水電站事故檢修閘門的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1.概述

　　劉X山水電站位于XX省XX縣XX鄉(xiāng)境內(nèi)，距縣城6公里。水庫壩址位于XX水系XX河支流XX河XX水上。XX水是XX河兩大主要支流之一，壩址在劉X山村下游1.2公里的河谷出口段，壩址以上控制流域面積179平方公里，主河道長30.43公里，庫區(qū)地勢(shì)南高北低，東、南、西三面環(huán)山，流域內(nèi)植被發(fā)育良好。

　　水電站為引水式電站，廠房位于大壩下游2公里的右岸河邊，副廠房位于主廠房上游，裝機(jī)2×4000千瓦。進(jìn)水口布置在右岸離壩肩約80米處，進(jìn)口底板高程212.4米，隧洞為圓形，洞徑φ=3.6米，縱坡5‰，調(diào)壓井布置在0+566處，采用簡單圓筒式調(diào)壓井，調(diào)壓井后接高壓管道。

　　本工程在發(fā)電引水隧洞進(jìn)水口設(shè)置一扇事故檢修閘門?？卓诔叽鐬?.6m×3.6m；在隧洞出口的壓力鋼管兩岔管處各設(shè)一個(gè)1.75米直徑的蝶閥。設(shè)一放空洞兼作沖砂用，管徑為φ1米，進(jìn)口設(shè)計(jì)一扇檢修閘門，出口處設(shè)-φ1.0m的閘閥。廠房尾水兩孔共用一扇尾水鋼閘門。本文就發(fā)電引水隧洞進(jìn)水口事故檢修閘門的優(yōu)化設(shè)計(jì)作一介紹。

　　2.事故檢修閘門的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　2.1閘門主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　事故檢修閘門為深孔式平面焊接鋼閘門。閘門孔口尺寸為3.8m×3.8m，底坎高程212m，設(shè)計(jì)水頭28m，總水壓力3967KN，門重12.2t，采用單吊點(diǎn)。該閘門是目前撫州市已建中、小型工程中總水壓力最大的平面鋼閘門。設(shè)計(jì)中考慮該閘門為事故檢修用，平時(shí)使用很少，經(jīng)優(yōu)化比較，決定把閘門面板布置在下游面，頂、側(cè)止水也布置在下游面，這樣避免頂梁和邊梁腹板受壓，減少了頂梁和邊梁腹板的厚度。閘門門體寬4.6m，高3.97m，厚0.9m，止水凈寬3.9m，止水凈高3.85m，面板厚14mm，閘門整體制造。閘門結(jié)構(gòu)布置為4根主梁，主梁腹板直接焊接于面板上，不設(shè)下翼緣，最大主梁高h(yuǎn)＝0.872m，3根工字鋼作為水平次梁。

　　設(shè)計(jì)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，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用的鑄鋼輪式支承構(gòu)造要求邊梁為雙腹板，兩者相比較又減少了鋼材的使用。同時(shí)，單腹板梁較雙腹板梁在焊接施工時(shí)要好控制得多。

　　事故檢修閘門有動(dòng)水下門的要求，其底緣形式的設(shè)計(jì)很重要。本閘門在底緣的設(shè)計(jì)上考慮了諸多因素，利用面板和側(cè)止水裝置在下游面的優(yōu)勢(shì)，通過精確計(jì)算，在保證上游傾角不應(yīng)小于45°，盡量采用60°的規(guī)范要求下，調(diào)整底緣板及底止水的位置，以便充分利用底梁腹板上下面的水壓差，使閘門能夠依靠自重和水柱壓力快速關(guān)閉。避免了閘門需使用加重鐵塊或機(jī)械壓力閉門帶來的造價(jià)高。

　　事故檢修閘門要求動(dòng)水關(guān)閉，靜水啟門，在設(shè)計(jì)中考慮到為降低啟門力，門頂設(shè)一個(gè)Φ300mm充水閥，充水閥門蓋與啟閉機(jī)相聯(lián)，充水閥開啟行程為300±2mm，充水平壓后再開啟閘門。設(shè)計(jì)閘門由一臺(tái)QPK－800KN－30m固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作。

　　2.2閘門主支承的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　在閘門主支承選型時(shí)，考慮到閘門孔口大，總水壓力達(dá)到3967KN，閘門為事故檢修門，平時(shí)使用很少，在需要使用時(shí)又要有很高的可靠度。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般采用鑄鋼滾輪，經(jīng)實(shí)踐證明，滾輪制造難度大、造價(jià)高，需經(jīng)常維護(hù)，使用年代長后易發(fā)生銹蝕后卡死。在本次設(shè)計(jì)中閘門下游側(cè)設(shè)置四塊高分子復(fù)合材料滑塊，型號(hào)為增強(qiáng)四氟NL150CHI型滑塊，按等荷載布置，并按構(gòu)造要求適當(dāng)調(diào)整滑塊位置。該滑道材料摩擦系數(shù)小，在清水中對(duì)不銹鋼為0.13-0.05，抗壓強(qiáng)度高，達(dá)到120-180Mpa。

　　采用該滑塊有免維護(hù)，造價(jià)低等特點(diǎn)。為防止閘門在閘槽中移動(dòng)時(shí)被卡住或碰撞，以確保閘門能順利啟閉，上游面設(shè)置四個(gè)鑄鐵滑塊，閘門兩側(cè)面各設(shè)兩個(gè)Φ200mm側(cè)輪。

　　2.3主軌設(shè)計(jì)

　　事故檢修閘門主支承壓力較大，主軌采用厚鋼板焊接軌道。為提高軌道的側(cè)向剛度，把主軌與門槽的護(hù)角焊接起來，并用連接板支撐。主軌高度h＝280mm，軌道底板寬度Bk＝240mm，軌道面焊一斷面為40×30mm的不銹鋼條。

　　為保證安裝精度，在主軌腹板以及下翼緣面上各開設(shè)兩個(gè)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，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(shí)使用很少，出現(xiàn)問題不易發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)在滿足強(qiáng)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(yùn)行可靠，日常維護(hù)簡單。

　　本工程事故檢修閘門設(shè)計(jì)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(jì)制造難度，提高了閘門的運(yùn)行可靠度，減少了初始投資和日常維護(hù)的費(fèi)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(fèi)用。