龙州一级电站工程拦河坝排沙调节闸金属结构设计

［摘要］龙州一级电站拦河坝排沙调节闸的主要功能是冲排厂坝前淤沙、调节水库水位和兼顾汛期泄洪。文章主要介绍龙州一级电站工程拦河坝排沙调节闸闸门和启闭机的布置设计。

［关键词］龙州一级电站；排沙调节闸；检修闸门；工作闸门；液压启闭机

［作者简介］罗永春，广西南宁水利电力设计院工程师，广西南宁，530001

［中图分类号］ TV7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2012）03-0037-0003

一、概述

广西龙州一级电站是左江上游一级支流——平而河我国境内下游河段规划的一个梯级电站，站址下距龙州县城19.1km。龙州一级电站是在原鸭水滩电站基础上扩建而成的。电站坝址以上控制流域面积6887km2，多年平均流量约133m3/s，水库正常蓄水位 128.50m；电站总装机容量16.75MW，其中新扩建发电厂房内装机灯泡贯流式机组两台，容量2×6.5 MW。枢纽自右向左依次布置右岸刺墙重力坝、右岸扩建发电厂房、原电站厂房、排沙调节闸、溢流滚水坝、左岸非溢流坝等建筑物。

排沙调节闸设于河床溢流滚水坝段右侧、紧靠原旧发电厂房布置，孔口尺寸为10.0m×10.5m，底槛高程▽118.0m。龙州一级电站拦河坝排沙调节闸的主要功能是冲排厂坝前淤沙、调节水库水位和兼顾汛期泄洪等。沿水流方向依次设置1孔检修门槽和工作门槽，分别设置一扇检修闸门和一扇工作闸门。

排沙调节闸是拦河坝的重要组成部分，由于一级电站是在原鸭水滩电站基础上扩建而成，受客观条件限制，新旧厂房以及厂坝间连接不是很合理，坝顶也没有设置交通桥，这些条件使排沙调节闸金属结构的选型、布置和设计带来一定的制约。因而，必须从功能、运行方式、施工安装和今后的运行管理等方面充分考虑，来进行拦河坝排沙调节闸金属结构的设计。

二、检修闸门门叶结构设计

（一）门叶结构布置及闸门技术特性

工作闸门前设有检修闸门门槽，闸门门型采用露顶式平面滑动钢闸门，孔口尺寸10.00×11.00m，设计水头10.50m，双吊点启吊。为了方便工地安装并满足运输尺寸的要求，将闸门分为3节制造，各节自上而下的高度为：第一节4.2m，第二节3.6m，第三节3.2m，安装好后再采用节间采用轴连接成整体，为了保证轴孔和轴的接触紧密，又便于装卸连接轴，将节间连接轴孔镗成梨形孔。门叶梁系连接采用同层布置形式，第一节门叶采用单主梁布置，第二、三节采用双主梁布置，主梁为实腹式组合工字形截面结构，设有五道垂直次梁，水平次梁为等跨连续梁，边柱为单腹式，面板设在下游侧，闸门为焊接结构。闸门技术特性见下表（表1）：

（二）闸门平压方式

闸门平压方式利用节间充水平压，静水启闭，平压后将整扇闸门完全提起。闸门平压方式的正确选择，对简化输水系统的水工布置，保证闸门正常运行，减小启闭机容量，方便闸门的维修等，都有重大的意义。节间充水平压，即利用闸门间提开一窄长的间隙充水，在门叶上不专设充水阀（在水工布置上不设旁通阀），所以使闸门结构简单或减化了输水系统的布置。节间充水平压的最大优点：（1）充水面大，充水时间短；（2）启门水位差小，减小了启闭机容量，降低了启闭机的造价；（3）充水高度不受闸门主梁高度，间距限制，不增加启闭机扬高；（4）结构简单，操作维修方便，适用中低水头。

（三）行走支承装置设计

行走支承装置有滑道式、滚轮式、链轮式等几种类型。考虑到防洪检修门运行次数较少，启闭设备采用2×500KN QPPYI型液压启闭机，在闸门启闭力不超过启闭容量的情况下，优先选用滑道式支承装置。滑道式行走支承具有结构简单、制造安装及维护检修方便、闸门轨道受力较均匀、使用较为可靠等优点。为了减少闸门启闭时的摩擦阻力，降低启闭力和启闭机容量，本闸门选用铜合金镶嵌型自润滑支承材料,滑动摩擦系数为0.10，经计算启门力能满足2×500KN启闭力要求，同时又具有能受重载、受温度影响极少等优点，能有效延长闸门设备的使用寿命。

三、工作闸门门叶结构设计

（一）门叶结构布置及闸门技术特性

在检修门后面设有1孔工作门门槽，闸门门型采用潜孔式平面滑动钢闸门，孔口尺寸10.00×10.80m，设计水头17.92m，双吊点启吊。为了方便工地安装并满足运输尺寸的要求，将闸门分为3节制造，各节自上而下的高度为：第一节4.2m，第二节3.6m，第三节3.2m，安装好后再采用节间轴连接成整体，为了保证轴孔和轴的接触紧密，又便于装卸连接轴，将节间连接轴孔镗成梨形孔。门叶梁系连接采用同层布置形式，各节均采用双主梁布置，主梁为实腹式组合工字形截面结构，设有五道垂直次梁，水平次梁为等跨连续梁，边柱为单腹式，面板设在下游侧，闸门为焊接结构。闸门技术特性见下表（表2）：

在工作闸门启闭力不超过启闭容量的情况下，优先选用滑道式支承装置。为了减少闸门启闭时的摩擦阻力，降低启闭力和启闭机容量，本闸门选用铜合金镶嵌型自润滑支承材料,滑动摩擦系数为0.10，经计算启门力能满足2×630KN启闭力要求，同时又具有能受重载、受温度影响极少等优点，能有效延长闸门设备的使用寿命。滑道支承行走装置按等荷载布置在闸门的边柱下游侧，每边各布置12块。

四、启闭机型式的选择及设备装置

液压启闭机是利用液体的压力能来传递能量的一种传动方式，其主要优点：（1）油缸结构简单，传动平稳，液压传动与电气控制结合便于实现自动化，缓冲性能好，调速方便；（2）油压启闭机结构紧凑，体积小，重量轻，但承载能力大；（3）在失去电源的事故情况下，闸门可快速下降，并比QPK型卷扬启闭机更安全可靠；（4）能满足闸门各种开度要求，有利闸门运行；（5）可取消高排架，减少土建投资，缩短施工工期。

调节闸工作门启闭设备采用QPPYI-2×630kN-12.5m液压启闭机，检修门启闭设备采用QPPYI-2×500kN-12.5m液压启闭机启闭。两套启闭机分别装设于闸门的闸墩上，启闭机可进行现场控制和中央集中控制，两种控制方式下，启闭机均可全程开启，采用“两机一泵”布置方式。闸门采用顶置式平面闸门启闭、双吊点，吊耳布置在闸门边柱上，闸门吊耳通过拉杆联接平衡梁，再通过平衡梁和QPPYI型液压启闭机吊耳联接。

每台液压启闭机包括柱塞缸两支、支座、开度检测装置、液压泵站、液压管路系统、电气控制系统等。

（一）液压缸的排气

在液压缸的上下两端设置新型排气测压接头用于液压缸安装时上、下腔的排气，必要时可用于液压缸的压力测量，设计按DIN19704-2标准选用了德国STAUFF公司生产的测压接头。

（二）液压钢的密封与导向

根据设计多年的使用经验，选用实际寿命可达15～20年的德国MERKEL公司生产的密封件，盖密封件采用多唇密封，并使用了重叠结构，密封性能优良，内外泄漏量接近于零，同时该密封件产生的摩阻力很小，保证油缸运行时有较小的启动压力。导向套材料采用ZCuAL10Fe3，该材料有良好的耐磨性和承压性能。

（三）液压控系统主要技术参数的选用

根据招标文件要求，一级站调节闸工作门QPPYI-2×630kN-12.5m液压启闭机和一级站调节闸检修门QPPYI-2×500kN-12.5m液压启闭机均采用“两机一泵”布置方式，根据参数计算。

五、结语

拦河坝排沙调节闸孔口尺寸大，承受总水压力大，闸门的结构布置设计，应从技术和枢纽的整体金属结构布置及各方面因素相结合考虑进行，并有利于加工和缩短工期。从2008年至今，液压启闭机及闸门经受了多次洪水考验，运行正常，为龙州一级电站的挡水、汛期泄洪及冲沙提供了有力的保证。