賀 開(kāi) 宇， 彭 青

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 概 述

安谷水電站工程的開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電、防洪、航運(yùn)、灌溉和供水，兼顧濕地生態(tài)與河網(wǎng)生境保護(hù)等綜合利用功能。采用混合式開(kāi)發(fā)，即河床式廠房后接長(zhǎng)尾水渠，尾水渠利用水頭為15.5 m，電站總利用水頭為35.5 m，裝設(shè)4 臺(tái)、單機(jī)容量為190 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(大機(jī)組)。在4臺(tái)大機(jī)組左端裝設(shè)1臺(tái)、單機(jī)容量為12 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(生態(tài)生態(tài)機(jī)組)，機(jī)組尾水排入原河道。

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置于泄洪沖沙系統(tǒng)、大機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)、生態(tài)機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)、庫(kù)尾放水系統(tǒng)、泊灘堰取水系統(tǒng)和灌溉放水系統(tǒng)的相關(guān)部位；施工圖階段共計(jì)有門(mén)(柵)槽埋件91套、閘門(mén)(攔污柵)65扇、閥門(mén)類(lèi)6套；各種類(lèi)型啟閉設(shè)備25臺(tái)，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備總量約12 356.6 t。其中庫(kù)尾放水系統(tǒng)、泊灘堰取水系統(tǒng)和灌溉放水系統(tǒng)等均為常規(guī)門(mén)型及取水放水閘布置。筆者重點(diǎn)對(duì)泄洪沖沙系統(tǒng)、大機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)和生態(tài)機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置情況進(jìn)行了闡述。

1.1 泄洪沖沙系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置

泄洪沖沙閘位于大壩左岸，共設(shè)13孔泄洪沖沙閘，孔口寬度為12 m，閘底板高程383 m，閘墩頂高程400.7 m，每孔設(shè)有1扇工作閘門(mén)，啟閉設(shè)備為13臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。13孔泄洪沖沙閘共設(shè)有2扇檢修閘門(mén)，啟閉設(shè)備為壩頂單向門(mén)機(jī)。泄洪沖沙系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置情況見(jiàn)圖1。

單向門(mén)機(jī)設(shè)置于壩頂400.7 m高程平臺(tái)上，容量為2×400/120 kN，門(mén)機(jī)主起升機(jī)構(gòu)配置一套液壓自動(dòng)掛脫梁用于啟閉和吊運(yùn)泄洪沖沙閘檢修門(mén)，回轉(zhuǎn)吊用于吊運(yùn)泄洪沖沙閘工作門(mén)的液壓油缸或閘底板處的其它物件。

工作閘門(mén)主要用于泄洪、沖沙和調(diào)節(jié)水位，門(mén)葉型式為露頂式弧形閘門(mén)。工作閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)為單作用后拉式，啟門(mén)容量為2×1 800 kN。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸檢修時(shí)，由壩頂單向門(mén)機(jī)的回轉(zhuǎn)吊完成吊裝。

1.2 大機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置

4臺(tái)大機(jī)機(jī)組主廠房位于右岸，每臺(tái)機(jī)組進(jìn)出口流道均由隔墩分為3孔，共12孔。從上游到下游設(shè)有12扇進(jìn)口攔污柵、3扇進(jìn)口檢修門(mén)、12扇進(jìn)口事故門(mén)和12扇尾水檢修門(mén)。流道進(jìn)口的攔污柵、檢修門(mén)和事故門(mén)共用1臺(tái)容量為3 000/2×250 kN壩頂雙向門(mén)機(jī)操作，門(mén)機(jī)配置有清污設(shè)備。尾水檢修門(mén)采用1臺(tái)容量為2×800 kN的單向門(mén)機(jī)、配置一套液壓自動(dòng)掛脫梁操作。大機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置情況見(jiàn)圖2。

大機(jī)組廠房進(jìn)口攔污柵孔口寬度為6.54 m，柵葉總高度54 m，設(shè)計(jì)水位差5 m，底檻高程346.556 m。攔污柵型式采用露頂式豎直平面滑動(dòng)?xùn)牛瑪r污柵操作條件為靜水啟閉，整體啟吊。

大機(jī)組廠房進(jìn)口檢修門(mén)用于事故門(mén)門(mén)葉及門(mén)槽檢修時(shí)擋水。閘門(mén)孔口尺寸為6.54 m×23.8 m，底檻高程346.556 m，設(shè)計(jì)水頭52 m，主支承采用銅基鑲嵌式自潤(rùn)滑滑道，閘門(mén)采用下游止水，運(yùn)行要求為靜水啟閉，平壓方式為門(mén)頂充水閥充水平壓，整體啟閉。檢修門(mén)不使用時(shí)存放于右岸儲(chǔ)門(mén)槽內(nèi)。

圖1 泄洪沖沙系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置圖

大機(jī)組廠房進(jìn)口事故門(mén)用于機(jī)組檢修時(shí)擋水和施工期封水，在機(jī)組發(fā)生事故需關(guān)閉流道時(shí)可動(dòng)水閉門(mén)。閘門(mén)孔口尺寸為6.54 m×18 m，底檻高程346.556 m，設(shè)計(jì)水頭52 m，主支承采用φ850簡(jiǎn)支定輪。閘門(mén)采用上游止水，運(yùn)行要求為動(dòng)水閉門(mén)，靜水啟門(mén)，平壓方式為旁通閥充水平壓。事故門(mén)不使用時(shí)鎖定于門(mén)槽頂部。

大機(jī)組廠房尾水檢修門(mén)用于機(jī)組檢修時(shí)擋水和施工期封水。閘門(mén)孔口尺寸為6.86 m×11.23 m，底檻高程334.75 m，設(shè)計(jì)水頭36 m，閘門(mén)采用上游止水，運(yùn)行要求為靜水啟閉，整體啟閉。尾水檢修門(mén)不使用時(shí)鎖定于378.84 m高程的鎖定平臺(tái)，在尾水閘頂382.84 m高程平臺(tái)設(shè)置蓋板，使壩面整齊、美觀。

1.3 生態(tài)機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置

生態(tài)機(jī)組緊靠大機(jī)組廠房段左側(cè)布置，機(jī)組進(jìn)出口流道為單孔。廠房從上游到下游設(shè)有進(jìn)口攔污柵、進(jìn)口事故門(mén)和尾水事故門(mén)。流道進(jìn)口的攔污柵和事故門(mén)與大機(jī)組廠房進(jìn)口共用壩頂雙向門(mén)機(jī)操作。尾水事故門(mén)采用1臺(tái)固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)操作。生態(tài)機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置情況見(jiàn)圖3。

圖2 大機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置圖

圖3 生態(tài)機(jī)組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置圖

生態(tài)機(jī)組廠房進(jìn)口攔污柵孔口寬度為8.84 m，柵葉總高度32 m，設(shè)計(jì)水位差5 m，底檻高程368.736 m。主支承采用鋼滑塊，攔污柵操作條件為靜水啟閉，整體啟吊。

生態(tài)機(jī)組廠房進(jìn)口事故門(mén)用于機(jī)組檢修時(shí)擋水和施工期封水，在機(jī)組發(fā)生事故需關(guān)閉流道時(shí)可動(dòng)水閉門(mén)。閘門(mén)孔口尺寸為8.84 m×10 m，底檻高程363.336 m，設(shè)計(jì)水頭35 m，主支承采用與大機(jī)組廠房進(jìn)口事故門(mén)相同的φ850簡(jiǎn)支定輪。閘門(mén)采用上游止水，運(yùn)行要求為動(dòng)水閉門(mén)，靜水啟門(mén)，平壓方式為旁通閥充水平壓。事故門(mén)不使用時(shí)鎖定于門(mén)槽頂部。

生態(tài)機(jī)組廠房尾水事故門(mén)用于機(jī)組檢修時(shí)擋水和施工期封水。閘門(mén)孔口尺寸為9.47 m×3.6 m，底檻高程356.112 m，設(shè)計(jì)水頭26 m，采用潛孔平面定輪門(mén)，主支承采用與大機(jī)組廠房進(jìn)口事故門(mén)相同的φ850簡(jiǎn)支定輪，反向支承采用銅基鑲嵌式自潤(rùn)滑滑道。閘門(mén)采用雙向止水，運(yùn)行要求為動(dòng)水閉門(mén)，靜水啟門(mén)，平壓方式為門(mén)頂充水閥充水平壓。機(jī)組發(fā)電時(shí)，尾水事故門(mén)底部停置于正常尾水位以上1 m時(shí)處于待命狀態(tài)。事故門(mén)均通過(guò)容量為2×1 000 kN的固定卷?xiàng)顧C(jī)操作。

2 廠房進(jìn)出口金屬結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

2.1 大機(jī)組廠房金屬結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

4臺(tái)大機(jī)機(jī)組均為軸流轉(zhuǎn)槳式。以往采用這類(lèi)機(jī)組的某些河床式電站在進(jìn)口設(shè)置了快速閘門(mén)，采用一門(mén)一機(jī)布置，機(jī)組事故時(shí)能自動(dòng)快速閉門(mén)切斷水流。而安谷水電站機(jī)組均設(shè)有可靠的防飛逸裝置，所設(shè)置的事故閘門(mén)考慮機(jī)組事故時(shí)動(dòng)水閉門(mén)的要求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，淡化了快速閉門(mén)的必要性，廠房12套事故門(mén)共用一廠房門(mén)機(jī)操作，相比一門(mén)一機(jī)操作事故門(mén)的方案減少了12臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)機(jī)，使壩頂美觀簡(jiǎn)潔；同時(shí)，因不用考慮壩頂啟閉機(jī)空間的因素，事故門(mén)與檢修門(mén)間距較小，進(jìn)而減小了土建的工程量，從而大大節(jié)約了建設(shè)投資。

2.2 生態(tài)機(jī)組廠房金屬結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

生態(tài)機(jī)組同大機(jī)組一樣設(shè)置事故門(mén)并通過(guò)共用大機(jī)組的廠房門(mén)機(jī)操作。在事故門(mén)上游側(cè)沒(méi)有設(shè)置檢修閘門(mén)。因生態(tài)機(jī)組與大機(jī)組一樣設(shè)有可靠的防飛逸裝置，生態(tài)機(jī)組進(jìn)水事故門(mén)底檻高程高于大機(jī)組事故門(mén)底檻高程16.78 m，若事故門(mén)門(mén)槽需檢修，可采用降低庫(kù)水位或采用臨時(shí)封堵措施截?cái)嗌嫌嗡餍纬砷T(mén)槽的檢修條件，因此，上游設(shè)置檢修門(mén)意義不大。

在生態(tài)機(jī)組廠房出口設(shè)置尾水事故門(mén)而非常規(guī)檢修門(mén)，采用固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。當(dāng)機(jī)組飛逸，既使當(dāng)機(jī)組的過(guò)速限制器失靈時(shí)，亦可通過(guò)尾水事故門(mén)(或進(jìn)口事故門(mén))盡快下門(mén)，截?cái)嗨?，保護(hù)機(jī)組。相比進(jìn)口事故門(mén)采用廠房門(mén)機(jī)操作，尾水事故門(mén)采用固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)操作下門(mén)時(shí)間快于進(jìn)口事故門(mén)，更有利于保護(hù)機(jī)組。尾水固定卷?yè)P(yáng)機(jī)下門(mén)速度較小，閉門(mén)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)840 s，不會(huì)產(chǎn)生水錘作用而引起機(jī)組抬機(jī)，即采用尾水事故門(mén)優(yōu)于檢修門(mén)。

3 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)靜磁柵行程檢測(cè)及液壓泵站管路的布置特點(diǎn)

13扇泄洪閘工作弧閘門(mén)操作條件為動(dòng)水啟閉，局開(kāi)調(diào)流。啟閉設(shè)備選用13套2×1 800 kN QHLY液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，最大行程6.1 m，泵站均設(shè)置于壩頂閘墩上。

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)采用外置式的靜磁柵作為行程檢測(cè)裝置，相比以往的行程檢測(cè)裝置，如小油缸、內(nèi)置式等，靜磁柵更便于安裝，測(cè)量桿通過(guò)抱箍型式固定在油缸的外側(cè)邊上，有利于檢修或更換；位移行程采用絕對(duì)型輸出，不怕斷電；行程檢測(cè)的精度高，可以在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定、可靠地工作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試試運(yùn)行合格后，通過(guò)對(duì)弧門(mén)啟閉機(jī)一年時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證，給弧門(mén)的開(kāi)度提供了準(zhǔn)確的測(cè)算數(shù)據(jù)，為雙油缸同步糾偏提供了可靠的行程數(shù)據(jù)。

2×1 800 kN QHLY液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的管路及電纜布置：液壓管路為從單臺(tái)泵站通入雙油缸上支點(diǎn)處的走向，電纜為連通13臺(tái)泵站的供電電纜，搭建較緊密、美觀，行人較方便；但這樣的布置使油管及電纜通入泵房后出現(xiàn)交叉。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，油管及電纜應(yīng)錯(cuò)開(kāi)安全距離。最終采用將泵房?jī)?nèi)的油管溝底部低于電纜溝底15 cm，油管在油管溝底部固定，將電纜擱置在溝內(nèi)電纜架上的布置型式，這樣實(shí)施，既兼顧了美觀與安全性，同時(shí)也滿(mǎn)足了電纜及油管溝走向的功能性要求。

4 大荷載簡(jiǎn)支定輪及軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在安谷水電站金屬結(jié)構(gòu)中，大、小機(jī)廠房進(jìn)口平面定輪閘門(mén)及小機(jī)尾水事故門(mén)均為潛孔平面定輪閘門(mén)，定輪裝置數(shù)量共計(jì)256套，設(shè)計(jì)輪壓荷載達(dá)3 700 kN，且各定輪閘門(mén)在工作擋水或平常停放位置時(shí)大部分?jǐn)?shù)量的定輪裝置被浸泡在水下，關(guān)系到閘門(mén)的閉門(mén)可靠性及定輪壽命，因此，定輪裝置及軌道的結(jié)構(gòu)布置與材料選取方案就顯得尤為重要。

經(jīng)比選研究，最終采用的定輪及軌道布置滿(mǎn)足閘門(mén)運(yùn)行工況下荷載及使用環(huán)境，定輪踏面與軌道工作面的線(xiàn)接觸應(yīng)力達(dá)到1 224.834 N/mm2，輪子采用經(jīng)調(diào)質(zhì)后的35CrMo鍛件，機(jī)加工后進(jìn)行表面淬火，表面硬度為HB290～330；輪子軸承采用調(diào)心滾子軸承，內(nèi)徑為300 mm，外徑為500 mm。通過(guò)對(duì)軸承內(nèi)腔加注適當(dāng)容量的鈣基潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，軸承額定靜荷載≥6 100 kN。為滿(mǎn)足水下密封，軸承密封裝置采用氫化丁腈+PVC材質(zhì)的雙唇密封圈，與密封圈滑動(dòng)的軸承內(nèi)檔采用45#鋼經(jīng)熱處理后表面鍍鉻，其經(jīng)表面磨削后粗糙度達(dá)1.6 μm。定輪的工作軌道采用經(jīng)調(diào)質(zhì)后的42CrMo鍛件，機(jī)加工后進(jìn)行表面淬火，表面硬度為HB330～370。

5 吊具存放槽結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

廠房3 000/2×250 kN雙向門(mén)機(jī)設(shè)置于壩頂400.7 m高程平臺(tái)上，主起升機(jī)構(gòu)配置2套平衡梁，分別用于啟閉大機(jī)組和生態(tài)機(jī)組廠房進(jìn)口攔污柵。另外配置了3套液壓自動(dòng)掛脫梁，分別用于啟閉大機(jī)組廠房進(jìn)口檢修門(mén)、大機(jī)組廠房進(jìn)口事故門(mén)和生態(tài)機(jī)組廠房進(jìn)口事故門(mén)?？紤]到壩面整齊美觀，在壩頂右岸設(shè)置了吊具專(zhuān)用存放槽，用于專(zhuān)門(mén)存放以上5套吊具。

吊具存放槽的深度考慮各吊具放入后能滿(mǎn)足各吊具均在壩面以下并在槽底部左右邊設(shè)置二期混凝土支承墩；支承墩的高度高于各個(gè)吊具下端的吊耳高度，支承墩的位置在兼顧各個(gè)吊具下端非吊耳位置作為支承點(diǎn)；在二期混凝土支承墩頂部設(shè)置汽車(chē)減速帶，以使各吊具在下落至支承墩頂面時(shí)起緩沖作用。

6 結(jié) 語(yǔ)

安谷水電站自第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電至今已安全運(yùn)行了1 a時(shí)間，電站的各類(lèi)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運(yùn)行狀況良好，閘門(mén)止水效果較好，啟閉靈活可靠。筆者闡述的該工程金結(jié)方面的幾個(gè)特點(diǎn)亦經(jīng)過(guò)運(yùn)行考驗(yàn)，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。