賈愛軍，姚孟瑩，劉永勝

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都，610072)

1 工程概況

藏木水電站主要任務(wù)是發(fā)電，裝機(jī)6臺，總裝機(jī)容量為510MW。工程規(guī)模為大(2)型，工程采用混凝土重力壩型，最大壩高116m。電站樞紐建筑物主要由攔河大壩、泄洪消能防沖、排沙、發(fā)電廠房、魚道等建筑物組成[1]。2014年11月首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

藏木水電站水庫庫容小，沙量大，水庫泥沙淤積速度快，排沙問題非常突出。為滿足沖沙要求，在廠房擋水壩段布置左右兩個沖沙底孔和一個沖沙廊道。受工程布置所限，沖沙廊道設(shè)計為6個沖沙進(jìn)口匯聚至單一廊道的復(fù)雜系統(tǒng)。沖沙廊道進(jìn)口位于進(jìn)水口下方，尺寸均為3m×3m，底板高程3249.00m。水工模型試驗(yàn)表明，左右沖沙底孔和沖沙廊道聯(lián)合排沙，效果良好[2]。電站為壩后式廠房，沖沙廊道平面布置見圖1。

圖1 沖沙廊道平面布置

這種六匯一的布置型式，沖沙孔進(jìn)口與廊道連接過渡段較短，各孔間水流會相互影響，各孔水流流量不均勻，水流流動較為復(fù)雜，流態(tài)變化急遽[3]。藏木水電站下游水位約為3249.00m，沖沙主廊道出口高程為3238.50m，為淹沒出流，廊道內(nèi)處于半水淹狀態(tài)，水力學(xué)條件復(fù)雜多變，閘門的運(yùn)行工況十分惡劣。

由此帶來閘門設(shè)計的難點(diǎn)問題：

(1)因運(yùn)行水頭高，流速大，水流含沙量大，對閘門門槽及底板部分的抗磨、防空蝕提出較高的要求。

(2)六匯一的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致閘門前后流態(tài)復(fù)雜，不利的水動力作用強(qiáng)烈，對閘門結(jié)構(gòu)的安全提出了很高的要求。

(3)多泥沙條件下運(yùn)行，對閘門門槽、閘門面板、止水結(jié)構(gòu)等具體設(shè)計均提出較高要求。

(4)相同上下游水位條件下，各孔閘門實(shí)際運(yùn)行條件差別較大，對各孔閘門的合理運(yùn)行調(diào)度有特殊要求。

(5)高原條件下，如何確定高水頭平板工作閘門的合理啟閉速度，無歷史經(jīng)驗(yàn)可供參考。

(6)高原氣候條件下，對啟閉機(jī)的設(shè)計有特殊要求。

2 沖沙廊道閘門設(shè)計

由于復(fù)雜的沖沙廊道的布置給閘門設(shè)計帶來巨大的挑戰(zhàn)，通過門型和啟閉機(jī)選擇、門槽設(shè)計、閘門結(jié)構(gòu)布置、壓重箱和門葉整體布置、閘門止水專門研究、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計、通氣孔的設(shè)置等多方面的綜合技術(shù)保證閘門及啟閉機(jī)的安全運(yùn)行。

2.1 門型選擇

高水頭泄水孔工作閘門一般設(shè)置在出口位置，并優(yōu)先選用弧形閘門。藏木水電站沖沙廊道為六匯一結(jié)構(gòu)，為便于廠房進(jìn)水口排沙，工作閘門需設(shè)置在沖沙廊道進(jìn)口位置，因進(jìn)口段為有壓流，無法設(shè)置弧形閘門，故工作閘門采用平面閘門。為避免梁格內(nèi)淤沙，面板及止水設(shè)置在上游側(cè)，支承為定輪，設(shè)在下游側(cè)。工作閘門每孔1扇，共6扇。

依據(jù)《水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：“在泄水孔(洞)工作閘門的上游側(cè)應(yīng)設(shè)置事故閘門”，在工作閘門前布置一套事故閘門，事故閘門6孔共用1扇門葉。事故閘門和工作閘門孔口尺寸相同，為設(shè)計、制造方便，事故閘門和工作閘門采用相同結(jié)構(gòu)型式。

2.2 啟閉機(jī)選擇

事故閘門6孔共用1扇，采用門機(jī)通過抓梁操作，門機(jī)和進(jìn)水口閘門共用。

工作閘門啟閉機(jī)有3種布置方式：一是采用液壓啟閉機(jī)，啟閉機(jī)設(shè)在壩頂，通過拉桿操作閘門；二是液壓啟閉機(jī)設(shè)置在洞內(nèi)，采用高壓密封門槽，啟閉機(jī)直接操作閘門；三是采用高揚(yáng)程固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)直接操作閘門。

采用液壓啟閉機(jī)通過拉桿操作，拉桿節(jié)數(shù)多，操作和維修不便；采用液壓啟閉機(jī)結(jié)合高壓密封門槽，閘門啟閉時穩(wěn)定性好，但工程造價增加很多，檢修不便；采用高揚(yáng)程固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)直接操作的布置方案更合理。

沖沙廊道事故閘門、工作閘門及啟閉機(jī)布置剖面圖見圖2。

2.3 門槽設(shè)計

在正常蓄水位，開啟沖沙廊道閘門時，進(jìn)口最大流速為26m/s，為高速水流。平面閘門在高速水流作用下，由于門槽段邊界突變，將產(chǎn)生局部壓力降，形成空化現(xiàn)象，導(dǎo)致空蝕破壞[3]。為避免門槽空蝕破壞，事故閘門和工作閘門門槽均選用帶錯距的矩形斜坡式Ⅱ型門槽。門槽錯距比為0.06，斜坡比為1/10，圓角半徑50mm。

圖2 沖沙廊道事故閘門、工作閘門布置剖面

因水流含沙量大，為了減弱對流道和門槽的沖刷破壞，全流道增設(shè)了鋼板襯砌，擴(kuò)大保護(hù)范圍，提高了門槽和流道的安全性。

閘門門槽布置見圖3。

圖3 閘門門槽布置

2.4 通氣孔設(shè)置

在閘門關(guān)閉過程中，當(dāng)閘門持續(xù)下降，流道后的水流泄空，閘門后將產(chǎn)生負(fù)壓。因而，需在門后設(shè)置通氣孔，以便快速補(bǔ)氣，降低閘門后的負(fù)壓。高水頭工作閘門開啟時，高速水流將門后的空氣帶走，形成負(fù)壓區(qū)，如果補(bǔ)氣不及時，負(fù)壓嚴(yán)重時會引起門槽氣蝕，同時閘門會發(fā)生劇烈的震動，影響閘門安全。

藏木水電站位于高寒地區(qū)，空氣稀薄、含氧量低，為閘門設(shè)置足夠面積、位置適宜、通氣均勻、安全可靠的通氣孔尤為重要。沖沙廊道的工作閘門為動水啟閉，事故閘門為動水閉門，都有充分通氣的要求，通氣孔尺寸按相同規(guī)格設(shè)計。在具體設(shè)計上，通氣孔面積按規(guī)范的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式計算之后作了適當(dāng)放大。在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用多孔平行布置，沿寬度方向共設(shè)置3孔，單孔直徑為φ325mm。運(yùn)行中如果1孔被水流封堵，另外2孔還能夠順利補(bǔ)氣，補(bǔ)氣的安全性優(yōu)于單孔設(shè)計。

2.5 閘門止水設(shè)計

平板閘門常用的止水型式有預(yù)壓式和充壓伸縮式兩種。水頭為61m，采用預(yù)壓式止水可以滿足密封要求。但由于閘門運(yùn)行是在含沙量高的水中，如何防止泥沙亂入伸縮縫內(nèi)影響密封止水效果是一個比較關(guān)鍵的技術(shù)問題。閘門在全開運(yùn)行期，由于門槽內(nèi)強(qiáng)烈的紊流作用不會有沙子沉積下來，但在閘門逐漸關(guān)閉的過程中，卻有可能存在紊流挾沙從門槽內(nèi)自下而上鉆入止水伸縮縫隙內(nèi)，從而影響止水效果。選用上游止水防止閘門運(yùn)行期、關(guān)閉期泥沙進(jìn)入并淤積到門槽內(nèi)。

相比下游封水，上游封水因?qū)﹂l門制作精度和門槽安裝精度要求較高，封水效果通常要差一些。針對這個問題，在閘門制作和門槽安裝的圖紙中，均提出了比規(guī)范更嚴(yán)格的要求，力求保證止水效果。

上游止水的另一個問題是啟閉過程中的頂水封會射水，引發(fā)閘門振動，進(jìn)而影響閘門的啟閉。在該閘門的設(shè)計中，采用了增高頂楣的方法來減少射水。通常頂楣高度在400mm～600mm之間，該頂楣的高度按孔口高度的一半1500mm設(shè)計，使得閘門在0.5開度之前頂水封和頂楣貼合運(yùn)行，有效防止了閘門啟閉過程中的大量射水現(xiàn)象。

考慮到水封長期運(yùn)行在高水頭、多泥沙環(huán)境中，對水封材料要求較高，結(jié)合藏木水電站其他閘門的水封設(shè)計，水封材料做了專門研究，選用了強(qiáng)度更高，彈性更好的材料。

2.6 支承結(jié)構(gòu)

上游止水的工作和事故閘門，主支承宜設(shè)在下游側(cè)。相比滑道支承，定輪支承摩擦力較小，節(jié)約啟閉機(jī)容量，優(yōu)點(diǎn)明顯。閘門下游側(cè)布置4套定輪。為保證閘門在高門槽中平穩(wěn)行走，在閘門的邊梁和壓重箱頂梁外側(cè)共設(shè)置6套懸臂側(cè)輪作為限位支承。

2.7 閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)計算，如果僅考慮常規(guī)擋水要求，閘門按雙主梁結(jié)構(gòu)即可。但考慮到閘門在高水頭下動水操作的剛度和抗振要求，采用了全主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，主梁最大間距不超過800mm，共布置4根主梁。在保證安全的基礎(chǔ)上考慮到經(jīng)濟(jì)性，門葉結(jié)構(gòu)主要材料采用Q235B。閘門整體制造、運(yùn)輸。

因水頭高，尺寸小，閘門自重較小，閘門不能依靠自重閉門。卷揚(yáng)式啟閉機(jī)不能提供下壓力，需為閘門增加配重。因門體內(nèi)空間有限，常規(guī)的梁格內(nèi)配重?zé)o法滿足要求，采用了門頂壓重箱的設(shè)計方式。為了檢修方便，壓重箱和閘門通過可拆卸的吊軸相連，同時，為了操作時的穩(wěn)定性，壓重箱和閘門之間采用了限位板固定。閘門及壓重箱結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 沖沙廊道閘門及壓重箱結(jié)構(gòu)

2.8 事故閘門充水方式

事故閘門的充水方式通常有三種方式：門頂充水閥充水、閘門整體小開度充水以及旁通閥充水。本工程由于孔口尺寸較小，門頂設(shè)置有加重箱，如果設(shè)置充水閥，閘門和加重箱不成整體，動水下門時容易晃動，不利于操作。因門槽高度高達(dá)60多米，采用旁通閥的話管路過長，檢修不便，經(jīng)濟(jì)性不好。本工程雖然水頭高，但閘門寬度較小，壩頂門式啟閉機(jī)為變頻電機(jī)，低速提升閘門約100mm充水，充水時水流速度可控，可采用小開度充水的方式平壓。經(jīng)綜合考慮，選用小開度充水的平壓方式較為合理。

2.9 啟閉機(jī)設(shè)計

藏木水電站地處西藏，海拔高、風(fēng)沙大、日照強(qiáng)、晝夜溫差大，對啟閉機(jī)的設(shè)計和制造有更高的要求。為了啟閉機(jī)能夠連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，電氣設(shè)備均選用了滿足海拔4000m的高原型。

工作閘門用1000kN固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，工作級別Q3-中，起升高度57m?？紤]高原多風(fēng)沙氣候條件，起升機(jī)構(gòu)采用閉式傳動?；喗M采用6倍率，鋼絲繩4層纏繞，采用折線繩槽卷筒和返回?fù)醐h(huán)技術(shù)。對于高水頭工作閘門，啟閉速度對閘門啟閉的穩(wěn)定性相當(dāng)重要，故電動機(jī)選用變頻調(diào)速電機(jī)，重載時在0.2m/min～2m/min范圍內(nèi)運(yùn)行，輕載或空載時可在4m/min以下運(yùn)行。啟閉機(jī)設(shè)置在高程為3314.00m的壩頂平臺上，現(xiàn)地操作。

事故閘門用1600kN雙向門機(jī)主鉤配自動抓梁操作，工作級別Q3，總揚(yáng)程79m。起升機(jī)構(gòu)同樣采用閉式傳動?；喗M采用6倍率，鋼絲繩4層纏繞，采用折線繩槽卷筒和返回?fù)醐h(huán)技術(shù)。電動機(jī)選用變頻調(diào)速電機(jī)，重載時在0.25m/min～2.5m/min范圍內(nèi)運(yùn)行，輕載或空載時可在5m/min以下運(yùn)行。

3 沖沙廊道工作閘門動力學(xué)原型觀測

電站投產(chǎn)運(yùn)行后，對沖沙廊道工作閘門進(jìn)行了動力學(xué)原型觀測。通過原型觀測，取得了復(fù)雜沖沙廊道內(nèi)工作閘門運(yùn)行情況的基礎(chǔ)資料。經(jīng)過分析資料數(shù)據(jù)，對該類閘門的運(yùn)行情況有了新的認(rèn)識，可為該類閘門的設(shè)計提供參考建議。

3.1 原型觀測的工作內(nèi)容

沖沙廊道工作閘門的原型動力學(xué)觀測內(nèi)容包括：在不同的啟閉速度(0.4m/min～2m/min)情況下，對閘門振動的加速度、動位移及其動應(yīng)力、變形、啟閉力等物理參數(shù)進(jìn)行測量和分析，同時對風(fēng)速、噪音及壩體振動進(jìn)行觀測。根據(jù)擬定的觀測工況，通過對閘門動力學(xué)及相關(guān)水工建筑物振動數(shù)據(jù)的采集和分析，捕捉各效應(yīng)量的變化規(guī)律，分析其異常現(xiàn)象和可能危及建筑物安全的因素，評價水工建筑物和閘門的工作性態(tài)。

3.1.1 閘門結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量

重點(diǎn)研究門葉面板、橫梁、縱梁及邊梁吊耳板等結(jié)構(gòu)部位的應(yīng)力情況，共布置9個單向應(yīng)變計和7個二向應(yīng)變計，確保各測點(diǎn)應(yīng)力能反映閘門主要構(gòu)件的控制應(yīng)力。

3.1.2 閘門結(jié)構(gòu)振動測量

在閘門結(jié)構(gòu)上布置7個三向振動加速度傳感器，同時測試順?biāo)飨颟p橫向及豎向三個方向的振動量，以完整拾取閘門開啟運(yùn)行過程中在水動力荷載作用下閘門不同部位﹑不同方向的振動量。布置6個振動位移測點(diǎn)，以取得閘門結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程中的振動位移。

3.1.3 相關(guān)特性測量

在閘門啟閉過程中，對壩體振動、風(fēng)速及噪音進(jìn)行同步測試，分析閘門啟閉的相關(guān)特性。振動測點(diǎn)布置在壩頂啟閉機(jī)室及廠房內(nèi)，門槽附近布置2個測點(diǎn)，6#機(jī)組發(fā)電機(jī)層和水輪機(jī)層各布置2個測點(diǎn)，共6個測點(diǎn)；風(fēng)速測點(diǎn)布置在4#和5#閘門井內(nèi)，共2個測點(diǎn)；噪音測點(diǎn)布置在門槽兩側(cè)，共2個測點(diǎn)。

以4#沖沙廊道工作閘門為觀測對象，庫水位從3306.40m到3309.20m變化，啟門速度0.4m/min、1.0m/min、1.5m/min及2.0m/min四檔變幅，組合觀測。

3.2 原型觀測的成果

3.2.1 閘門動應(yīng)力

4#沖沙廊道工作閘門動水啟閉過程中門體動應(yīng)力響應(yīng)隨閘門開度的變化而變化，是一個非平穩(wěn)隨機(jī)過程。為了得到工作閘門啟閉過程中各測點(diǎn)應(yīng)力響應(yīng)的統(tǒng)計特性，采用非平穩(wěn)隨機(jī)過程的數(shù)據(jù)處理方法對工作閘門應(yīng)力響應(yīng)進(jìn)行處理。

相同庫水位，不同啟閉機(jī)速度工況，閘門面板、定輪邊梁及下主橫梁中部翼緣的應(yīng)力值較大，最大應(yīng)力值都在100.0MPa以上，應(yīng)力脈動最大幅值都在10.0MPa以上。

不同庫水位及啟閉速度條件下，工作閘門動水啟閉過程總體比較平穩(wěn)，各測點(diǎn)應(yīng)力曲線沒有出現(xiàn)大幅的跳躍波動。動應(yīng)力及脈動最大值與測點(diǎn)位置密切相關(guān)，受閘門啟閉速度影響較小。庫水位由3306.4m升至3309.2m時，各測點(diǎn)最大應(yīng)力值增幅約為10.0MPa，應(yīng)力脈動最大幅值相差不大。

庫水位為3309.2m時，不同啟閉速度下工作閘門動應(yīng)力響應(yīng)的最大值及應(yīng)力脈動最大值見表1。

表1 4#沖沙廊道工作閘門啟閉時門體應(yīng)力值(MPa)

從表1中可以看出，工作閘門下主橫梁后翼緣板中部Ya5測點(diǎn)動應(yīng)力最大值為147.1MPa，最大脈動幅值為19.8MPa；門葉面板Yb9測點(diǎn)動應(yīng)力最大值為124.3MPa，最大脈動幅值為16.3MPa；靠近定輪邊梁腹板Yb4測點(diǎn)動應(yīng)力最大值為114.0MPa，最大脈動幅值為8.1MPa。

以下主橫梁后翼緣板中部Ya5測點(diǎn)應(yīng)力為例，板厚為25mm，材質(zhì)為Q235B，許用應(yīng)力為150MPa，設(shè)計理論計算值為108.3MPa。最大應(yīng)力測值為：147.1-19.8=127.3MPa。測點(diǎn)應(yīng)力分布和設(shè)計理論相符合，最大應(yīng)力值滿足規(guī)范許用應(yīng)力值。

以Ya5測點(diǎn)為例，動應(yīng)力變化曲線圖及應(yīng)力脈動變化曲線圖見圖5-圖8。

圖5 庫水位3309.2m、啟門速度0.4m/min時應(yīng)力變化曲線

圖6 庫水位3309.2m、啟門速度0.4m/min時應(yīng)力脈動變化曲線

圖7 庫水位3309.2m、啟門速度2.0m/min時應(yīng)力變化曲線

圖8 庫水位3309.2m、啟門速度2.0m/min時應(yīng)力脈動變化曲線

3.2.2 啟閉力

4#沖沙廊道工作閘門在庫水位3306.4m和3309.2m啟閉時，啟閉速度由0.4m/min變化到2.0m/min各工況下，啟閉力最大值見表2。

表2 4#沖沙廊道工作閘門各工況啟閉力最大值

庫水位為3306.4m時，啟閉速度由0.4m/min增至2.0m/min過程中，最大啟門力由803kN增至875kN，增幅約9.0%，最大閉門力由666kN增至754kN，增幅約13.2%；庫水位為3309.2m時，啟閉速度由0.4m/min增至2.0m/min過程中，最大啟門力由830kN增至1015kN，增幅約22.3%，最大閉門力由667kN增至796kN，增幅約19.3%。閘門在1.0m/min及以下速度啟閉過程中，啟閉力曲線較平穩(wěn)，啟閉機(jī)容量有一定的安全裕度；閘門以2.0m/min速度啟閉時，啟閉力曲線的波動幅度明顯增大。

在庫水位3309.2m，啟閉速度0.4m/min和2.0m/min工況下，啟閉力變化過程曲線見圖9。

(a)啟閉速度0.4m/min

(b)閉門速度0.4m/min

(c)啟閉速度2.0m/min

(d)閉門速度2.0m/min

可以看出，相同庫水位時，啟閉速度越大，閘門的啟閉力越大，啟閉力變化的波動幅度也越大。在閘門設(shè)計規(guī)范啟閉力計算的章節(jié)中，沒有啟閉速度對啟閉力大小影響的說明，在以往水工鋼結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)中，也未見相關(guān)內(nèi)容。啟閉速度對啟閉力大小的影響，長期以來被業(yè)內(nèi)專業(yè)人員忽視。本次原型觀測的數(shù)據(jù)，證明隨著啟閉速度的提高，啟閉力會增長，啟閉速度偏高的時候，啟閉力有可能會超過計算值。

在本工程中，設(shè)計水位為3310.00m，啟閉機(jī)容量為1000kN。在庫水位3309.2m，啟閉速度2.0m/min時，最大啟閉力達(dá)到1015kN，超過了設(shè)計值。從觀測結(jié)果來看，該閘門在1.0m/min以下啟閉，較為合適。

對于高水頭定輪工作閘門，啟閉機(jī)選用變頻電機(jī)，便于在實(shí)際操作中調(diào)整啟閉速度，是非常必要的。

3.2.3 閘門振動加速度

4#沖沙廊道工作閘門連續(xù)啟閉過程中受到的水流動荷載隨閘門開度變化，因而工作閘門在連續(xù)啟閉過程中的振動加速度響應(yīng)是一個非平穩(wěn)隨機(jī)的過程。工作閘門以不同速度啟閉過程中，門體三個方向的振動加速度響應(yīng)值以橫向振動加速度較大，豎向及順?biāo)飨蚵孕?。門體橫向加速度較大值主要出現(xiàn)在閘門開度1.0m～2.0m范圍，最大加速度為14.9m/s2；門體豎向及順?biāo)飨蚣铀俣容^大值主要出現(xiàn)在閘門開度2.5m附近，門體豎向最大加速度為8.8m/s2，順?biāo)飨蜃畲蠹铀俣葹?2.1m/s2?？傮w而言，工作閘門啟閉過程中，啟閉速度對門體加速度響應(yīng)值影響不大，門體各方向加速度響應(yīng)曲線較平穩(wěn)，加速度響應(yīng)值在大多數(shù)運(yùn)行時段內(nèi)均小于5m/s2，工作閘門的振動加速度屬于較小范圍。庫水位3306.4m時，4#沖沙廊道工作閘門啟閉時門體振動加速度最大值見表3。

表3 4#沖沙廊道工作閘門啟閉時門體振動加速度最大值(m/s2)

3.2.4 閘門振動位移

4#沖沙廊道工作閘門連續(xù)啟閉過程中振動位移響應(yīng)與加速度響應(yīng)相同，也是一個非平穩(wěn)隨機(jī)過程。工作閘門以不同速度啟閉過程中，門體三個方向的振動位移響應(yīng)值以豎向振動位移較大，順?biāo)飨蚣皺M向振動位移較小，符合工作閘門豎向約束最弱振動位移較大、順?biāo)飨蚝蜋M向約束較強(qiáng)振動位移較小的特點(diǎn)。門體振動位移響應(yīng)較大值主要出現(xiàn)在閘門開度2.0m～3.0m范圍，其中門體豎向振動位移最大響應(yīng)值為8.5mm，順?biāo)飨蜃畲笪灰祈憫?yīng)值為4.0mm，橫向最大位移響應(yīng)值為4.2mm?？傮w而言，工作閘門啟閉過程中，啟閉速度對工作閘門振動位移影響也較小，門體各方向振動位移響應(yīng)曲線較平穩(wěn)，振動位移響應(yīng)值在大多數(shù)運(yùn)行時段內(nèi)均小于1.0mm，工作閘門運(yùn)行總體比較平穩(wěn)。閘門振動主頻小于2Hz，屬于低頻振動。庫水位3306.4m時，4#沖沙廊道工作閘門啟閉時門體振動位移最大值見表4。

表4 4#沖沙廊道工作閘門啟閉時門體振動位移最大值(mm)

3.2.5 閘門井風(fēng)速

4#沖沙廊道工作閘門啟閉過程中，4#閘門井風(fēng)速較小，實(shí)測風(fēng)速未超過5m/s，屬于微風(fēng)級別。啟閉速度0.4m/min、開度0～2m時，5#閘門井風(fēng)速未超過5m/s；當(dāng)開度大于2m后，5#閘門井風(fēng)速明顯增大，啟門和閉門過程實(shí)測最大風(fēng)速分別為16.0m/s和18.8m/s，大部分風(fēng)速值未超過10m/s。5#閘門井風(fēng)速隨啟閉速度增加略有增大，啟閉速度2.0m/min時，啟門過程中最大風(fēng)速為18.1m/s，閉門過程中瞬時最大風(fēng)速達(dá)26.6m/s，大部分風(fēng)速值未超過15m/s。4#沖沙廊道工作閘門全開后，4#閘門井風(fēng)速仍然較小，5#閘門井實(shí)測最大風(fēng)速為21.7m/s，大部分風(fēng)速值未超過15m/s，屬于強(qiáng)風(fēng)級別。

經(jīng)分析：4#沖沙廊道工作閘門啟閉時，4#閘門井及右側(cè)1#-3#閘門井的水位高于廊道洞頂，沒有補(bǔ)氣需求，因此進(jìn)氣量和風(fēng)速較?。蛔髠?cè)5#和6#閘門井的水位低于廊道洞頂，閘門井起到了補(bǔ)氣作用，因此進(jìn)氣量和風(fēng)速較大，5#閘門井風(fēng)速大于6#閘門井。因此，當(dāng)沖沙廊道某一孔運(yùn)行前，應(yīng)將左側(cè)各孔的啟閉機(jī)室大門打開，以便閘門井進(jìn)氣順暢。

4 結(jié)語

復(fù)雜沖沙廊道的水力特性復(fù)雜，閘門運(yùn)行工況復(fù)雜。通過藏木水電站沖沙廊道閘門的設(shè)計及原型觀測，得出如下結(jié)論：

(1)高原條件下，高水頭閘門的工作條件惡劣，閘門設(shè)計時應(yīng)對門槽、門葉結(jié)構(gòu)、止水、支承方式、啟閉機(jī)等作專門研究。

(2)復(fù)雜沖沙廊道閘門各孔閘門運(yùn)行時工況不同，閘門調(diào)度方式應(yīng)做專門研究。可在試運(yùn)行階段對各閘門進(jìn)行啟閉方式的原型觀測，依據(jù)現(xiàn)場情況制定合理的調(diào)度方案。

(3)高原條件下，高水頭沖沙孔閘門通氣孔的設(shè)置非常重要，應(yīng)做專門研究。多匯一的復(fù)雜沖沙系統(tǒng)，因啟閉時相鄰門槽有補(bǔ)氣功能，應(yīng)對閘門的啟閉順序重點(diǎn)研究。

(4)啟閉速度對閘門的啟閉力有重大影響，高水頭定輪閘門啟閉機(jī)宜采用變頻調(diào)速電機(jī)，以便現(xiàn)場調(diào)節(jié)啟閉速度。

(5)高水頭事故閘門如采用小開度充水的平壓方式，閘門開啟時啟閉機(jī)必須低速運(yùn)行，最好采用點(diǎn)動方式。啟門速度過快容易引起閘門振動。