側(cè)、緊靠原舊發(fā)電廠房布置，孔口尺寸為10.0m×10.5m，底檻高程▽118.0m。龍州一級(jí)電站攔河壩排沙調(diào)節(jié)閘的主要功能是沖排廠壩前淤沙、調(diào)節(jié)水庫水位和兼顧汛期泄洪等。沿水流方向依次設(shè)置1孔檢修門槽和工作門槽，分別設(shè)置一扇檢修閘門和一扇工作閘門。

排沙調(diào)節(jié)閘是攔河壩的重要組成部分，由于一級(jí)電站是在原鴨水灘電站基礎(chǔ)上擴(kuò)建而成，受客觀條件限制，新舊廠房以及廠壩間連接不是很合理，壩頂也沒有設(shè)置交通橋，這些條件使排沙調(diào)節(jié)閘金屬結(jié)構(gòu)的選型、布置和設(shè)計(jì)帶來一定的制約。因而，必須從功能、運(yùn)行方式、施工安裝和今后的運(yùn)行管理等方面充分考慮，來進(jìn)行攔河壩排沙調(diào)節(jié)閘金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

二、檢修閘門門葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）門葉結(jié)構(gòu)布置及閘門技術(shù)特性

工作閘門前設(shè)有檢修閘門門槽，閘門門型采用露頂式平面滑動(dòng)鋼閘門，孔口尺寸10.00×11.00m，設(shè)計(jì)水頭10.50m，雙吊點(diǎn)啟吊。為了方便工地安裝并滿足運(yùn)輸尺寸的要求，將閘門分為3節(jié)制造，各節(jié)自上而下的高度為：第一節(jié)4.2m，第二節(jié)3.6m，第三節(jié)3.2m，安裝好后再采用節(jié)間采用軸連接成整體，為了保證軸孔和軸的接觸緊密，又便于裝卸連接軸，將節(jié)間連接軸孔鏜成梨形孔。門葉梁系連接采用同層布置形式，第一節(jié)門葉采用單主梁布置，第二、三節(jié)采用雙主梁布置，主梁為實(shí)腹式組合工字形截面結(jié)構(gòu)，設(shè)有五道垂直次梁，水平次梁為等跨連續(xù)梁，邊柱為單腹式，面板設(shè)在下游側(cè)，閘門為焊接結(jié)構(gòu)。閘門技術(shù)特性見下表（表1）：

（二）閘門平壓方式

閘門平壓方式利用節(jié)間充水平壓，靜水啟閉，平壓后將整扇閘門完全提起。閘門平壓方式的正確選擇，對(duì)簡化輸水系統(tǒng)的水工布置，保證閘門正常運(yùn)行，減小啟閉機(jī)容量，方便閘門的維修等，都有重大的意義。節(jié)間充水平壓，即利用閘門間提開一窄長的間隙充水，在門葉上不專設(shè)充水閥（在水工布置上不設(shè)旁通閥），所以使閘門結(jié)構(gòu)簡單或減化了輸水系統(tǒng)的布置。節(jié)間充水平壓的最大優(yōu)點(diǎn)：（1）充水面大，充水時(shí)間短；（2）啟門水位差小，減小了啟閉機(jī)容量，降低了啟閉機(jī)的造價(jià)；（3）充水高度不受閘門主梁高度，間距限制，不增加啟閉機(jī)揚(yáng)高；（4）結(jié)構(gòu)簡單，操作維修方便，適用中低水頭。

（三）行走支承裝置設(shè)計(jì)

行走支承裝置有滑道式、滾輪式、鏈輪式等幾種類型?？紤]到防洪檢修門運(yùn)行次數(shù)較少，啟閉設(shè)備采用2×500KN QPPYI型液壓啟閉機(jī)，在閘門啟閉力不超過啟閉容量的情況下，優(yōu)先選用滑道式支承裝置?；朗叫凶咧С芯哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、制造安裝及維護(hù)檢修方便、閘門軌道受力較均勻、使用較為可靠等優(yōu)點(diǎn)。為了減少閘門啟閉時(shí)的摩擦阻力，降低啟閉力和啟閉機(jī)容量，本閘門選用銅合金鑲嵌型自潤滑支承材料,滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.10，經(jīng)計(jì)算啟門力能滿足2×500KN啟閉力要求，同時(shí)又具有能受重載、受溫度影響極少等優(yōu)點(diǎn)，能有效延長閘門設(shè)備的使用壽命。

三、工作閘門門葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）門葉結(jié)構(gòu)布置及閘門技術(shù)特性

在檢修門后面設(shè)有1孔工作門門槽，閘門門型采用潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門，孔口尺寸10.00×10.80m，設(shè)計(jì)水頭17.92m，雙吊點(diǎn)啟吊。為了方便工地安裝并滿足運(yùn)輸尺寸的要求，將閘門分為3節(jié)制造，各節(jié)自上而下的高度為：第一節(jié)4.2m，第二節(jié)3.6m，第三節(jié)3.2m，安裝好后再采用節(jié)間軸連接成整體，為了保證軸孔和軸的接觸緊密，又便于裝卸連接軸，將節(jié)間連接軸孔鏜成梨形孔。門葉梁系連接采用同層布置形式，各節(jié)均采用雙主梁布置，主梁為實(shí)腹式組合工字形截面結(jié)構(gòu)，設(shè)有五道垂直次梁，水平次梁為等跨連續(xù)梁，邊柱為單腹式，面板設(shè)在下游側(cè)，閘門為焊接結(jié)構(gòu)。閘門技術(shù)特性見下表（表2）：

在工作閘門啟閉力不超過啟閉容量的情況下，優(yōu)先選用滑道式支承裝置。為了減少閘門啟閉時(shí)的摩擦阻力，降低啟閉力和啟閉機(jī)容量，本閘門選用銅合金鑲嵌型自潤滑支承材料,滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.10，經(jīng)計(jì)算啟門力能滿足2×630KN啟閉力要求，同時(shí)又具有能受重載、受溫度影響極少等優(yōu)點(diǎn)，能有效延長閘門設(shè)備的使用壽命?；乐С行凶哐b置按等荷載布置在閘門的邊柱下游側(cè)，每邊各布置12塊。

四、啟閉機(jī)型式的選擇及設(shè)備裝置

液壓啟閉機(jī)是利用液體的壓力能來傳遞能量的一種傳動(dòng)方式，其主要優(yōu)點(diǎn)：（1）油缸結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，液壓傳動(dòng)與電氣控制結(jié)合便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，緩沖性能好，調(diào)速方便；（2）油壓啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，但承載能力大；（3）在失去電源的事故情況下，閘門可快速下降，并比QPK型卷揚(yáng)啟閉機(jī)更安全可靠；（4）能滿足閘門各種開度要求，有利閘門運(yùn)行；（5）可取消高排架，減少土建投資，縮短施工工期。

調(diào)節(jié)閘工作門啟閉設(shè)備采用QPPYI-2×630kN-12.5m液壓啟閉機(jī)，檢修門啟閉設(shè)備采用QPPYI-2×500kN-12.5m液壓啟閉機(jī)啟閉。兩套啟閉機(jī)分別裝設(shè)于閘門的閘墩上，啟閉機(jī)可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制和中央集中控制，兩種控制方式下，啟閉機(jī)均可全程開啟，采用“兩機(jī)一泵”布置方式。閘門采用頂置式平面閘門啟閉、雙吊點(diǎn)，吊耳布置在閘門邊柱上，閘門吊耳通過拉桿聯(lián)接平衡梁，再通過平衡梁和QPPYI型液壓啟閉機(jī)吊耳聯(lián)接。

每臺(tái)液壓啟閉機(jī)包括柱塞缸兩支、支座、開度檢測(cè)裝置、液壓泵站、液壓管路系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

（一）液壓缸的排氣

在液壓缸的上下兩端設(shè)置新型排氣測(cè)壓接頭用于液壓缸安裝時(shí)上、下腔的排氣，必要時(shí)可用于液壓缸的壓力測(cè)量，設(shè)計(jì)按DIN19704-2標(biāo)準(zhǔn)選用了德國STAUFF公司生產(chǎn)的測(cè)壓接頭。

（二）液壓鋼的密封與導(dǎo)向

根據(jù)設(shè)計(jì)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，選用實(shí)際壽命可達(dá)15～20年的德國MERKEL公司生產(chǎn)的密封件，蓋密封件采用多唇密封，并使用了重疊結(jié)構(gòu)，密封性能優(yōu)良，內(nèi)外泄漏量接近于零，同時(shí)該密封件產(chǎn)生的摩阻力很小，保證油缸運(yùn)行時(shí)有較小的啟動(dòng)壓力。導(dǎo)向套材料采用ZCuAL10Fe3，該材料有良好的耐磨性和承壓性能。

（三）液壓控系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)的選用

根據(jù)招標(biāo)文件要求，一級(jí)站調(diào)節(jié)閘工作門QPPYI-2×630kN-12.5m液壓啟閉機(jī)和一級(jí)站調(diào)節(jié)閘檢修門QPPYI-2×500kN-12.5m液壓啟閉機(jī)均采用“兩機(jī)一泵”布置方式，根據(jù)參數(shù)計(jì)算。

五、結(jié)語

攔河壩排沙調(diào)節(jié)閘孔口尺寸大，承受總水壓力大，閘門的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，應(yīng)從技術(shù)和樞紐的整體金屬結(jié)構(gòu)布置及各方面因素相結(jié)合考慮進(jìn)行，并有利于加工和縮短工期。從2008年至今，液壓啟閉機(jī)及閘門經(jīng)受了多次洪水考驗(yàn)，運(yùn)行正常，為龍州一級(jí)電站的擋水、汛期泄洪及沖沙提供了有力的保證。