何孟蕓,佘鴻翔,劉永勝,龍朝暉
(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072)
坪頭水電站的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備由泄水建筑物、引水建筑物和尾水建筑物三部分的閘門、攔污柵及啟閉機(jī)設(shè)備組成,共有閘門門葉、攔污柵柵葉13扇,門槽、柵槽埋件16套,儲門槽2套,啟閉設(shè)備8臺。設(shè)備總重量為1 314t,其中攔污柵、閘門及其埋設(shè)件重量為1 074t,啟閉設(shè)備重量為240t。
電站為引水式電站,在首部樞紐設(shè)有攔河閘壩和進(jìn)水口,采用側(cè)向取水、正向沖沙泄洪的布置方式,從右岸至左岸依次布置右岸擋水壩段、泄洪閘、沖沙閘、左岸擋水壩段和進(jìn)水口。在主河床布置3孔泄洪閘和1孔沖沙閘,用于泄洪、沖沙,減少水庫淤積,保證進(jìn)水口門前清。泄洪閘采用胸墻式泄洪孔,每孔設(shè)1扇工作閘門,3孔共用1扇檢修閘門。沖沙閘采用胸墻式?jīng)_沙孔,設(shè)置1扇工作閘門和1扇檢修閘門。泄洪閘和沖沙閘閘頂高程均為915.00m,正常蓄水位為913.00m,設(shè)計洪水位為901.82m,校核洪水位為907.92m。泄水建筑物閘門及啟閉機(jī)布置見圖1、2。
泄洪閘工作閘門為潛孔式弧形閘門,孔口尺寸為8m×15m(寬×高),底坎高程887.00m,按正常蓄水位913.00m設(shè)計,設(shè)計水頭為26m,支鉸高度為17m,面板曲率半徑為22.5m,總水壓力為31 330kN。閘門為雙主橫梁斜支臂結(jié)構(gòu),主橫梁及支臂均為箱型結(jié)構(gòu),門葉結(jié)構(gòu)主要材料為Q345B。底止水為條形橡膠水封,側(cè)止水為P60-B型橡塑水封,均布置在面板下游側(cè);頂水封為P60-A型橡膠水封,布置在面板上游側(cè)。頂水封采用壓緊式和轉(zhuǎn)角式兩道止水。為防止閘門在局部開啟時門頂發(fā)生射水現(xiàn)象,在頂楣裝置增設(shè)一道輔助轉(zhuǎn)鉸止水,其預(yù)壓量由彎曲薄彈簧鋼板控制。壓緊式止水是為保證全關(guān)狀態(tài)下的嚴(yán)密止水。支鉸材料為ZG50Mn2鑄鋼,支鉸軸材料為34CrNiMo鍛鋼,支鉸軸承采用GEW480HSFZ5自潤滑球面滑動軸承。
工作閘門由容量為2×2500kN的后拉式液壓啟閉機(jī)操作,啟閉機(jī)的工作行程為9.271m,最大行程為9.5m,啟閉速度為0.6m/min,油缸內(nèi)徑為480mm,活塞桿直徑為250mm。油缸的上端與預(yù)埋在閘墩上的油缸支鉸鏈接,油缸活塞桿的下端與閘門邊梁上的吊耳連接。每臺機(jī)設(shè)1套液壓泵站,液壓站設(shè)2臺油泵電機(jī)組,冷備用。液壓站布置在孔口左側(cè)閘墩915.00m高程上的泵房內(nèi)。液壓啟閉機(jī)可現(xiàn)地操作,也可在電站中控室集中控制。
檢修閘門為潛孔式平面滑動閘門,孔口尺寸為8m×17m(寬×高),底坎高程887.00m,按正常蓄水位913.00m設(shè)計,設(shè)計水頭為26m,總水壓力為24 229kN。閘門為下游面板、下游止水,主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。門葉部分沿高度分為5段制造、運(yùn)輸,工地安裝時下面3段焊在一起成為下節(jié),上面2段采用連接板和銷軸連接后成為上節(jié),上、下節(jié)之間不連接。頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封,節(jié)間止水和底止水為條型橡膠水封。
檢修閘門為靜水啟閉,節(jié)間充水平壓。檢修閘門由容量為2×500kN的單向門機(jī)通過液壓抓梁操作。門機(jī)的軌距為6m,軌上揚(yáng)程為12.5m,總揚(yáng)程為32m,起升速度為2.23m/min。平時,檢修閘門存放在攔河閘壩右側(cè)的儲門槽內(nèi)。
圖1 泄洪閘閘門及啟閉機(jī)布置
圖2 沖沙閘閘門及啟閉機(jī)布置
沖沙閘工作閘門的孔口尺寸為3m×8m(寬×高),底坎高程886.00m,按正常蓄水位913.00m設(shè)計,設(shè)計水頭為27m,總水壓力為6 380kN。由于沖沙閘下游設(shè)計洪水位比較高,如果工作閘門采用弧形閘門方案,會給水工和閘門結(jié)構(gòu)布置帶來很大困難,同時考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素,因此將沖沙閘工作閘門設(shè)計為潛孔式平面定輪閘門。閘門采用上游面板、上游止水,主輪直徑為φ700mm,主輪軸徑為φ140mm,主輪材料為ZG310-570鑄鋼,輪軸材料為45鍛鋼,軸套為高強(qiáng)度鋼背聚甲醛復(fù)合材料軸套。頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封,底止水為條型橡膠水封。
工作閘門為動水啟閉,允許在局開狀態(tài)下運(yùn)行,但應(yīng)避免在振動區(qū)域停留。平時,閘門關(guān)閉處于擋水狀態(tài)。工作閘門由容量為1 000kN的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作,啟閉機(jī)的揚(yáng)程為31m。啟閉機(jī)設(shè)置在926.70m高程的啟閉機(jī)房內(nèi)。
檢修閘門為潛孔式平面滑動閘門,孔口尺寸3m×10m(寬×高),底坎高程886.00m,按正常蓄水位913.00m設(shè)計,設(shè)計水頭為27m,總水壓力為7 263kN。閘門采用下游面板、下游止水,主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。門葉部分沿高度分為3段制造、運(yùn)輸,在工地安裝時下面2段焊在一起成為下節(jié),上面1段為上節(jié),上節(jié)、下節(jié)之間采用連接板和銷軸活動連接。頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封,節(jié)間止水和底止水為條型橡膠水封。
檢修閘門為靜水啟閉,節(jié)間充水平壓。閘門與泄洪閘檢修閘門共用2×500kN單向門機(jī),門機(jī)通過平衡梁和拉桿操作閘門。平時,閘門存放在攔河閘壩右側(cè)的儲門槽內(nèi)。
進(jìn)水口為直立岸塔式,依次設(shè)有兩道攔污柵槽和一道工作閘門。閘頂平臺高程均為915.00m,正常蓄水位為913.00m,設(shè)計洪水位為901.82m,校核洪水位為907.92m。引水建筑物閘門、攔污柵及啟閉機(jī)布置見圖3。
圖3 進(jìn)水口閘門、攔污柵及啟閉機(jī)布置
攔污柵共2孔,胸墻式,孔口尺寸為5m×12m(寬×高),底坎高程895.00m,按4m水壓差設(shè)計,總水壓力為2 400kN。攔污柵為直立平面活動式,每孔設(shè)1扇,柵條凈距為80mm,主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。攔污柵由4節(jié)組成,每節(jié)柵葉設(shè)2個工字型主橫梁,節(jié)間采用連接板和銷軸活動連接。
攔污柵為靜水啟閉,由容量為2×250kN的橋式啟閉機(jī)通過平衡梁和拉桿操作,啟閉機(jī)的揚(yáng)程為27m。攔污柵的清污采用全跨液壓清污抓斗清污,清污抓斗由橋機(jī)直接操作,污物可在取水口左側(cè)的卸污平臺上進(jìn)行卸放。
工作閘門共1孔,為潛孔式平面定輪閘門,孔口尺寸為5.9m×5.9m(寬×高),底坎高程895.00m,按正常蓄水位913.00m設(shè)計,設(shè)計水頭為18m,總水壓力為5 418kN。閘門采用上游面板、上游止水,頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封,底止水為條型橡膠水封。主支承為簡支輪,主輪直徑為φ700mm,輪軸直徑為φ140mm,主輪材料為ZG310-570鑄鋼,輪軸材料為40Cr鍛鋼,軸承采用高強(qiáng)度鋼背聚甲醛復(fù)合材料軸套。
工作閘門為動水啟閉,由2×500kN的固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作。啟閉機(jī)設(shè)置在923.40m高程的啟閉機(jī)房內(nèi),揚(yáng)程23m。為減少門后引水隧洞的充水時間,閘門采用小開度充水方式。發(fā)電時,工作閘門鎖定在門槽頂部,當(dāng)隧洞檢修時關(guān)門擋水。
為便于引水隧洞的維護(hù)和檢修,分別在2-3號和4號施工支洞與主洞交叉處留有進(jìn)人孔,并設(shè)置封堵閘門。封堵閘門采用平面鉸鏈閘門,孔口尺寸為2.4m×2m(寬×高),設(shè)計水頭為80m,總水壓力為4 716kN。閘門采用下游面板、下游止水。
閘門操作方式為無水條件下人工啟閉。在引水隧洞充水和發(fā)電期間,封堵閘門應(yīng)關(guān)閉。閘門封閉進(jìn)人孔時采用螺栓將門葉與埋件固定,應(yīng)保證水封均勻接觸止水座板,水封壓縮5mm。為開、關(guān)方便,在閘門下部設(shè)有滾輪。
電站共3臺機(jī),設(shè)3個尾水出口,在尾水出口處設(shè)置2扇檢修閘門,供2臺機(jī)組同時檢修使用。尾水平臺高程為606.40m,最高尾水位為600.00m。
檢修閘門為潛孔式平面滑動閘門,孔口尺寸為5.1m×5.55m(寬×高),底坎高程592.80m,按最高尾水位600.00m設(shè)計,設(shè)計水頭為7.2m,總水壓力為1 290kN。閘門采用上游面板、上游止水,頂止水、側(cè)止水為P60橡塑水封,節(jié)間止水和底止水為條型橡膠水封。主支承為增強(qiáng)填充四氟板材(NL150)滑道。門葉沿高度方向分為2節(jié)制造、運(yùn)輸,上、下節(jié)之間采用連接板和銷軸活動連接。
閘門為靜水啟閉,節(jié)間充水平壓,閘門由容量為2×160kN的移動式電動葫蘆通過拉桿操作,電動葫蘆揚(yáng)程為9m。平時檢修閘門鎖定在門槽頂部,檢修也在此平臺上進(jìn)行。尾水建筑物閘門及啟閉機(jī)布置見圖4。
圖4 尾水閘門及啟閉機(jī)布置
本工程金屬結(jié)構(gòu)的布置和設(shè)計,吸取了同類工程的設(shè)計經(jīng)驗,并充分考慮到本工程的運(yùn)行要求,設(shè)備布置緊湊。目前,坪頭水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備均已完成制作、安裝及設(shè)備調(diào)試,水電站下閘蓄水后各項設(shè)備投入正常使用,工作運(yùn)行情況良好。
[1] 中華人民共和國電力工業(yè)部.DL/T 5039-1995《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》[S].北京:中國電力出版社,1996.
[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[3] 范崇仁.水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京:中國水利水電出版社,1999.
[4] 水電站機(jī)電設(shè)計手冊編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計手冊-金屬結(jié)構(gòu)(一)[M].北京:中國水利水電出版社,1988.