帕圖卡Ⅲ水電站尾水冷卻器檢修閘門的設(shè)計(jì)與研究

雷小平，張文科，勞海軍，韓 俊，廖永峰

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 概 述

帕圖卡Ⅲ(Patuca Ⅲ)水電站的技術(shù)供水系統(tǒng)采用循環(huán)供水的方式，主要供給發(fā)電機(jī)空冷器、各部導(dǎo)軸承冷卻器等用水。每臺(tái)機(jī)尾水設(shè)2臺(tái)循環(huán)冷卻器，安裝高程237.00 m，下游側(cè)最低尾水位246.17 m。運(yùn)行期間，冷卻器始終處于尾水水流中。冷卻器的檢修方式為尾水閘門關(guān)閉擋水后，潛水員水下操作檢修和拆除。因冷卻器與預(yù)埋基礎(chǔ)件及供水管路均采用法蘭螺栓連接，水下操作難度大、時(shí)間長、對操作人員要求高；同時(shí)存在不確定危險(xiǎn)因素。為保證工程運(yùn)行安全、降低操作難度，確保工程施工和竣工驗(yàn)收的順利進(jìn)行，水電站尾水增加1扇冷卻器檢修閘門，供4臺(tái)冷卻器檢修時(shí)使用。

2 現(xiàn)場條件及分析

冷卻器檢修閘門設(shè)計(jì)時(shí)的制約因素有很多，現(xiàn)場已完成的土建結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的安裝情況為主要的制約因素，同時(shí)還需考慮閘門吊裝方案。現(xiàn)場條件為：271.00 m尾水平臺(tái)早已形成，并具備交通條件；廠房結(jié)構(gòu)與其墻面已形成；尾水臺(tái)車排架已澆筑完成，臺(tái)車已安裝完成；4臺(tái)冷卻器已安裝；尾水閘門埋件已全部安裝，埋件的二期混凝土澆筑至235.00 m高程；施工單位前期根據(jù)需要，已提前安裝冷卻器檢修閘門的水封支承埋件(見圖1、圖2)。

根據(jù)現(xiàn)場條件可以確定，發(fā)電尾水位和尾水臺(tái)車排架柱圈梁高度決定了閘門的設(shè)計(jì)高度；已安裝的水封支承角鋼埋件是閘門止水設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。為降低施工難度，減小工程量，加快整體工程進(jìn)度，經(jīng)過分析確定：冷卻器檢修閘門共用尾水閘門門槽和尾水臺(tái)車，以尾水閘門檢修平臺(tái)256.10 m作為冷卻器檢修閘門的安裝平臺(tái)。

當(dāng)冷卻器需要檢修時(shí)，先將對應(yīng)機(jī)組停機(jī)、尾水閘門關(guān)閉，通過尾水臺(tái)車將冷卻器檢修閘門吊入門槽并懸掛在指定高度，實(shí)現(xiàn)冷卻器檢修閘門后的水域密封；通過尾水泵將冷卻器所在空間的水體排干，確保冷卻器在無水環(huán)境下的操作。冷卻器檢修完成后，先采用排水泵對檢修閘門后的空間充水，待平壓后(前后水壓差≤2 m)，操作尾水臺(tái)車將冷卻器檢修閘門提至安裝平臺(tái)；拆分移除后，將尾水閘門提出孔口鎖定。自此完成了1臺(tái)冷卻器的檢修，其他冷卻器的檢修方式相同。

3 閘門設(shè)計(jì)

根據(jù)該閘門使用功能和現(xiàn)場條件，需從閘門高度、支承型式、止水方式、起吊方式等方面綜合考慮閘門的設(shè)計(jì)方案。

圖1 尾水全貌及局部示意

圖2 冷卻器檢修閘門水封支承角鋼布置

3.1 閘門高度

冷卻器檢修期間對應(yīng)機(jī)組應(yīng)停機(jī)，檢修閘門高度只需超過1臺(tái)機(jī)發(fā)電尾水位(246.81 m)即可。結(jié)合4孔已安裝的水封支承埋件的位置(見圖2)，確定了閘門的總高度為10.18 m(不含吊耳高度)。閘門平時(shí)存放在倉庫中，冷卻器需要檢修時(shí)，將閘門運(yùn)輸至指定位置。閘門需通過排架柱圈梁底部進(jìn)入后入槽，圈梁的底面距271.00 m尾水平臺(tái)高度為2.5 m，閘門必須分節(jié)才能實(shí)現(xiàn)順利入槽。從閘門運(yùn)輸設(shè)備高度和現(xiàn)場澆筑誤差等方面考慮，閘門共分6節(jié)制造，上節(jié)閘門高度1.94 m；中節(jié)閘門高度1.94 m，共4節(jié)；底節(jié)閘門高度1.89 m，節(jié)間通過連接板和銷軸連接，組裝后閘門總高度為10.18 m。

3.2 支承型式

冷卻器檢修閘門共用尾水閘門門槽，閘門的支承型式和尺寸須與尾水閘門一致；故該閘門采用平面滑動(dòng)門型，每節(jié)門葉機(jī)組側(cè)設(shè)置4塊復(fù)合材料滑塊，尾水側(cè)設(shè)置4塊鉸式反向支承滑塊和4個(gè)φ150簡支式側(cè)輪。

3.3 止水方式

冷卻器檢修閘門工作時(shí)吊掛在尾水閘門上方，無底檻支承。為保證底部封水，底節(jié)門采用U型水封框封水，底節(jié)、中節(jié)和上節(jié)門之間采用節(jié)間止水方式；底、側(cè)水封采用P60A 水封，節(jié)間止水采用I130-20水封條，止水設(shè)置在機(jī)組側(cè)。閘門止水中心與已安裝埋件中心重合，側(cè)止水中心距6.2 m，底止水中心高程237.102 m，可滿足4孔不同尾水門槽的封水要求。支承埋件表面貼4 m不銹鋼板。

3.4 起吊方式

冷卻器檢修閘門采用尾水單向臺(tái)車起吊，雙吊點(diǎn)。閘門的起吊中心與尾水閘門起吊中心相同，閘門吊耳與尾水臺(tái)車抓梁吊耳軸配合。閘門設(shè)計(jì)時(shí)，在保證閘門各構(gòu)件受力滿足規(guī)范要求的前提下，優(yōu)化門體各構(gòu)件尺寸和布置，以減小閘門重心與臺(tái)車起吊中心的間距，使尾水臺(tái)車和檢修閘門運(yùn)行流暢。

4 閘門組裝與拆分

4.1 組裝步驟

閘門分6節(jié)制造，節(jié)間采用連接板和銷軸連接為整體，尾水臺(tái)車起吊。根據(jù)排架結(jié)構(gòu)和閘門的高度，在256.10 m尾水閘門檢修平臺(tái)對檢修閘門逐節(jié)進(jìn)行組裝。為便于閘門組裝和拆卸，每節(jié)門門體中部均設(shè)置了鎖定牛腿，底部均設(shè)置了底部鎖定板。以1臺(tái)冷卻器檢修為例，閘門組裝步驟為：

(1) 冷卻器對應(yīng)機(jī)組停機(jī)，尾水閘門關(guān)閉擋水。

(2) 底節(jié)門從對應(yīng)排架柱上游側(cè)進(jìn)入271.00 m尾水平臺(tái)后，采用尾水臺(tái)車將閘門吊至256.10 m平臺(tái)，利用腰部牛腿將閘門鎖定。

(3) 中節(jié)門從排架柱上游側(cè)進(jìn)入271.00 m尾水平臺(tái)后，操作臺(tái)車將中節(jié)門放置在底節(jié)門上部，調(diào)整定位后，利用連接板和銷軸將底、中節(jié)門連接為整體。

(4) 操作臺(tái)車，將連接后的閘門下放至中節(jié)門腰部牛腿鎖定。

(5) 重復(fù)步驟(3)、(4)，組裝剩余的2節(jié)中節(jié)門和頂節(jié)門，直至將6節(jié)閘門連接為整體。

(6) 操作臺(tái)車下放閘門，直至閘門底水封與底水封不銹鋼板中心重合，實(shí)現(xiàn)閘門封水(見圖3)。

4.2 閘門拆分

1臺(tái)冷卻器檢修完成之后，其他冷卻器進(jìn)行檢修時(shí)，因上、下游排架柱之間的縱向連接梁阻礙了啟閉機(jī)運(yùn)行線路，256.10 m高程檢修平臺(tái)不連通阻礙了閘門吊運(yùn)；因此只能在256.10 m檢修平臺(tái)將閘門逐節(jié)進(jìn)行拆分。先拆頂節(jié)門，依次為中、底節(jié)門，操作臺(tái)車將每節(jié)閘門吊至271.00 m尾水平臺(tái)，利用運(yùn)輸工具將閘門運(yùn)送至指定位置，重復(fù)閘門的組裝步驟后，實(shí)現(xiàn)對其他冷卻器的檢修。

5 閘門計(jì)算

冷卻器檢修閘門門體共6節(jié)，節(jié)間采用連接板和銷軸連接，每節(jié)設(shè)置2根主梁，面板、止水均設(shè)在機(jī)組側(cè)。閘門為平面露頂式滑動(dòng)門型，采用2×400 kN單向臺(tái)車操作，操作方式為靜水閉門，水泵抽水充水平壓后靜水啟門，啟門壓差≤2 m。閘門主材采用Q345B，布置和設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

閘門擋水水頭9.71 m，主支承中心跨度6.5 m，側(cè)止水中心跨度6.2 m，止水高度10.135 m。采用容許應(yīng)力法對主要受力構(gòu)件、零部件的進(jìn)行應(yīng)力了計(jì)算，同時(shí)計(jì)算了閘門的啟門力(見表1)。

圖3 冷卻器檢修閘門安裝及擋水狀態(tài)布置

表1 冷卻器檢修閘門計(jì)算成果

6 結(jié) 論

(1)通過對現(xiàn)場條件的分析和研究，得出了Patuca Ⅲ水電站冷卻器檢修閘門設(shè)計(jì)和使用時(shí)的制約因素和基礎(chǔ)條件?？紤]閘門的高度、止水方式、支承型式、起吊方式、組裝及拆分方式等多方面因素，確定了閘門的設(shè)計(jì)方案及組裝拆分方案，設(shè)計(jì)出了滿足使用功能的冷卻器檢修閘門。

(2)冷卻器檢修閘門的設(shè)計(jì)受現(xiàn)場條件限制較多，建議在相似類型工程的前期設(shè)計(jì)中，充分考慮冷卻器的檢修方案。如需采用冷卻器檢修閘門：一是要充分考慮閘門的組裝、拆分、吊運(yùn)方式。二是土建結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)緊密配合，優(yōu)化設(shè)計(jì)。三是要以運(yùn)行安全可靠、設(shè)計(jì)合理為思想，設(shè)計(jì)出滿足規(guī)范要求的產(chǎn)品。