易春

摘要:云南省南盘江云鹏水电站是华润电力进入云南后投资的第一个水电项目工程。该工程设计周期时间短,质量要求高,工程量控制严格。该文通过介绍云鹏水电站金属结构设计布置方案,希望对今后同类型的电站设计有一定的借鉴和指导意义。

关键词:云鹏 金属结构 方案设计 参数

中图分类号:TM62 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)12(c)-0075-05

1 工程概况

1.1 工程位置

云鹏水电站位于南盘江干流云南省境内下游河段上。项目业主(投资方)为华润电力。云鹏水电站为华润电力进入云南后投资的第一个水电项目工程。该工程业主方对设计要求设计周期时间短,质量要求高,工程量控制严格。

该工程坝址区左岸属泸西县,右岸属丘北县。坝址距昆明公路里程约214 km,距泸西县城公路里程约60 km。电站为坝后引水式,采用单机单管供水。本电站在系统中主要承担腰荷和调峰任务;电站出线电压等级为220 kV和110 kV,220 kV出线一回,至弥勒变;110 kV出线一回,至泸西变。在电站建设初期,110 kV全部设备及联络变压器均为备用,在布置上仅预留场地。

1.2 水文和气象

云鹏电站坝址控制流域面积28082 km2,坝址多年平均流量为216 m3/s。南盘江流域枯期降水一般较少,其河流水量主要靠地下水补给。枯期(11月~5月)径流量只占年径流量的27.9%。汛期(6月~10月)径流量约占年径流量的72.1%左右。流域多年平均降水量910 mm。

流域属北亚热带季风气候区,干湿季节分明。根据泸西县气象站30年气象资料统计,多年平均气温为15.1℃。年降水量在815 mm~1 030 mm之间,大部份地区不到1 000 mm。坝址多年平均年蒸发量为1 958.3 mm。

1.3 装机规模和工程等级

该电站装有3台混流式水轮发电机,单机容量为70 MW,保证出力45.9 MW,多年平均发电量为8.27×108 kW·h。

拦河坝最大坝高97 m,坝顶长度445.25 m,坝型为碾压心墙堆石坝。水库总库容3.80×108 m3,有效库容2.26×108 m3。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL 5180-2003),本枢纽工程等别为Ⅱ等,工程规模为大(2)型。其建筑物级别为:拦河坝、泄洪建筑物为2级,引水发电建筑物、冲沙建筑物、开关站等为3级。工程地震设防烈度为7度。

1.4 工程布置

心墙堆石坝方案枢纽主要由以下建筑物组成:土质心墙堆石坝、左岸岸边开敞式溢洪道、左岸泄洪(导流)洞、右岸泄洪(导流)洞、左岸引水系统和岸边式地面厂房及GIS开关站等。

心墙堆石坝坝顶长度445.25 m,坝顶高程904.0 m。最大坝高97 m。

根据地形特征以及地质和洪水资料,溢洪道紧靠左岸电站进水口布置,设3~13 m×20 m溢流孔。引水渠底高程为874.0 m,长约250 m。开挖边坡最高约90 m左右。进口水流顺畅,堰顶高程882.0 m。溢洪道全长313.326 m(中心线),其中闸室段长40.0 m,泄槽段长360.118 m(沿中心线),出口采用挑流消能。

左岸泄洪洞施工期用于导流,考虑厂房交通及后期改建为泄洪洞,进口高程提高为838.0 m。隧洞进口设置1~7.5 m×10.5 m事故检修闸门,操作平台高程904.0 m,用长70 m的交通桥与公路连接。隧洞前段为圆形有压洞,洞径10.0 m,长度347.0 m,底坡为1‰。由于平面转弯及后期需进行改建,故将工作门设置在转弯段后、溢洪道闸室段附近,竖井高68 m,工作闸门尺寸6.5 m×8 m。其后为长448.5 m的城门洞无压洞,尺寸为8.1×11 m,出口底板高程为832.0 m,后期将改为挑流鼻坎。左岸泄洪洞总长为820.0 m。

右岸泄洪(导流)洞由于为凹岸,平面上需两次转弯,故该洞布置为圆形有压洞。施工期作为导流洞,后期改建为永久泄洪洞。隧洞进口设置1~7.5 m×10.5 m事故检修闸门,进口底板高程823.0 m,操作平台高程904.0 m,用长90 m的交通桥与公路连接。隧洞前段为有压洞,采用圆形断面,洞径为10.0 m,长度703.00 m,底坡为1.46‰。工作门设置在隧洞出口,闸门尺寸6.5 m×8 m。出口底板高程为821.0 m。右岸泄洪洞总长为703.00 m。

左岸引水发电系统由引水道、岸边地面厂房及GIS楼组成。引水发电建筑物布置在左岸,进水口紧靠大坝坝肩布置,底板高程865.0 m,闸室建于弱风化上部,部分在强风化下部。引水道采用单机单管供水方式,压力隧洞后接压力钢管,隧洞直径5.5 m,压力钢管内径5.0 m。1#管道长257.39 m,2#管道长264.853 m,3#管道长272.332 m。没有设置调压井。地面主厂房位于7#冲沟上游侧的台地上,进场交通洞通过溢洪道底部。

地面厂房为3级建筑物设计:按100年一遇洪水设计,相应下游水位836.494 m;200年一遇洪水校核,相应下游水位837.869 m;由于下游水位太高,故主厂房下游边墙为钢筋混凝土防洪墙,同时,在其两侧设有钢筋混凝土重力式防洪挡墙与其相接,将尾水平台高程定为839.0 m。主厂房尺寸为92.42 m×40.37 m×45.4 m(长×宽×高)。主厂房净宽18.0 m,内装三台单机容量70 MW的水轮发电机组,机组间距17.0 m,水轮机安装高程为819.9 m。安装间布置在主机间左侧,为便于和进厂交通连接,其高程为823.2 m,副厂房布置在主厂房上、下游侧。进厂交通布置在左岸地下,从溢洪道及冲沙洞泄槽或挑坎下通过,与厂房回车场823.0 m高程相接,尾水平台交通从大坝下游坡上通过。主变压器紧靠上游副厂房,开关站采用GIS,布置在上游副厂房上层。

主变压器紧靠上游副厂房,按机组段布置在上游副厂房的上游室外,平台高程为823.9 m。中心间距为17.0 m,变压器间设有防火隔墙。每台变压器的下方均设有一个贮油坑。

1.5 水库特征水位

校核洪水位(P=0.05%) 902.45 m

设计洪水位(P=0.5%) 902.00 m

正常蓄水位 902.00 m

死水位 877.00 m

2 设计依据及标准

2.1 设计依据

(1)经批准后的可研设计报告。

(2)昆明院批准的件和会议纪要。

(3)会签后的水工建筑物布置图及其它专业有关的图纸和件。

(4)设总及上序专业布置的设计任务书。

(5)会签后的专业互提资料单。

(6)经过评审和确认后的外调资料和外购件的产品样本和使用说明书。

2.2 设计遵循的标准

(1)国家颁布的有关法令、法规。

(2)金属结构设备的设计所遵循的主要标准和规范有:

①《水利水电工程钢闸门设计规范(DL/T5013-95)》;

②《水利水电工程启闭机设计规范(SL41-93)》;

③《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范(DL/T5018-94)》;

④《水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范(DL/T5019-94)》;

⑤《钢结构设计规范(GBJ17-88)》。

(3)其他一些有关的标准与规范(有效版本)。

3 金属结构设备

在设计的指导思想上,既考虑了制造与安装的要求,也考虑到了运行和检修维护的方便,同时还考虑到设备的安全可靠度和先进性。努力使云鹏水电站的金属结构设备在运行过程中既安全可靠又方便实用。

整个电站共设有门槽40孔闸门30扇(其中弧形闸门5扇,平面闸门13扇、拦污栅12扇),各类启闭机12台(其中固定卷扬式启闭机2台、油压启闭机8台、双向双小车门式启闭机1台、台车式启闭机1台)。金属结构设备总重约9 910T。

3.1 导流泄洪洞系统的金属结构设备

3.1.1 导流泄洪洞金属结构概述

导流泄洪洞在大坝的左右岸各设一条,其主要任务是在施工期用于导流,在电站建成后参予泄洪。左右岸导流泄洪洞的金属结构设备由弧形工作闸门、工作闸门油压启闭机、平面事故闸门、事故闸门固定卷扬式启闭机等组成。

3.1.2 左右岸导流泄洪洞事故闸门与启闭机

(1)导流泄洪洞事故闸门与启闭机的主要技术参数。

孔口形式:潜孔式。

孔口尺寸:7.5 m×10.5 m

孔口数量:2孔(左右洞各一)

闸门数量:2扇(左右洞各一)

底槛高程:左洞838 m 右洞823 m

设计水头:左洞64 m 右洞79 m

总水压力:左洞48 860 kN 右洞59 320 kN

操作条件:动水下门、充水平压后静水起门

启闭机形式:固定卷扬式启闭机

启闭机数量:2台

启闭机容量:左洞3200 kN 右洞3600 kN

扬程:左洞80 m 右洞90 m

起升速度:1.4 m/min

(2)导流泄洪洞事故闸门设计。

在左右岸导流泄洪洞进口处各设有一扇孔口尺寸为7.5 m×10.5 m的平面事故闸门门槽。左洞门槽底槛高程为838 m,右洞门槽底槛高程为823 m。门槽中心线桩号均为坝横0+003.00 m。门槽型式为Ⅱ型结构。采用较优的门槽错距比和较优的斜坡。从水流流动的边界角度看,错距处进行倒圆和缓坡,圆角半径R=50 mm,斜坡为1:10。

二孔门槽均设有一扇事故闸门。闸门为平面焊接钢结构,采用滚动轴承定轮支承,分上、中、下三节制造、运输,节间采用螺栓连接,将三节闸门在工地连接为一整体。节间设有止水。闸门为上游止水,顶侧水封形式为“P”形断面,底水封形式为“条”形断面,橡皮采用预压缩达到止水的目的。事故闸门的操作条件为配置加重块动水下门,提门时先运行充水行程,打开充水阀平压后再静水起门。

(3)导流泄洪洞事故闸门固定卷扬式启闭机。

左右岸泄洪洞事故闸门启闭机为两台固定卷扬式启闭机,左洞设置在923 m高程的启闭机排架上,右洞设置在923.50 m高程的启闭机排架上,由起升机构、机架、动力装置、控制装置等部件组成。起升机构均设置有高度指示装置、主令控制装置和荷重测控装置。起升机构的吊具通过一节短拉杆与事故闸门连接。启闭机的卷筒直径为φ1400 mm,滑轮组倍率为6,钢丝绳直径为φ32 mm。卷筒为双层缠绕。启闭机上设有机械和电气等保护和控制装置,可保证启闭机安全运行。安装完毕后必须进行动、静负荷试验方可投入使用(详细说明见生产厂家有关说明及运行维护手册)。

3.1.3 导流泄洪洞工作闸门与启闭机的主要技术参数

孔口形式:潜孔式

孔口尺寸:6.5 m×8.0 m

孔口数量:2孔

闸门数量:2扇

底槛高程:左洞837.653 m 右洞822.00 m

设计水头:左洞64.347 m 右洞80.3 m

封水型式:充压水封+常规水封

操作条件:动水启闭

总水压力:左洞61 700.0 kN 右洞72 040.0 kN

支铰高程:左洞850.153 m 右洞834.500 m

弧面半径:15 m

油压启闭机容量:6 300/2 500 kN(启门力/下压力)

启闭门速度:~0.5-0.8 m/min

活塞杆最大行程:左洞12.2 m 右洞12.2 m

活塞杆工作行程:左洞11.98 m 右洞11.98 m

(1)导流泄洪洞工作闸门设计。

①泄洪(导流)洞工作闸门门叶结构设计。

泄洪(导流)洞工作闸门为弧形钢闸门。采用主横梁结构体系,门叶采用横向分节,现场安装时螺栓联接。弧门为直支臂,主横梁、支臂断面为箱型结构,闸门采用圆柱铰支承。门叶结构、支铰结构、支臂及裤衩焊接完成后,要求整体退火以消除内应力。门叶结构、支铰结构、支臂及裤衩几大件间的相互连接采用螺栓联接。厂内组装合格后门叶面板进行整体加工,以保证弧门曲率半径符合图纸要求。因闸门承压水头高,总水压力大,故在止水结构上设置了两道水封,即在门叶上设置一道常规水封,在门槽上设置一道特殊的充压伸缩式水封。

②泄洪(导流)洞工作闸门门槽体型设计。

门槽因承受高速水流冲击,经论证后,决定选用突扩跌坎式门槽,门前设置压坡,门槽两侧向外突扩0.8 m,跌坎高度1.0 m。底坎的框型通气结构与两侧边的通气管相通,以达到补气防止气蚀的目的。

深孔弧形工作闸门的结构布置,需在门槽孔口两侧突扩、底坎突跌,以便安装整体水封。高速水流对边界泄流面的冲刷,会引起空化,发生空蚀破坏。而防止或减免空蚀最经济有效的措施之一是利用掺气。在设计门槽时调整门框尺寸,使其满足安装水封同时也满足掺气的要求。

③泄洪(导流)洞工作闸门伸缩式水封设计。

深孔弧形工作闸门设计除满足水力学条件外,另一至关重要的问题是合理选择止水型式。泄洪(导流)洞弧形工作闸门的特点是承压水头高。既要满足闸门全关时止水严密,又要满足闸门启闭过程中止水摩擦阻力最小,常规的止水型式已不能满足要求。泄洪(导流)洞工作弧门采用高水头弧形闸门伸缩止水,即弧形闸门为普通圆柱型支铰,水封型式设计成两道,一道安装在门叶结构上,两侧和顶水封用P型水封,底水封为刀型;另一道水封是顶侧底为一整体,安置在门槽埋件的突扩突跌空腔内,其工作原理是闸门启闭时充压水封处于自由状态,水封无预压,止水不产生摩擦阻力,闸门关闭后向水封背部空腔内采用高压水泵充水加压,水封在背压作用下变形外伸,使水封头部与闸门门叶紧密压紧止水,充压腔卸压后水封橡皮借助于自身弹性和水压力恢复原始位置,使弧形闸门面板与水封头部之间脱开形成间隙。水封背压采用高压水泵或利用水库的水充压。

(2)液压启闭机设计。

泄洪(导流)洞工作弧门液压启闭机为单吊点摇摆式液压启闭机,启闭机机座左岸设置在866.653 m平台上,右岸设置在851.00 m平台上。启闭机的油缸内径为790 mm,活塞杆直径为440 mm,有杆腔计算压力为18.63 MPa,无杆腔计算压力为5.51 MPa。液压泵站布置在启闭机室内,泵站设两台油泵电动机组,电动机容量为110 kW,两台油泵互为备用。液压阀组的主阀均为滑阀。液压启闭机设置有液压和电气等多套保护和控制装置。

3.1.4 左右岸泄洪(导流)闸门与启闭机的操作运行

(1)左右岸泄洪(导流)事故闸门与启闭机操作运行。

当工作闸门或压力隧洞在运行过程中发生故障时,事故闸门启闭机启动,提升闸门约10~30 mm后停机,将锁锭梁移开,然后重新启动启闭机使闸门下降直至全关位置全关闭后停机。闭门时应注意关闭充水阀,即闸门到底槛后还有320 mm充水阀关闭行程。

弧形工作闸门或压力隧洞事故处理完毕后,在弧形工作闸门关闭的情况下,可以提升事故闸门。首先启动启闭机向上提升320 mm,打开充水阀充水平压。电动机电源自动切断,启闭机停止运转。待确认事故闸门前后水压基本平衡后(水头差≤4 m),重新启动启闭机,提升闸门至上限位置,并将闸门锁锭在高程为904.0 m的锁定平台上。

事故闸门操作运行的具体要求如下:

当库水位在902.00 m以下,事故闸门能动水下门挡水。当事故闸门前后水头差>4 m时,严禁启门。

(2)弧形工作闸门与液压启闭机的操作运行。

当工作弧门需要开启时,按下液压启闭机的提升按钮,闸门开启,当闸门提升到所需开度时,位置开关动作,液压启闭机自动停机。

当工作弧门需要关闭时,按下液压启闭机的下降按钮,闸门下降,当闸门降至全关位置时,位置开关动作,液压启闭机自动停机。

工作弧门投入运行后,应按下列要求进行操作:

左右泄洪(导流)洞工作弧门只能全开全闭,不能局部开启。

充压水封的操作要求如下:

闸门开启和关闭前,必须将水封装置中的压力卸掉,确定阀压力为零后才能开门和关门。闸门全关闭后充压水封投入前应将充水腔内气体排尽,加背压至1.2倍库压,闸门漏水量不应超过规范允许值。

3.2 溢洪道系统的金属结构设备

3.2.1 溢洪道金属结构概述

云鹏水电站的溢洪道设置在左岸,紧邻电站进水口,是电站主要的泄洪通道,其最大泄流量约为7 127m3/s。设有3孔3扇表孔弧形工作闸门。考虑到溢洪道的重要性和工作闸门的安全性,溢洪道设1扇检修闸门,型式为叠梁门,为3个孔口所共用。

3.2.2 溢洪道弧形工作闸门与启闭机

(1)工作弧门与油压启闭机的主要技术参数。

孔口形式:露顶式

孔口尺寸:13×20.64 m2

孔口数量:3孔

闸门数量;3扇

底槛高程:881.86 m

支铰高程:893.36 m

设计水头:20.64 m

总水压力:27 947.9 kN

弧门半径:21 m

操作条件:动水启闭,局部开启

液压启闭机数量:3套

液压启闭机容量:2×3500 kN

活塞杆最大行程:8.6 m

活塞杆工作行程:8.5 m

起门速度:0.5 m/min

吊点间距:12.0 m

油机支铰高程:900.52 m

(2)工作弧门的设计。

弧形闸门采用二主梁、二斜支臂焊接钢结构,主横梁同层布置方案,主梁和支臂采用箱形断面。这种结构形式具有闸门整体刚度好,便于加工制造等优点。弧门支铰采用自润滑滑动轴套。在弧门两侧的边梁上各布置有6个侧导向轮。弧门的侧止水为“L”形橡胶水封,底止水为“条”形水封。门槽底槛埋件和侧轨埋件均为钢结构件,侧轨上设有不锈钢水封座板。

(3)油压启闭机的布置设计。

每扇闸门采用一套2×3 500 kN的液压启闭机操作,液压启闭机两只油缸的上吊点分别布置在闸门两侧的边墙上,下吊点分别铰接在弧门两侧的边梁上。液压泵站布置在闸门之间闸墩上的泵房里,每套泵站设有两台互为备用的油泵电动机组。弧门可在泵房现地控制,其信号也能在厂房中控室显示,并留有中控室远程控制的接口。鉴于国内一些电站溢洪道油机双缸出现的同步误差等问题,为保证闸门在开启和关闭的过程中能平稳运行,油机的液压系统设有专门的双缸同步装置。液压启闭机还设有液压、机械和电气等多种保护装置,以保证液压启闭机的安全运行。

3.2.3 溢洪道检修闸门及启闭设备

(1)溢洪道检修闸门和门机主要技术参数。

孔口形式:露顶式

孔口尺寸:13.0 m×20.0 m

孔口数量:3孔

闸门数量:1扇

底槛高程:881.00 m

设计水头:21.0 m

总水压力:29 371 kN

操作条件:静水启闭,小开度提门充水

启闭机形式:共用坝顶双向门机

启闭机数量:1台

起升荷载:850 kN/400 kN(主/副小车)

启闭机扬程:45 m

轨上扬高:10.0 m

起升速度:0.2~2.0 m/min

大车轨距:7.5 m

(2)检修闸门的设计。

检修闸门为钢叠梁形式,共分7节。叠梁门采用复合材料滑块支承,下游橡皮止水,侧水封为“P”型水封,底水封和节间水封为板型水封。闸门的主梁为实腹式焊接组合梁。闸门的操作条件为静水启闭,利用小开度提门充水平压后提门。门槽型式为Ⅰ型结构,门槽的底槛和主、反轨均为焊接钢结构件,下游侧主轨设有不锈钢水封座板。检修闸门采用850 kN/400 kN双向门机的主小车带液压式自动穿脱轴抓梁起吊。各节门叶的上、下摆放顺序不做限制。

(3)检修闸门850 kN/400 kN门机的布置。

溢洪道检修门850 kN/400 kN门机设置在高程为904 m的坝顶平台上。为单吊点电动机集中驱动的结构型式。由大车行走机构、起重小车(主/副)行走机构、起升机构(主/副)、机架、夹轨器及动力电缆卷筒、控制装置等部件组成。门机起升机构均设置有高度指示装置、主令控制装置和荷重测控装置,各运行及回转机构均设置有行程开关和缓冲装置。起升机构的吊具通过液压式自动穿脱轴抓梁与检修闸门连接。启闭机的卷筒直径主小车为φ1 200 mm,副小车为φ750 mm。门机上设有机械和电气等保护和控制装置,可保证启闭机安全运行。门机安装完毕后必须进行动、静负荷试验方可投入使用(详细说明见生产厂家有关说明及运行维护手册)。

3.2.4 溢洪道闸门和启闭机的操作运行

正常情况下,溢洪道检修闸门不工作,存放在储门槽中。

当某扇工作弧门或液压启闭机发生故障需要检修或维护时,应在静水的情况下(即工作弧门处于关闭装态),将叠梁检修闸门分节放置在需要检修的弧门前面的检修门槽内,然后开启工作弧门放掉检修门后的积水,即可对工作弧门或液压启闭机进行检修或维护。检修完毕后,关闭工作弧门,启吊最上节检修闸门约200 mm,待平压后再分节提出叠梁检修闸门,工作弧门可恢复正常工作。

溢洪道不泄洪时,3扇工作弧门全部关闭挡水,当汛期需要溢洪道泄洪时,可以开启1~3扇弧门泄洪。溢洪道工作弧门可以全开泄洪,也可以在1/5、2/5、3/5、4/5的开度下局部开启运行,为确保闸门运行的安全,在启闭过程中如发现某个开度闸门振动激烈,在局部开启运行时应尽量避免此开度。

从大坝泄水建筑物的安全考虑,表孔弧门在泄洪时应对称开启操作,开一扇门时应开中间一扇,开两扇门时开第一扇和第三扇,开三扇门时则全部开启。具体操作要求应按水库水文资料给出的最佳组合开启方案进行。

3.3 引水发电系统的金属结构设备

3.3.1 引水发电系统的金属结构概述

云鹏水电站设三台机组,采用单机单管引水方式。引水发电系统的进水口位于大坝的左岸坝段。进水口设有拦污栅、检修闸门、快速事故闸门及相应的启闭设备。在厂房的下游尾水管出口设有尾水检修闸门及启闭设备。

3.3.2 拦污栅及清污机

(1)拦污栅、启闭机的主要技术参数。

孔口尺寸:4.1 m×12.0 m

孔口数量:18(含9孔检修栅)

栅叶数量:12(含3扇检修栅)

底槛高程:865.0 m

平台高程:904.0 m

拦污栅倾角:90°直栅

设计水头差:4 m

栅条净距:100 mm

清污方式:提栅清污

启闭机数量:1台(共用坝顶门机)

启闭机容量:4 000 kN坝顶门机副小车

启闭机扬程:40 m

轨上扬高:11 m

(2)拦污栅的布置与设计。

电站进水口拦污栅采用直栅布置,孔口尺寸为4.1 m×12.0 m(净宽X净高,下同),设计水头差4 m,共设9孔工作拦污栅槽和9孔检修拦污栅槽,9扇工作拦污栅,3扇检修拦污栅。每台机组进口设3孔工作拦污栅栅槽和3孔检修拦污栅栅槽,3扇拦污栅后的水域是连通的,当部分拦污栅的栅叶被污物堵塞时仍能保证各机组有足够的引水量,可避免或减少因部分拦污栅堵塞而停机的机会。三台机组共设9扇工作拦污栅,3扇检修拦污栅。工作拦污栅放置在上游9孔工作栅槽内,检修拦污栅平时锁定于下游的3孔检修拦污栅栅槽内。当某台机组工作拦污栅需提栅清污时,先下放3扇检修拦污栅在此台机组的检修拦污栅栅槽内,然后再提升工作拦污栅清污。拦污栅的最大过栅流速为1 m/s。

拦污栅的框架为焊接钢结构,栅条为长条形的钢板,用螺栓串结后固定在栅框上。拦污栅采用滑块支承。

(3)拦污栅启闭机的布置。

栅槽顶部坝顶平台设有一台移动式双向机。门机上的副小车即用来启闭拦污栅, 门机副小车容量400 kN,扬程为40 m。主要由起升机构、夹轨装置、行走机构、电气控制等部件组成。

3.3.3 进水口检修闸门

(1)进水口检修闸门的主要技术参数。

孔口形式:潜孔式

孔口尺寸:6.0 m×6.5 m

孔口数量:3

闸门数量:1

底槛高程:865.0 m

平台高程:904.0 m

设计水头:37 m

总水压力:13 519 kN

操作方式:静水启闭

启闭机数量:1台(共用坝顶门机)

启闭机容量:850 kN坝顶门机主小车

启闭机扬程:45 m

轨上扬高:10 m

(2)进水口检修闸门设计与运行。

在拦污栅后每台机组的进水口均设有一道检修门槽,三个孔口共用一扇平面检修闸门。正常运行时,进水口检修闸门锁定放置于储门槽内,不工作。当某一进水口的事故闸门或液压启闭机发生故障需要检修或维护时,闸门静水启闭,即在下游的进水口事故门关闭的情况下,闸门使用坝顶门机主小车上的起升机构配用液压自动抓梁操作,先提升闸门150~200 mm,移开闸门的锁定梁,然后将检修闸门调运到相应的检修门槽处下放到孔口底槛,再开启进水口事故门,排尽检修闸门后的积水,即可对门后引水道和进水口事故门等相关设备进行检修维护工作。开启时,同样应先将下游的进水口事故门关闭,利用检修门门叶上设置的充水小门进行充水平压,先启动坝顶门机的起升机构向上提250 mm,达到充水开度后停机,待闸门上、下游水位差<4 m时(可由水位计显示),再次启动坝顶门机的起升机构向上提检修门至坝顶平台以上,然后将检修闸门调运到储门槽内用锁定梁锁好后,事故闸门即可以恢复正常工作。

检修闸门采用下游橡皮止水,尼龙滑块支承,为焊接钢结构,分两节制造运输,工地安装时拼焊为一整体。主梁为实腹式焊接组合梁,断面为“工”字形结构,面板和水封均设在下游侧,顶、侧水封采用“P”形水封,底水封采用“条”形水封。门槽型式为矩形断面,采用较优宽深比,门槽的底槛和主、反轨均为焊接钢结构件,下游侧主轨设有不锈钢水封座板。

(3)进水口检修闸门启闭门机布置。

进水口检修闸门与溢洪道检修闸门共用坝顶门机,详见(3)。

3.3.4 快速事故闸门与油压启闭机

(1)快速事故闸门与油压启闭机的主要技术参数。

孔口形式:潜孔式

孔口尺寸:6.0 m×6.0 m

孔口数量:3孔

闸门数量:3扇

底槛高程:865.0 m

设计水头:37 m

平台高程:904.0 m

总水压力:12 599 kN

启闭机数量:3台

启闭机容量:1 000 kN/2 000 kN(启门力/持住力)

工作行程:7.0 m

最大行程:7.2 m

闭门时间:2 min关闭孔口

起门速度:0.5 m/min

(2)快速事故闸门的设计。

在每孔进水口检修闸门后均设置一扇平面快速事故闸门,闸门共分为2节,节间用焊接联接。闸门采用下游橡皮止水,顶、侧水封采用“P”形水封,底水封为板形水封。定轮支承,支承跨度6.7 m。闸门利用水柱动水下门,静水启门,使用上节门叶上设置的充水阀充水平压,为节约充水时间,充水管直径为300 mm,当上下游水位差<4 m时方可启门。每扇闸门设有4个主轮,轮子直径为0.85 m,轮轴直径0.22 m,球面滚柱轴承支承。闸门为单吊点,采用一台1 000 kN/2 000 kN(启门力/持住力)的液压启闭机配拉杆操作。正常情况下,闸门悬吊在孔口门楣上部0.5 m处,如遇发生事故时,动水快速关闭该闸门,2 min关闭孔口。

(3)液压启闭机的布置。

每扇事故闸门设一台液压油缸,油缸布置在进水口坝段内每个事故门孔口上的启闭机室内,油缸支座下安装有全密封的封水盖板,以防水位过高浸泡油缸上部。三台液压启闭机的泵站均布置在进水口坝段左端的机房内,3支油缸共用一套泵站控制。液压泵站由油箱、阀组、油泵电动机组、电控装置等设备组成。当油缸由于泄漏等原因使闸门下滑200 mm时,启闭机可以自动启动使闸门返回到原来的高度。若油泵或电动机出现故障未能启动,闸门继续下滑至300 mm时,备用电动机-油泵组启动,提升闸门至原来的高度。液压启闭机的泵站布置在进水口坝段的左端机房内,三台油缸由一套泵站控制,液压启闭机可在进水口机房现地控制,也可在中控室控制闸门快速下门。

3.3.5 尾水检修闸门及启闭设备

(1)主要技术参数。

孔口形式:潜孔式;

孔口尺寸:7.6 m×7.6 m

孔口数量:3孔

闸门数量:3扇

底槛高程:810.208 m

设计水头:27.659 m

平台高程:839.00 m

总水压力:14 091 kN

操作条件:静水启闭

启闭机形式:台车

启闭机数量:1台

起升荷载:2×400 kN

启闭机扬程:18 m

起升速度:0.5 m~2 m/min

行走速度:10 m~15 m/min

轨距:3.0 m

(2)尾水检修闸门设计。

在厂房机组出水口处,设有3孔3扇厂房尾水检修闸门,孔口尺寸为7.6 m×7.6 m。闸门为平面焊接钢结构型式,采用滑动支承,闸门采用上游橡皮止水,顶、侧水封采用“P”形水封,底水封为板形水封。尾水闸门的操作条件为静水启闭,启门时由水机设旁通阀充水平压,当闸门前后水位差≤1米时提门。闸门设预压铰式弹性反轮,以使闸门有效止水,方便机组的检修。

(3)尾水台车启闭机布置。

尾水检修门2×400 kN移动式台车设置在高程为839.00 m尾水平台启门排架上。台车由起升机构、机架、行走机构、控制装置等部件组成。起升机构的吊具通过液压自动抓梁与检修闸门连接。启闭机的卷筒直径为φ600 mm。启闭机上设有机械和电气等保护和控制装置。

3.3.6 引水发电系统闸门(拦污栅)与启闭机的操作运行

拦污栅上、下游侧设有水位计,故应经常检查栅前、栅后水位,水位差大于2.0 m时应及时清污,清污时启闭机不得超载运行。拦污栅的起吊采用共用坝顶门机上的副小车,启闭容量为400 kN。

正常情况下,快速事故闸门停放在孔口以上0.5 m处,当机组或压力钢管发生事故时,在中控室操作液压启闭机在2 min内动水迅速关闭快速事故闸门,然后可对机组或压力钢管进行检修,检修完毕后关闭机组导叶,液压启闭机提升250 mm打开事故闸门上的充水阀,向压力钢管内充水,平压后(允许水压差≤4 m)可提升事故闸门至孔口以上0.5 m处,机组可正常运行。

闭门时应注意关闭充水阀,即还有250 mm充水阀关闭行程。

正常情况下,尾水检修闸门不工作,锁锭在834.5 m的锁定平台顶部。

当某台机组发生故障需要检修或维护时,应在静水的情况下(即机组处于关闭状态),将尾水检修闸门放置在需要检修的机组尾水管出口的检修门槽内,然后排干检修门前的积水,即可对机组进行检修或维护。检修完毕后,开启旁通阀充水,待平压后(闸门前后水位差≤1 m)再提出尾水检修闸门,锁锭在834.5 m的锁定平台顶部,机组可恢复正常工作。

参考文献

[1] 何玉新,胡霜天.天花板水电站金属结构布置及设计[J].水力发电,2011,37(6):85-87.

[2] 蒋立新.黑麋峰抽水蓄能电站金属结构布置与设计[J].水力发电,2010,36(7):70-72.

[3] 易伟,胡国智.独流减河进洪闸金属结构布置与设计[J].海河水利,2009(1):21-22.