東寧縣東升電站泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)

2017-03-03 12:01:55樊雪鈺

黑龍江水利科技 2017年2期

關(guān)鍵詞：弧門支臂東升

樊雪鈺

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

東寧縣東升電站泄洪系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)

樊雪鈺

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

東升電站溢洪道泄洪系統(tǒng)中，檢修閘門為平面分節(jié)鋼閘門，工作閘門采用弧形鋼閘門。弧形閘門因沒有門槽，泄流時(shí)水流條件較好，和液壓機(jī)配合使用時(shí)利于控泄，便于調(diào)度管理的諸多優(yōu)點(diǎn)，在水庫泄洪系統(tǒng)中采用較多。本文主要探討了綏芬河?xùn)|升電站泄洪系統(tǒng)中工作閘門和檢修閘門的布置原則和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

東升電站；泄洪系統(tǒng)；弧門閘門；液壓啟閉機(jī)

東升水電站位于黑龍江省東南部牡丹江市東寧縣東寧鎮(zhèn)西綏芬河干流上游，是一座以發(fā)電為主的綜合利用的中型水利水電工程，水庫總庫容為5824×104m3，裝機(jī)容量33MW，多年平均發(fā)電量為8372×104kWh，項(xiàng)目建設(shè)總工期3a。

1 概況

泄洪閘設(shè)6孔，每孔寬度為15m，堰頂寬度90m。每孔都設(shè)有工作閘門和檢修門槽，6孔共用1扇檢修門。工作門為弧形閘門，由液壓啟閉機(jī)啟閉。檢修門為平面滑動式閘門，由門式啟閉機(jī)啟閉。本水電站的正常蓄水位為156.00m，設(shè)計(jì)洪水位156.00m，校核洪水位159.25m，堰頂高程144.00m，墩頂高程160.75m。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

奮斗水庫初步設(shè)計(jì)的資料依據(jù)有：

1)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》[SL74-95][1]；

2)《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》[DL/T 5018-2014]；

3)《水利水電工程啟閉機(jī)制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范》[SL381-2007]。

3 工作門及啟閉設(shè)備

3.1 工作閘門

泄洪閘工作門采用弧形閘門，6扇。閘門底坎高程143.305m，支鉸高程151.00m。閘門采雙主橫梁斜支臂球型鉸結(jié)構(gòu)，弧門半徑R=15m，正常擋水高度H=12.7m，風(fēng)浪超高a=0.5m。弧形閘門總水壓力P=16112kN,總水壓力作用線與水平線夾角α=13.462o。閘門面板厚δ=12mm，主梁梁高h(yuǎn)1=1600mm，支臂高h(yuǎn)2=1000mm，剛度比K=5.044。閘門啟門力FQ=2950kN，閉門力Fw=-645kN,能靠自重閉門。

弧形閘門為主橫梁形式，懸臂端長度與主梁長度之比為0.2，由于主梁與支臂連接處的負(fù)彎矩較大，故連與支臂接處主梁后翼緣設(shè)計(jì)為變截面形式。

弧門的支臂為偏心受壓構(gòu)件。鑒于弧門水壓力較大，工況復(fù)雜，為加強(qiáng)支臂穩(wěn)定性，工作弧門的支臂采用箱型截面柱。腹板間距580mm，上臂上下柱之間采用豎桿將支臂四等分，可以增加支臂平面內(nèi)的穩(wěn)定性。由于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017)并未給出箱型截面的計(jì)算方法，箱型截面柱的平面內(nèi)和平面外穩(wěn)定驗(yàn)算可以參考文獻(xiàn)[3]或[4][3-4]。

工作門球形鉸選用DF自潤滑關(guān)節(jié)軸承，DF自潤滑關(guān)節(jié)軸承具有良好的減摩性，耐磨性和自潤滑性，其滑動摩擦系數(shù)約為0.8-0.12，低于普通的軸承。DF關(guān)節(jié)軸承尺寸穩(wěn)定性較好，適合在東北低溫寒冷的環(huán)境。另外由于向心關(guān)節(jié)軸承在水平方向有1.5°左右的擺角，可以糾正閘門在制造和組裝過程中出現(xiàn)的偏差。

東升電站弧形工作閘門的主要特點(diǎn)是擋水水頭高，孔口寬度大?；￠T面板所受的水壓力最終是通過支臂傳到支鉸埋設(shè)件的，因此，支臂是弧門十分重要的受力部位。如前所述，弧門支臂為偏心受壓構(gòu)件，決定其承載能力的不是其強(qiáng)度，而是平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性。據(jù)近30a的弧門設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，弧形閘門的失事大多由于支臂失穩(wěn)造成的，由于失穩(wěn)破壞往往具有突然性，事前沒有先兆，因而造成的后果也比較嚴(yán)重。因此，弧門支臂的計(jì)算應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)者的足夠重視。

3.2 工作閘門啟閉機(jī)

啟閉機(jī)采用QHLY2×1600kN液壓弧門啟閉機(jī)。啟閉機(jī)上懸掛點(diǎn)高程157.00m下懸掛點(diǎn)設(shè)在下主梁處,啟閉機(jī)最大行程s=7.5m。啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)由液壓泵、油箱、閘閥組、電器控制柜等部件組成，液壓油在-45℃下不凝結(jié)，-10℃以上啟動使用，故冬季無需放油。在工作橋側(cè)邊設(shè)管線支架，懸掛在橋邊梁下，管路通至各油缸。油泵設(shè)工作油泵和備用油泵各一套。由于閘門跨度大，為了保證閘門啟閉的同步和平穩(wěn)運(yùn)行，液壓啟閉機(jī)油缸采用自動行程檢測裝置的熱噴涂陶瓷活塞桿液壓缸。閘門運(yùn)行條件為動水啟閉，動載系數(shù)K=1.2，允許避開振動區(qū)作局部開啟。閘門不承受冰壓力。每孔閘門在邊墩處設(shè)爬梯和檢修平臺一處,便于檢修支鉸和油缸吊頭。

3.3 工作閘門運(yùn)行方式

工作閘門啟閉條件為動水啟閉，允許避開振動區(qū)作局部開啟。啟閉機(jī)由液壓泵站控制。液壓泵站設(shè)在泄洪閘墩頂。工作門每2孔用1個(gè)液壓泵站。啟閉機(jī)采用PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，液壓缸中設(shè)置壓力傳感器和位置傳感器。閘門調(diào)洪啟閉時(shí)，PLC指控系統(tǒng)會實(shí)時(shí)顯示閘門的開度和桿腔壓力。

4 檢修門及啟閉設(shè)備

4.1 檢修閘門

為了工作閘門的檢修和維護(hù)，在工作閘門前各設(shè)一道檢修門，檢修閘門為15m×12.16m平面滑動式鋼閘門，6孔共設(shè)1扇檢修門。檢修閘門分為3節(jié)，每節(jié)高度分別為4.16m、4.0m、4.0m，均為雙主梁結(jié)構(gòu)，閘門止水布置在上游側(cè)，采用P型橡皮水封。閘門總水壓力P=10800kN。閘門面板厚度δ=12mm。閘門滑動支撐選用NGB高分子復(fù)合材料滑道，最大摩擦系數(shù)取f=0.15。

4.2 檢修閘門啟閉機(jī)

檢修閘門啟閉設(shè)備選用2×800kN單向壩頂門機(jī)，門機(jī)軌距4.5m，門機(jī)基距13.0m，閘門吊點(diǎn)距10.0m,門機(jī)總揚(yáng)程13m，軌上揚(yáng)程6.0m，門機(jī)工作級別為Q3-中。檢修橋上鋪設(shè)QU100軌道通入檢修門門庫。門庫在泄洪閘左側(cè)，在其軌道下設(shè)長16m、寬2.5m，深13m下臥式門庫1個(gè)。

4.3 檢修閘門運(yùn)行方式

檢修閘門平時(shí)存放于門庫中，工作閘門需要檢修時(shí)，用門機(jī)控制自動抓梁，抓脫檢修閘門。

檢修閘門操作條件為上節(jié)門靜水閉，動水開啟。下節(jié)門為靜水啟閉，平壓采用節(jié)間充水，節(jié)間最大開度100mm,平壓后水頭差<1.5m。各節(jié)閘門均由壩頂門機(jī)進(jìn)行整體啟閉操作。平時(shí)，將閘門鎖定儲存在門庫。閘門啟門力FQ=1160kN，閉門力Fw=-365kN。