陳相楠

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

高水頭平面閘門(mén)的工程應(yīng)用

陳相楠

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

高水頭工作閘門(mén)通常采用弧形閘門(mén)，平面閘門(mén)門(mén)槽的存在易使高水頭泄水建筑物產(chǎn)生空化現(xiàn)象和發(fā)生空蝕破壞，故使用較少。通過(guò)資料搜索，由于受到結(jié)構(gòu)布置、價(jià)格性能、泄水建筑物功能等方面的影響，國(guó)內(nèi)外部分工程的泄洪放空洞的工作閘門(mén)也采用平面閘門(mén)作為控流設(shè)備。

高水頭；平面事故閘門(mén)；平面工作閘門(mén)

高水頭泄水建筑物的流速較大時(shí)，水流的空化數(shù)減小，有可能產(chǎn)生空化現(xiàn)象和發(fā)生空蝕破壞?？瘴g不僅會(huì)引起泄水建筑物的破壞，改變水動(dòng)力學(xué)特性，降低過(guò)流能力，還會(huì)引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲等，從而導(dǎo)致泄水建筑物不能正常運(yùn)行。因此防止空蝕發(fā)生與減輕空蝕破壞是高水頭泄水建筑物設(shè)計(jì)與研究的主題內(nèi)容。

閘門(mén)按所承受的水頭可分為：低水頭平面閘門(mén)H（＜25m）、中水頭平面閘門(mén)（H=25～50m）、高水頭平面閘門(mén)（H＞50m）。近年來(lái)，隨著中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院溪洛渡水電站、雅礱江官地、錦屏一級(jí)水電站、瀑布溝水電站、大崗山水電站工程建設(shè)的推進(jìn)，高水頭閘門(mén)在越來(lái)越多的工程中應(yīng)用，中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在這方面也積累了豐富的設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

1 高水頭平面事故閘門(mén)

表1 高水頭平面事故閘門(mén)的工程應(yīng)用現(xiàn)狀

平面閘門(mén)由于閘門(mén)門(mén)槽的存在，在高水頭泄水建筑物用作工作閘門(mén)有較大的難度，多用于事故閘門(mén)。高水頭平面事故閘門(mén)的運(yùn)行操作要求是在事故工況（如工作閘門(mén)事故無(wú)法關(guān)閉等）下能動(dòng)水閉門(mén)，通過(guò)充水平壓后靜水啟門(mén)。筆者搜集、研究國(guó)內(nèi)外高水頭平面事故閘門(mén)的工程應(yīng)用現(xiàn)狀，如表1所示。

工作水頭、孔口面積與總水壓力這三項(xiàng)指標(biāo)是反映閘門(mén)水平的主要指標(biāo)，從這些指標(biāo)來(lái)看，我國(guó)在高水頭平面事故閘門(mén)的工程應(yīng)用方面已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

2 高水頭平面工作閘門(mén)

中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在平面閘門(mén)作為高水頭工作閘門(mén)方面有一定的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，閘門(mén)型式為高壓滑動(dòng)門(mén)。高水頭平面工作閘門(mén)的運(yùn)行操作要求動(dòng)水啟閉，為避免產(chǎn)生破壞振動(dòng)而要求全開(kāi)全閉。筆者搜集、研究國(guó)內(nèi)外高水頭平面工作閘門(mén)的工程應(yīng)用現(xiàn)狀，如表2所示。

表2 高水頭平面工作閘門(mén)的工程應(yīng)用現(xiàn)狀

平面閘門(mén)應(yīng)用于高水頭泄水建筑物的工作閘門(mén)，閘門(mén)的空化和振動(dòng)兩大問(wèn)題成為閘門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要控制因素。

（1）二灘水電站底孔工作閘門(mén)是中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院也是國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的第一套窄門(mén)槽平面高壓滑動(dòng)閘門(mén)，共設(shè)四扇。閘門(mén)設(shè)計(jì)擋水水頭120m操作水頭為80m，運(yùn)行要求能在操作水頭下動(dòng)水啟閉。閘門(mén)支承滑道兼作硬止水，頂、側(cè)止水材料為青銅（ZCuAl10Fe3）對(duì)不銹鋼（2Cr13），底止水材料為不銹鋼（2Cr13）對(duì)巴氏合金。由于采用硬止水，對(duì)門(mén)葉、門(mén)槽配合面間隙要求極高，制造要求門(mén)葉焊接后整體退火處理消除殘余應(yīng)力，對(duì)配合面進(jìn)行整體加工，并在廠內(nèi)進(jìn)行整體組裝，廠內(nèi)組裝和工地安裝調(diào)試對(duì)配合面的要求，均為“用0.03mm塞尺每隔30mm量一次，不得貫穿”。

（2）冶勒水電站放空洞工作閘門(mén)亦是由中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，閘門(mén)型式與二灘底孔工作閘門(mén)一樣，為窄門(mén)槽高壓滑動(dòng)閘門(mén)，共設(shè)一扇。閘門(mén)設(shè)計(jì)擋水水頭110.89m，操作水頭為95.89m，運(yùn)行要求能在操作水頭下動(dòng)水啟閉。閘門(mén)的支承滑道兼作硬止水，頂、側(cè)止水材料為青銅（ZCuAl10Fe3）對(duì)不銹鋼（1Cr13），底止水材料為不銹鋼（1Cr13）對(duì)不銹鋼（1Cr13）。閘門(mén)整體在廠內(nèi)加工制造，門(mén)葉、門(mén)槽配合面的間隙滿足設(shè)計(jì)要求。水庫(kù)蓄水初期，該閘門(mén)作為水庫(kù)的控流設(shè)備調(diào)節(jié)水庫(kù)水位。運(yùn)行單位嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在不超過(guò)60m的水頭下操作工作閘門(mén)進(jìn)行局開(kāi)調(diào)節(jié)下泄流量，并避開(kāi)閘門(mén)的強(qiáng)振區(qū)操作，現(xiàn)場(chǎng)操作次數(shù)接近100次。2005年正式下閘蓄水以來(lái)，電站運(yùn)行情況良好，未進(jìn)行水庫(kù)的放空操作。放空底孔工作閘門(mén)長(zhǎng)期處于擋水狀態(tài)，閘門(mén)止水效果良好，現(xiàn)場(chǎng)觀察，在放空底孔出口處，只有涓涓細(xì)流，無(wú)明顯漏水現(xiàn)象。

（3）三峽水電站排沙底孔工作閘門(mén)是由長(zhǎng)江水利委員會(huì)設(shè)計(jì)，閘門(mén)型式為平面懸臂輪支承閘門(mén)，共設(shè)七扇。閘門(mén)設(shè)計(jì)擋水水頭、操作水頭均為88m，運(yùn)行要求能在操作水頭下動(dòng)水啟閉。閘門(mén)下游止水，頂、側(cè)止水材料聚四氟乙烯復(fù)合橡皮對(duì)不銹鑄鋼門(mén)槽（ZG0Cr13Ni5M0）；底止水材料為剛性止水，為不銹鋼（0Cr13Ni5M0）對(duì)不銹鋼（0Cr13Ni5M0），門(mén)葉采用復(fù)合不銹鋼板材，門(mén)槽采用不銹鋼鑄鋼門(mén)槽。

（4）格魯吉亞英古里水電站泄洪底孔工作閘門(mén)是由列寧格勒特種機(jī)械制造設(shè)計(jì)局，閘門(mén)型式為平面附環(huán)閘門(mén)，共設(shè)七扇。閘門(mén)設(shè)計(jì)擋水水頭、操作水頭均為181m，運(yùn)行要求能在操作水頭下動(dòng)水啟閉。閘門(mén)采用滑道支承，水封材料聚乙烯復(fù)合橡皮對(duì)不銹鋼，閘門(mén)關(guān)閉到位后，采用專用充壓設(shè)備將壓力注入到水封背腔使水封止水橡膠頭部外伸而緊壓閘門(mén)不銹鋼止水座板上達(dá)到止水目的。經(jīng)與國(guó)外公司交流，英古里水電站泄洪底孔工作閘門(mén)止水效果不佳，漏水量較大。

高水頭平面工作閘門(mén)雖型式各異，但都不約而同的將空化和振動(dòng)兩大問(wèn)題成為閘門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要控制因素，所以在布置上存有相同之處：①整體布置都采用整體式，閘門(mén)門(mén)葉、門(mén)槽與啟閉設(shè)備組成一個(gè)整體，啟閉設(shè)備都選用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，其活塞桿在閘門(mén)動(dòng)水啟閉過(guò)程中能較好的抑制閘門(mén)振動(dòng)。②工作閘門(mén)都布置在整個(gè)流道的高壓區(qū)，出口段閘室斷面后管道采取收縮或管道頂部下壓（下壓坡度一般在1:4～1:6）措施，以提高閘室段的壓強(qiáng)，增大水流空化數(shù)，防止空蝕發(fā)生。不同之處主要在于如何減小閘門(mén)門(mén)槽尺寸對(duì)高速水流的影響及止水方式的選擇上：①兩套高壓滑動(dòng)閘門(mén)與三峽底孔工作閘門(mén)門(mén)槽都選擇帶有錯(cuò)距的II型門(mén)槽。高壓滑動(dòng)閘門(mén)為窄門(mén)槽，門(mén)槽寬度250mm，門(mén)槽深度230mm，錯(cuò)距Δ=50mm；三峽排沙底孔門(mén)槽寬度800mm，門(mén)槽深度550mm，錯(cuò)距Δ=50 mm。英古里水電站泄洪底孔工作閘門(mén)于平面閘門(mén)底部增設(shè)附環(huán)結(jié)構(gòu)，使閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)，附環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)門(mén)槽部分進(jìn)行回補(bǔ)后無(wú)門(mén)槽，以保證整個(gè)流道為圓形斷面。②高壓滑動(dòng)閘門(mén)頂、側(cè)滑道兼作硬止水，閘門(mén)啟閉過(guò)程中的摩阻力較大，啟閉機(jī)容量大；門(mén)葉、門(mén)槽配合面的間隙要求較高，閘門(mén)需整體在廠內(nèi)加工制造，閘門(mén)的孔口尺寸不能突破運(yùn)輸尺寸的限制；成為高壓滑動(dòng)閘門(mén)難以進(jìn)一步提高孔口尺寸的關(guān)鍵。三峽排沙底孔工作閘門(mén)與英古里水電站泄洪底孔工作閘門(mén)均采用橡膠止水，門(mén)葉、門(mén)槽配合面的間隙要求不高，閘門(mén)不需整體在廠內(nèi)加工制造，可在廠內(nèi)分節(jié)制造后運(yùn)至工地拼裝成一整體，因此，閘門(mén)的孔口尺寸可以較大，解決了孔口尺寸不能突破運(yùn)輸尺寸的限制的問(wèn)題。

從工程實(shí)踐應(yīng)用來(lái)看，國(guó)內(nèi)高水頭平面工作閘門(mén)操作水頭被控制在100m以內(nèi)，而英古里水電站將附環(huán)閘門(mén)操作水頭提升到181m，泄水時(shí)流道流速超過(guò)50m/s，這為高水頭大壩的泄洪底孔與放空洞結(jié)合起來(lái)所面臨的閘門(mén)操作水頭過(guò)高的問(wèn)題提供了一條很好的解決思路和辦法，需對(duì)附環(huán)閘門(mén)設(shè)計(jì)制造進(jìn)行研究。

Application of High Head of Plane Gate in Engineering

CHEN Xiang-nan
（Chengdu Survey Design Institute of China's Hydropower Consulting Group，Chengdu，Sichuan 610072，China）

The high head workinggate usually adopts the radialgate.Plane gate slot iseasily leading to cavitation and cavitation erosion damage，so it used less.Through data search，due to the structure arrangement，price performance and drain the building function，planegatesareused ascontrolequipmentin some spillway gate planegate athome and abroad.

high head；planeemergency gate；planeworking gate

TV663

A

2095-980X(2016)08-0151-02

2016-07-12

陳相楠（1985-），男，四川成都人，大學(xué)本科，工程師，主要從事水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。