幾內(nèi)亞凱樂塔水電站進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)布置與選型

周 偉,王 春,侯慶宏

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，鄭州450003）

1 工程概述

凱樂塔水電站在幾內(nèi)亞的西部，距離首都科納克里140km，位于孔庫(kù)雷河下游一段河道較為寬闊處。大壩采用碾壓混凝土重力壩，從左岸到右岸依次為擋水壩段、取水壩段、泄流底孔壩段、溢流壩段［1］。取水壩段分3 孔取水，取水口頂高程103.0m，依次設(shè)有攔污柵、檢修閘門、事故閘門，后接電站壓力鋼管。

引水系統(tǒng)采用3 條壩后背管，每條長(zhǎng)82m，鋼管道直徑6.3m。為壩后式地面廠房，廠房長(zhǎng)106.0m，寬47.0m，高39.5m；下游1km 處接長(zhǎng)350m 的尾水渠。電站裝機(jī)3 臺(tái)，總裝機(jī)容量234.6MW。

2 電站進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)方法，水電站進(jìn)口應(yīng)依次設(shè)置攔污柵、檢修門、快速閘門（事故閘門）［2］，當(dāng)機(jī)組前有可靠防飛逸裝置（如蝴蝶閥等）時(shí)，其進(jìn)水口可設(shè)置事故閘門和檢修閘門。當(dāng)機(jī)組或者壓力鋼管發(fā)生事故時(shí)，動(dòng)水關(guān)閉快速閘門（事故閘門），以免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)快速閘門（事故閘門）或門槽需要檢修時(shí)，靜水關(guān)閉檢修閘門提供無(wú)水檢修條件。攔污柵設(shè)置需根據(jù)污物的種類、數(shù)量及對(duì)清污的要求來(lái)確定，污物較少時(shí)，可設(shè)置一道攔污柵；污物較多時(shí)，應(yīng)設(shè)置有效的清污設(shè)施，必要時(shí)可設(shè)置兩道攔污柵，并設(shè)置必要的備用柵［3］。

凱勒塔水電站為壩后式電站，共裝3 臺(tái)機(jī)組，一洞一機(jī)方式布置，由于水頭較低，機(jī)組前未安裝蝴蝶閥，故為了保證機(jī)組及壓力鋼管的安全，設(shè)置一道快速閘門，平時(shí)懸掛在孔口上方，一旦發(fā)生事故，可以快速關(guān)閉閘門。平時(shí)快速閘門處于預(yù)備狀態(tài)，為便于快速閘門檢修，前面設(shè)置一道檢修門。

凱樂塔電站進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)布置順序依次是攔污柵、檢修門、快速閘門。

2.1 攔污柵及清污設(shè)備

攔污柵一般設(shè)置在水電站進(jìn)水口處，用以攔阻可能進(jìn)入引水道內(nèi)的雜物，如樹枝、雜木、水草等，以保護(hù)水輪機(jī)、閘門及管道設(shè)備的正常運(yùn)行。為了使過(guò)柵水頭損失最小，減少污物對(duì)攔污柵堵塞和撞擊，并保證清污效果，應(yīng)限制水流行進(jìn)柵面的速度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，過(guò)柵流速應(yīng)限制在0.6～1.0m/s 范圍內(nèi)［4］，采用人工清污時(shí)可選小值，采用機(jī)械清污時(shí)可選大值。

凱樂塔水電站進(jìn)口共布置了9 道攔污柵，一洞3柵，一字并排方式布置，過(guò)柵流速經(jīng)計(jì)算0.8m/s，即經(jīng)濟(jì)又便于運(yùn)行。

攔污柵采用回轉(zhuǎn)吊配合清污抓斗清污，在攔污柵槽前設(shè)置一道清污機(jī)軌道槽，清污抓斗可以沿著軌道槽進(jìn)行清污操作。

攔污柵孔口尺寸為5.0m×14.2m（寬×高），為平面滑動(dòng)直柵，設(shè)計(jì)水頭差為3m，選用Q235B 材質(zhì)，主梁為焊接工字鋼結(jié)構(gòu)。由于受運(yùn)輸單元限制，柵體共分為5 小節(jié)，運(yùn)至工地再進(jìn)行工地焊接。為了降低壩頂門機(jī)軌上揚(yáng)程高度，閘門組裝后分為3 節(jié)，即頂節(jié)為一個(gè)獨(dú)立單元，第2、3 小節(jié)工地焊接成整體，第4、5小節(jié)工地焊接成整體，共有兩處節(jié)間連接設(shè)備，節(jié)間連接采用可拆卸的銷軸連接方式?？紤]到攔污柵數(shù)量較多，如果其中一孔因故需要檢修，對(duì)應(yīng)的機(jī)組就需要停機(jī)，直至維修完畢，很大程度上損失了機(jī)組發(fā)電效益，故設(shè)置一套備用攔污柵，平時(shí)存放在壩頂?shù)臇艓?kù)內(nèi)，必要時(shí)可隨時(shí)用以替換需要檢修的攔污柵。

攔污柵采用壩頂門機(jī)操作，門機(jī)容量800kN，揚(yáng)程30m。壩頂門機(jī)在布置時(shí)以盡量能啟閉所有進(jìn)口設(shè)備為原則。結(jié)合水工建筑物特點(diǎn)，本電站進(jìn)口壩頂門機(jī)軌距定為11m，攔污柵庫(kù)、檢修門庫(kù)、檢修門、快速門均在門機(jī)腿之間主起升工作范圍之內(nèi)。由于攔污柵啟閉容量較大，布置專用啟閉設(shè)備空間受限，為此將門機(jī)主梁向上游方向延長(zhǎng)，主起升可以向上游方向移動(dòng)至攔污柵槽中心線位置，進(jìn)而可以啟閉攔污柵。為了方便將攔污柵吊裝到柵庫(kù)的位置及邊跨攔污柵清污，門機(jī)上游兩腿外側(cè)各布置一套回轉(zhuǎn)吊，攔污柵需要檢修時(shí)，可以先用主起升提出孔口，然后用回轉(zhuǎn)吊放入柵庫(kù)，邊跨攔污柵前需清污時(shí)，采用對(duì)應(yīng)側(cè)的回轉(zhuǎn)吊配合清污抓斗清污。

2.2 閘門

檢修閘門布置在快速閘門之前，平時(shí)存放在檢修門庫(kù)中，當(dāng)快速閘門或壓力管道進(jìn)行常規(guī)檢修時(shí)，關(guān)閉檢修閘門提供無(wú)水檢修條件。進(jìn)口閘門孔口尺寸5.0m×7.4m，設(shè)計(jì)水頭22.45m，為潛孔式平面滑動(dòng)鋼閘門，下游止水，門葉材料Q345B，側(cè)、頂止水型號(hào)為P60-A 型，底止水I 型。根據(jù)運(yùn)輸單元要求閘門共分3 節(jié)制造，運(yùn)至工地后焊為整體。閘門為單吊點(diǎn)，門葉為焊接結(jié)構(gòu)，主梁為工字型焊接梁，主支承為復(fù)合材料滑道，反向支承為滑塊，側(cè)向支承為側(cè)導(dǎo)板。閘門操作條件為靜水啟閉，門頂充水閥提門充水平壓后靜水啟門，采用壩頂共用門機(jī)配合液壓自動(dòng)抓梁操作。

快速閘門布置在壓力鋼管進(jìn)口處，平時(shí)懸吊在孔口上方約0.5m 處，當(dāng)機(jī)組或者壓力鋼管發(fā)生事故時(shí)，動(dòng)水快速關(guān)閉閘門，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大?？焖匍l門孔口尺寸為5.0m×7.15m，設(shè)計(jì)水頭22.45m，為潛孔式平面定輪鋼閘門。門葉材料為Q345B，定輪、主軌材料為ZG35CrMo，側(cè)、頂止水型號(hào)為P60-A型，底止水為I 型。根據(jù)運(yùn)輸單元要求閘門共分3 節(jié)制造，運(yùn)至工地后焊為整體。閘門止水采用上游止水方式，當(dāng)定輪支承在軌道上時(shí)，止水壓縮4mm，閘門設(shè)置側(cè)滑塊，側(cè)滑塊與埋件間隙為10mm，有效降低了閘門快速閉門過(guò)程中振動(dòng)產(chǎn)生的危害?？紤]到閘門快速關(guān)閉時(shí)流道補(bǔ)氣的需要，在快速門后設(shè)通氣孔，通氣孔亦同時(shí)兼顧檢修孔用。

快速閘門采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，啟閉容量為1600kN，揚(yáng)程7.6m。考慮閘門下降速度較快，液壓機(jī)如果按考慮閉門力設(shè)計(jì)，快速閉門對(duì)液壓桿穩(wěn)定很不利，而且容易產(chǎn)生油泄漏，為此，采用閘門上布置加重塊的方法解決閘門動(dòng)水閉門的問題。電站進(jìn)口正常蓄水位110.0m，而液壓?jiǎn)㈤]機(jī)平臺(tái)高程為106.5m，勢(shì)必造成液壓器平臺(tái)浸水的問題，因此，液壓機(jī)架與閘門埋件頂部采取密封措施，即做成壓蓋式液壓機(jī)，機(jī)架和液壓缸之間也采取密封措施，避免透水情況的發(fā)生。為了保證密封效果，同時(shí)保證門槽安裝精度，將快速門槽設(shè)計(jì)為整體式，即主軌、反軌、側(cè)軌為一個(gè)整體［5］，由焊后退火再加工形成。門槽頂部埋件為長(zhǎng)方形聯(lián)通結(jié)構(gòu)，周邊布置螺栓孔與液壓機(jī)架配鉆，液壓機(jī)架與閘門頂部埋件之間設(shè)置一道橡皮，擰緊連接螺栓后有效保證了密封效果。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）電站進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備在布置時(shí)，要綜合考慮電站運(yùn)行方式、機(jī)組選型、污物情況、清污方式等因素，眾多制約因素使電站進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)布置呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣性的特點(diǎn)。

（2）凱樂塔電站進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)的布置基于安全、合理、經(jīng)濟(jì)的原則，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了工程需求特點(diǎn)，設(shè)備配置以經(jīng)濟(jì)合理為出發(fā)點(diǎn)，既保證電站的安全、可靠運(yùn)行，又節(jié)約了投資，為類似工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一些借鑒。

［1］陳興亮，楊磊，羅暢，等.凱樂塔電站進(jìn)水口消渦措施試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2012（10）:129-132.

［2］SL74—95，水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］丁正忠，李振.石門坎水電站進(jìn)口閘門的選型和布置［J］.云南水力發(fā)電，2011，27（6）:88-89.

［4］高雅芬，姚敏杰.水電站攔污柵框架－進(jìn)水口動(dòng)力特性研究［J］.人民長(zhǎng)江，2011，42（17）:55-58.

［5］侯慶宏，姚林娉，周偉，等.西霞院水利樞紐排沙系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置與選型［J］.人民黃河，2009，31（10）:46-47.