水電站快速事故門的優(yōu)化設(shè)計

【摘要】甘肅省隴南市武都區(qū)大園壩水電站前池進水孔事故快速門，是一扇小水頭中等孔口閘門。針對該事故快速閘門采用新材料及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計加以論述。

【關(guān)鍵詞】水電站設(shè)計；金屬結(jié)構(gòu)；事故快速閘門；優(yōu)化設(shè)計

1 概述

1.1大園壩水電站地處甘肅省隴南市武都區(qū)境內(nèi)，位于白龍江中游段。水電站為引水式電站，廠房位于大壩下游6.6公里的右岸河邊，裝機36MW。大園壩水電站引水發(fā)電系統(tǒng)共設(shè)3臺12MW水輪發(fā)電機組，電站進水口至前池進水口采用一條引水隧洞和明渠引水，前池出水采用3條管道布置，3條尾水管出水。大園壩水電站水工金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)備，主要由引水樞紐泄洪沖砂閘、引水系統(tǒng)進水閘、電站前池快速檢修閘及尾水檢修閘等組成。

1.2在發(fā)電引水系統(tǒng)前池出水口設(shè)置三孔六扇快速事故工作閘門，閘門布置圖見圖一。

2閘門優(yōu)化設(shè)計

2.1主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

2.1.1為提高閘門的止水效果，經(jīng)方案比較，將門楣設(shè)置在下游面。把閘門面板布置在上游面，頂、側(cè)止水布置在下游面的頂梁、邊梁的后翼緣板上，這樣有效的利用閘門面板上的水壓力將止水自然壓緊。閘門門體寬3.95m，高5.5m，厚0.670m，面板厚12mm。根據(jù)閘門的高跨比，h

2.1.2原快速工作門動水啟閉，啟門力要求很大。在設(shè)計中考慮到為降低啟門力，門頂設(shè)一個Φ200mm充水閥。充水閥蓋與啟閉機相聯(lián)，充水閥開啟行程為182±2mm，待充水平壓后再開啟閘門。這樣啟閉機的噸位比較小，且上部啟閉機室的土建工程量也相應(yīng)減少，經(jīng)濟上較優(yōu)。另充分利用閘門上部水柱壓力可以降低閘門的閉門力。這樣選用相對較經(jīng)濟的QPK-2*500KN固定卷揚式啟閉機就能滿足操作。

2.1.3快速事故工作門屬潛孔閘門，水壓力相對露頂式較大，并且快速門要求閉門時間短。為滿足閘門快速啟閉的要求，傳統(tǒng)設(shè)計一般采用鑄鐵滾輪支撐。而采用鑄鐵滾輪經(jīng)實踐證明鋼材耗費大、滾輪制造難度大、造價高，需經(jīng)常維護，使用年代長后易發(fā)生銹蝕后卡死。并邊梁需設(shè)計為雙腹板箱形梁。加工焊接難度較大。故設(shè)計中閘門主支承采用了高分子復(fù)合材料滑塊，這樣邊梁可為單腹板梁，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。該滑道材料摩擦系數(shù)小，在清水中對不銹鋼為0.1-0.03，沖擊強度>187 Mpa；吸水率<0.8%；抗壓強度>125Mpa。并且閘門要求快速降落，鑄鐵滾輪一般摩擦系數(shù)在0.05左右，如用滾輪則需考慮加設(shè)重塊，而本閘門體型小空間有限很難用加重塊的方法去實現(xiàn)快速閉門。兼于以上原因，設(shè)計采用了高分子復(fù)合材料滑塊，在閘門下游側(cè)設(shè)置四塊高分子復(fù)合材料滑塊，型號為MGC300-30型滑塊，按等荷載布置，并按構(gòu)造要求適當調(diào)整滑塊位置，其最大線荷載21KN/cm。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。另外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(shè)置四個鑄鐵滑塊。

2.1.4側(cè)向限位器的設(shè)計為在閘門面板上焊接鋼板三角形限位器，這樣做形式簡單不影響使用并且降低了成本。

2.1.5為防止閘門過水產(chǎn)生振動，設(shè)計中采取以下幾條措施。

2.1.5.1事故檢修閘門有動水啟門的要求，為防止啟門時水流對閘門的振動影響，將閘門底緣下游傾角大雨300。

2.1.5.2在設(shè)計時對P型止水預(yù)加4mm的壓縮量，以保證止水的密封性，從而減少閘門的振動想象。

2.1.5.3在底梁下部加角鋼加強閘門底緣的剛度，同時加固閘門底止水的止水效果。

2.2主軌優(yōu)化設(shè)計：

2.2.1快速事故閘門主支承壓力較大，主軌采用14厚鋼板焊接而成。為提高軌道的側(cè)向剛度，把主軌與門槽的護角焊接起來，并用連接板支撐。以提高門槽砼局部承壓強度。主軌主軌高度h=214mm，軌道底板寬度Bk=120mm，為更好的保護高分子復(fù)合材料滑塊并提高軌面的光滑。在軌道面焊一斷面為80×4mm 1Cr18Ni9Ti的不銹鋼條。在實際運行中表現(xiàn)良好，得到了各方的一致好評。

2.2.2為保證門軌的安裝精度，在主軌腹板以及下翼緣面上各開設(shè)兩個Φ22mm小孔，內(nèi)套與混凝土插筋焊牢的焊接單頭螺柱，通過調(diào)節(jié)螺母來精確控制軌道的安裝位置，比較好的保證主軌安裝精度符合工作技術(shù)要求。

3 結(jié)束語

事故檢修閘門平時使用很少，出現(xiàn)問題不易發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計時在滿足強度等基本要求外，還要注意在主體結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)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(shè)計中主支承選用新技術(shù)的高分子復(fù)合材料，簡化了設(shè)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(shè)在閘門本身的頂主梁上，平壓裝置不與水工布置發(fā)生關(guān)系，可以簡化水工布置，減少工程費用。