莘 龍 李潤芝 呂曉騰

李仙江戈蘭灘水電站位于云南省思茅地區(qū)江城縣和紅河洲綠春縣的界河——李仙江干流上,是李仙江流域7個梯級電站中的第6級,壩址距省會昆明市公路里程約650 km,距左岸紅河洲綠春縣縣城140 km,距右岸思茅地區(qū)江城縣縣城90 km。本電站為岸邊式地面廠房,工程主要任務(wù)是發(fā)電,電站裝機 3臺,單機容量為 150 MW,總裝機容量450 MW。電站具有不完全年調(diào)節(jié)水庫,調(diào)節(jié)庫容0.87×108m3,保證出力81.02MW,多年平均發(fā)電量20.182×108kW?h。

李仙江戈蘭灘水電站工程泄洪閘是本工程重要的泄洪建筑物,承擔(dān)著泄洪排沙和調(diào)節(jié)水庫水位等任務(wù),泄洪閘的布置優(yōu)劣,產(chǎn)品閘門設(shè)計的剛度、強度及穩(wěn)定性,啟閉機選型是否合理,啟閉機的同步等均關(guān)系著工程的安全性。根據(jù)本工程采用碾壓混凝土壩以及洪峰流量大,上、下游水位變幅大的特點,從樞紐布置合理性及水力學(xué)條件等方面考慮,采用泄水建筑物集中布置在主河道且表孔和底孔采用 “五表二底”的重疊布置方式。表孔泄洪閘共設(shè)5孔。為保證水流平順,減少底部氣蝕,保證壩面平整美觀,泄洪閘采用弧形鋼閘門,啟閉機采用雙作用液壓啟閉機。本文主要就表孔泄洪系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置及啟閉機選型的思路及設(shè)計特點進行論述。

1 金屬結(jié)構(gòu)布置及工作閘門的設(shè)計

李仙江戈蘭灘水電站工程泄洪閘為2級建筑物,其洪水標準為100年一遇設(shè)計,1 000年一遇校核。設(shè)計洪水位453.47 m,校核洪水位457.29 m。

表孔泄洪閘為本工程主要泄洪建筑物。水庫沒有調(diào)蓄能力,泄洪閘應(yīng)能宣泄各種流量。因此要求,泄洪閘的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備應(yīng)操作靈活、運行可靠并能滿足各種過流量的要求。

為滿足以上要求并結(jié)合水工布置,表孔泄洪閘金屬結(jié)構(gòu)布置采用5扇尺寸為13 m×18.8 m-18.49 m(寬×高-設(shè)計水頭,下同)弧形工作鋼閘門,堰頂高程為438.00 m,采用2×2 500 kN雙作用液壓啟閉機操作。表孔弧門主要承擔(dān)泄洪任務(wù),操作比較頻繁?？紤]到弧門門槽的檢修與維護,弧門前設(shè)有檢修閘門。表孔檢修閘門為疊梁型式,5孔共用1套檢修閘門,檢修門底檻高程為437.955 m。該閘門由溢流壩段壩頂門機2×250 kN副鉤通過液壓抓梁操作。泄洪閘布置見圖1。

圖1 表孔泄洪閘布置圖(單位:高程m；尺寸mm)

表孔弧形工作門半徑21 m,閘門底坎布置在溢流堰頂,高程為438.00 m,支鉸高程考慮按校核洪水位時支鉸不能受門后水流及漂浮物沖擊,故將支鉸布置于高程447.00 m處,高于最大過流曲線水位?？紤]到該閘門在工程運用中的重要性,閘門設(shè)計采用最不利的工況進行設(shè)計,即以上游設(shè)計擋水位456.00 m作為閘門進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算及液壓啟閉機啟閉力的正常設(shè)計依據(jù)。以校核洪水位457.29 m作為閘門啟閉力的校核工況。

弧門框架布置采用主橫梁、斜支臂結(jié)構(gòu)型式。弧門門葉結(jié)構(gòu)采用雙主梁結(jié)構(gòu)、主次梁采用同層布置方式,以提高整個門葉的剛度。側(cè)止水采用L型水封。

弧形閘門技術(shù)參數(shù)如下:

閘門作用 泄洪

閘門型式 表孔弧形

孔口數(shù)量/個 5

閘門數(shù)量/套 5

埋件數(shù)量/套 5

孔口寬度/m 13

閘門高度/m 18.8

設(shè)計水頭/m 18.49

底坎高程/m 437.51

設(shè)計擋水位/m 456.00

曲率半徑/m 21

支鉸高程/m 447.00

總水壓力/kN 23 667

支臂型式 斜支臂

支鉸型式 球面關(guān)節(jié)軸承

主梁布置方式 雙主橫梁

運行條件 動水啟閉,局部開啟

與啟閉機連接方式 直接相連

啟閉設(shè)備 表孔工作閘門液壓啟閉機

弧門在最大設(shè)計水位的工況下開啟時,閘門開啟瞬時水壓力可達到26 700 kN,因此在設(shè)計中對閘門結(jié)構(gòu)的不同部分考慮了動力系數(shù),其中主梁動力系數(shù)1.1,支臂動力系數(shù)1.2,以保證閘門主要結(jié)構(gòu)及各部件在動水條件下或局部開啟過流時,仍能穩(wěn)定可靠地工作。

對于大型弧門的主梁目前在國內(nèi)通常采用箱型斷面,主要是因為:箱型斷面較工字型斷面的剛度、穩(wěn)定性都要高,另外如采用工字型斷面,則主梁高度將相當(dāng)大,造成閘門的工程量增大很多,經(jīng)濟上不合理。故該弧門的主梁采用了箱型斷面主梁。主梁受力型式為雙懸臂簡支梁?；￠T框架除受水壓力及泥沙壓力作用外,在閘門開啟過程中還要承受液壓啟閉機雙缸啟門瞬間的最大作用力,因而為保證主梁懸臂端的最大彎應(yīng)力與跨中的最大彎應(yīng)力相同或接近,以達到既經(jīng)濟又可靠的目的,而將主梁懸臂端長度取為0.17L(L為孔口寬度),而不是規(guī)范推薦的0.2L。

達斡爾傳說中認為除夕的夜晚已故親人的靈魂會回家來探訪，其它游魂也會回到人間到處游串。所以家家戶戶都要把門窗上的縫隙封好堵嚴，以防游魂野鬼進入家中；除夕夜晚與該年同屬相的人不準出門；除夕夜晚不準在室外呼叫孩子的名字，怕被鬼魂帶走；除夕一整夜不許關(guān)燈，要放置長明燈。

本閘門的支臂斷面采用箱型結(jié)構(gòu)。

弧門支鉸作為閘門與閘墩傳力的主要構(gòu)件,其結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要。單鉸受力最大可達到10 000 kN,本弧形閘門的支鉸軸承采用自潤滑球面軸承,此軸承除能承受較高的徑向荷載外,還能承受一定的軸向荷載。該軸承采用銅基鑲嵌石墨作為摩擦副,軸承球形摩擦面上根據(jù)一定規(guī)律鑲嵌著石墨固體潤滑劑,石墨與軸承球面采用特殊工藝燒結(jié)成一體。本軸承同時具有低摩擦(干摩擦系數(shù)0.1～0.13)、自潤滑 (鑲嵌石墨會隨軸承的轉(zhuǎn)動游離出來充當(dāng)潤滑劑)、無需密封(無潤滑劑)、安裝方便(軸承外圈采用分體拼接而成)、免維護等優(yōu)點。另外對于大型斜支臂弧形閘門,由于制造、運輸中閘門各部件產(chǎn)生的制造偏差、變形,往往在弧門的支臂、主梁、支鉸的安裝時調(diào)整比較困難。球面自潤滑軸承允許軸承外圈左右偏擺2°角,閘門的制造偏差、局部變形通過球面軸承可以得到微調(diào),從而使閘門安裝更為方便。

弧形工作閘門門槽側(cè)軌采用鋼板焊接Π型斷面結(jié)構(gòu),止水座板采用4 mm厚的機加工不銹鋼板,底坎采用鋼板和工字型鋼的焊接組合斷面。除不銹鋼座板外,其余均采用Q235B材質(zhì)。支鉸埋件由埋在一期混凝土內(nèi)的預(yù)埋錨栓和墊板組成。

2 液壓啟閉機布置與選型

液壓啟閉機主要技術(shù)參數(shù)如下:

啟閉機名稱 表孔工作閘門啟閉機

型式 雙吊點QHLY系列液壓啟閉機

容量/kN 2×2 500

啟門速度/(m?s-1) 約0.8

工作行程/m 9 000

最大行程/mm 9 200

油缸內(nèi)徑/mm 480

活塞桿直徑/mm 250

有桿腔壓力/MPa 18.96

無桿腔壓力/MPa 0.5

油泵型號 160SCY

油泵排量/(L?min-1) 160

電機型號 Y280M-4

電機功率/kW 90

電機額定轉(zhuǎn)速/(r?min-1) 1 470

油箱容積/L 4 000

2×2 500 kN液壓啟閉機采用端部懸掛式布置,液壓啟閉機室布置于每孔弧門左側(cè)的閘墩上。為保證雙吊點液壓啟閉機的同步,每套啟閉機的2個油缸內(nèi)均設(shè)置了進口歐特克內(nèi)置式位移傳感器以提高開度檢測精度,并在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了電磁換向閥和疊加式節(jié)流閥組成的開式糾偏裝置。所有閥件均采用的進口PARKER產(chǎn)品。

由于弧形閘門支鉸處軸承為球鉸及閘門側(cè)輪與門槽軌道有一定的間隙,閘門在啟閉過程中會在門槽內(nèi)有輕微擺動,而液壓啟閉機也會同閘門一起擺動,故液壓啟閉機的上、下吊點的軸承均選用球面自潤滑軸承。保證弧門液壓啟閉機上下吊點在各個方向上有多個自由度,從而使液壓啟閉機安裝、調(diào)試更為方便以及運行過程中滿足弧形閘門擺動的需要。

啟閉機的控制為3級控制:1級為現(xiàn)地控制,設(shè)在每個油泵房內(nèi)；2級為集中控制,設(shè)在壩上控制樓；3級為遠方控制,設(shè)在電站中控室。

3 結(jié) 語

通過實際運用,感覺到大型弧門的設(shè)計尤其應(yīng)重視支臂的斷面選擇及確定支臂結(jié)構(gòu)型式?；￠T的整體剛度決定于弧門支臂的剛度和穩(wěn)定性。另外閘門計算中應(yīng)充分考慮啟閉機的最大啟門力對閘門主框架的內(nèi)力影響,否則會造成閘門啟門瞬間的結(jié)構(gòu)破壞或變形。

對于大型弧門啟閉機的同步問題解決得好壞是閘門能否正常啟閉的關(guān)鍵,而同步方式的選擇是否合理,同步設(shè)備質(zhì)量是否合格,同步精度是否達到要求均是影響同步的因素。

本文一些觀點,僅代表佐證的觀點。有不足之處,請各位同行批評指正。