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        帕圖卡Ⅲ水電站尾水冷卻器檢修閘門的設計與研究

        2021-02-25 07:26:18雷小平張文科勞海軍廖永峰
        小水電 2021年1期
        關鍵詞:水封尾水冷卻器

        雷小平,張文科,勞海軍,韓 俊,廖永峰

        (中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081)

        1 概 述

        帕圖卡Ⅲ(Patuca Ⅲ)水電站的技術供水系統(tǒng)采用循環(huán)供水的方式,主要供給發(fā)電機空冷器、各部導軸承冷卻器等用水。每臺機尾水設2臺循環(huán)冷卻器,安裝高程237.00 m,下游側最低尾水位246.17 m。運行期間,冷卻器始終處于尾水水流中。冷卻器的檢修方式為尾水閘門關閉擋水后,潛水員水下操作檢修和拆除。因冷卻器與預埋基礎件及供水管路均采用法蘭螺栓連接,水下操作難度大、時間長、對操作人員要求高;同時存在不確定危險因素。為保證工程運行安全、降低操作難度,確保工程施工和竣工驗收的順利進行,水電站尾水增加1扇冷卻器檢修閘門,供4臺冷卻器檢修時使用。

        2 現(xiàn)場條件及分析

        冷卻器檢修閘門設計時的制約因素有很多,現(xiàn)場已完成的土建結構和金屬結構的安裝情況為主要的制約因素,同時還需考慮閘門吊裝方案。現(xiàn)場條件為:271.00 m尾水平臺早已形成,并具備交通條件;廠房結構與其墻面已形成;尾水臺車排架已澆筑完成,臺車已安裝完成;4臺冷卻器已安裝;尾水閘門埋件已全部安裝,埋件的二期混凝土澆筑至235.00 m高程;施工單位前期根據(jù)需要,已提前安裝冷卻器檢修閘門的水封支承埋件(見圖1、圖2)。

        根據(jù)現(xiàn)場條件可以確定,發(fā)電尾水位和尾水臺車排架柱圈梁高度決定了閘門的設計高度;已安裝的水封支承角鋼埋件是閘門止水設計的基礎條件。為降低施工難度,減小工程量,加快整體工程進度,經(jīng)過分析確定:冷卻器檢修閘門共用尾水閘門門槽和尾水臺車,以尾水閘門檢修平臺256.10 m作為冷卻器檢修閘門的安裝平臺。

        當冷卻器需要檢修時,先將對應機組停機、尾水閘門關閉,通過尾水臺車將冷卻器檢修閘門吊入門槽并懸掛在指定高度,實現(xiàn)冷卻器檢修閘門后的水域密封;通過尾水泵將冷卻器所在空間的水體排干,確保冷卻器在無水環(huán)境下的操作。冷卻器檢修完成后,先采用排水泵對檢修閘門后的空間充水,待平壓后(前后水壓差≤2 m),操作尾水臺車將冷卻器檢修閘門提至安裝平臺;拆分移除后,將尾水閘門提出孔口鎖定。自此完成了1臺冷卻器的檢修,其他冷卻器的檢修方式相同。

        3 閘門設計

        根據(jù)該閘門使用功能和現(xiàn)場條件,需從閘門高度、支承型式、止水方式、起吊方式等方面綜合考慮閘門的設計方案。

        圖1 尾水全貌及局部示意

        圖2 冷卻器檢修閘門水封支承角鋼布置

        3.1 閘門高度

        冷卻器檢修期間對應機組應停機,檢修閘門高度只需超過1臺機發(fā)電尾水位(246.81 m)即可。結合4孔已安裝的水封支承埋件的位置(見圖2),確定了閘門的總高度為10.18 m(不含吊耳高度)。閘門平時存放在倉庫中,冷卻器需要檢修時,將閘門運輸至指定位置。閘門需通過排架柱圈梁底部進入后入槽,圈梁的底面距271.00 m尾水平臺高度為2.5 m,閘門必須分節(jié)才能實現(xiàn)順利入槽。從閘門運輸設備高度和現(xiàn)場澆筑誤差等方面考慮,閘門共分6節(jié)制造,上節(jié)閘門高度1.94 m;中節(jié)閘門高度1.94 m,共4節(jié);底節(jié)閘門高度1.89 m,節(jié)間通過連接板和銷軸連接,組裝后閘門總高度為10.18 m。

        3.2 支承型式

        冷卻器檢修閘門共用尾水閘門門槽,閘門的支承型式和尺寸須與尾水閘門一致;故該閘門采用平面滑動門型,每節(jié)門葉機組側設置4塊復合材料滑塊,尾水側設置4塊鉸式反向支承滑塊和4個φ150簡支式側輪。

        3.3 止水方式

        冷卻器檢修閘門工作時吊掛在尾水閘門上方,無底檻支承。為保證底部封水,底節(jié)門采用U型水封框封水,底節(jié)、中節(jié)和上節(jié)門之間采用節(jié)間止水方式;底、側水封采用P60A 水封,節(jié)間止水采用I130-20水封條,止水設置在機組側。閘門止水中心與已安裝埋件中心重合,側止水中心距6.2 m,底止水中心高程237.102 m,可滿足4孔不同尾水門槽的封水要求。支承埋件表面貼4 m不銹鋼板。

        3.4 起吊方式

        冷卻器檢修閘門采用尾水單向臺車起吊,雙吊點。閘門的起吊中心與尾水閘門起吊中心相同,閘門吊耳與尾水臺車抓梁吊耳軸配合。閘門設計時,在保證閘門各構件受力滿足規(guī)范要求的前提下,優(yōu)化門體各構件尺寸和布置,以減小閘門重心與臺車起吊中心的間距,使尾水臺車和檢修閘門運行流暢。

        4 閘門組裝與拆分

        4.1 組裝步驟

        閘門分6節(jié)制造,節(jié)間采用連接板和銷軸連接為整體,尾水臺車起吊。根據(jù)排架結構和閘門的高度,在256.10 m尾水閘門檢修平臺對檢修閘門逐節(jié)進行組裝。為便于閘門組裝和拆卸,每節(jié)門門體中部均設置了鎖定牛腿,底部均設置了底部鎖定板。以1臺冷卻器檢修為例,閘門組裝步驟為:

        (1) 冷卻器對應機組停機,尾水閘門關閉擋水。

        (2) 底節(jié)門從對應排架柱上游側進入271.00 m尾水平臺后,采用尾水臺車將閘門吊至256.10 m平臺,利用腰部牛腿將閘門鎖定。

        (3) 中節(jié)門從排架柱上游側進入271.00 m尾水平臺后,操作臺車將中節(jié)門放置在底節(jié)門上部,調整定位后,利用連接板和銷軸將底、中節(jié)門連接為整體。

        (4) 操作臺車,將連接后的閘門下放至中節(jié)門腰部牛腿鎖定。

        (5) 重復步驟(3)、(4),組裝剩余的2節(jié)中節(jié)門和頂節(jié)門,直至將6節(jié)閘門連接為整體。

        (6) 操作臺車下放閘門,直至閘門底水封與底水封不銹鋼板中心重合,實現(xiàn)閘門封水(見圖3)。

        4.2 閘門拆分

        1臺冷卻器檢修完成之后,其他冷卻器進行檢修時,因上、下游排架柱之間的縱向連接梁阻礙了啟閉機運行線路,256.10 m高程檢修平臺不連通阻礙了閘門吊運;因此只能在256.10 m檢修平臺將閘門逐節(jié)進行拆分。先拆頂節(jié)門,依次為中、底節(jié)門,操作臺車將每節(jié)閘門吊至271.00 m尾水平臺,利用運輸工具將閘門運送至指定位置,重復閘門的組裝步驟后,實現(xiàn)對其他冷卻器的檢修。

        5 閘門計算

        冷卻器檢修閘門門體共6節(jié),節(jié)間采用連接板和銷軸連接,每節(jié)設置2根主梁,面板、止水均設在機組側。閘門為平面露頂式滑動門型,采用2×400 kN單向臺車操作,操作方式為靜水閉門,水泵抽水充水平壓后靜水啟門,啟門壓差≤2 m。閘門主材采用Q345B,布置和設計時,嚴格按照相關規(guī)范執(zhí)行。

        閘門擋水水頭9.71 m,主支承中心跨度6.5 m,側止水中心跨度6.2 m,止水高度10.135 m。采用容許應力法對主要受力構件、零部件的進行應力了計算,同時計算了閘門的啟門力(見表1)。

        圖3 冷卻器檢修閘門安裝及擋水狀態(tài)布置

        表1 冷卻器檢修閘門計算成果

        6 結 論

        (1)通過對現(xiàn)場條件的分析和研究,得出了Patuca Ⅲ水電站冷卻器檢修閘門設計和使用時的制約因素和基礎條件??紤]閘門的高度、止水方式、支承型式、起吊方式、組裝及拆分方式等多方面因素,確定了閘門的設計方案及組裝拆分方案,設計出了滿足使用功能的冷卻器檢修閘門。

        (2)冷卻器檢修閘門的設計受現(xiàn)場條件限制較多,建議在相似類型工程的前期設計中,充分考慮冷卻器的檢修方案。如需采用冷卻器檢修閘門:一是要充分考慮閘門的組裝、拆分、吊運方式。二是土建結構和金屬結構設計應緊密配合,優(yōu)化設計。三是要以運行安全可靠、設計合理為思想,設計出滿足規(guī)范要求的產(chǎn)品。

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