坪头水电站金属结构设计

2012-12-20何孟芸佘鸿翔刘永胜龙朝晖

水电站设计 2012年3期

何孟芸，佘鸿翔，刘永胜，龙朝晖

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 前言

坪头水电站的金属结构设备由泄水建筑物、引水建筑物和尾水建筑物三部分的闸门、拦污栅及启闭机设备组成，共有闸门门叶、拦污栅栅叶13扇，门槽、栅槽埋件16套，储门槽2套，启闭设备8台。设备总重量为1 314t，其中拦污栅、闸门及其埋设件重量为1 074t，启闭设备重量为240t。

2 泄水建筑物的闸门及启闭设备

电站为引水式电站，在首部枢纽设有拦河闸坝和进水口，采用侧向取水、正向冲沙泄洪的布置方式，从右岸至左岸依次布置右岸挡水坝段、泄洪闸、冲沙闸、左岸挡水坝段和进水口。在主河床布置3孔泄洪闸和1孔冲沙闸，用于泄洪、冲沙，减少水库淤积，保证进水口门前清。泄洪闸采用胸墙式泄洪孔，每孔设1扇工作闸门，3孔共用1扇检修闸门。冲沙闸采用胸墙式冲沙孔，设置1扇工作闸门和1扇检修闸门。泄洪闸和冲沙闸闸顶高程均为915.00m，正常蓄水位为913.00m，设计洪水位为901.82m，校核洪水位为907.92m。泄水建筑物闸门及启闭机布置见图1、2。

2.1 泄洪闸工作闸门及启闭设备

泄洪闸工作闸门为潜孔式弧形闸门，孔口尺寸为8m×15m(宽×高)，底坎高程887.00m，按正常蓄水位913.00m设计，设计水头为26m，支铰高度为17m，面板曲率半径为22.5m，总水压力为31 330kN。闸门为双主横梁斜支臂结构，主横梁及支臂均为箱型结构，门叶结构主要材料为Q345B。底止水为条形橡胶水封，侧止水为P60-B型橡塑水封，均布置在面板下游侧；顶水封为P60-A型橡胶水封，布置在面板上游侧。顶水封采用压紧式和转角式两道止水。为防止闸门在局部开启时门顶发生射水现象，在顶楣装置增设一道辅助转铰止水，其预压量由弯曲薄弹簧钢板控制。压紧式止水是为保证全关状态下的严密止水。支铰材料为ZG50Mn2铸钢，支铰轴材料为34CrNiMo锻钢，支铰轴承采用GEW480HSFZ5自润滑球面滑动轴承。

工作闸门由容量为2×2500kN的后拉式液压启闭机操作，启闭机的工作行程为9.271m，最大行程为9.5m，启闭速度为0.6m/min，油缸内径为480mm，活塞杆直径为250mm。油缸的上端与预埋在闸墩上的油缸支铰链接，油缸活塞杆的下端与闸门边梁上的吊耳连接。每台机设1套液压泵站，液压站设2台油泵电机组，冷备用。液压站布置在孔口左侧闸墩915.00m高程上的泵房内。液压启闭机可现地操作，也可在电站中控室集中控制。

2.2 泄洪闸检修闸门及启闭设备

检修闸门为潜孔式平面滑动闸门，孔口尺寸为8m×17m(宽×高)，底坎高程887.00m，按正常蓄水位913.00m设计，设计水头为26m，总水压力为24 229kN。闸门为下游面板、下游止水，主支承为增强填充四氟板材(NL150)滑道。门叶部分沿高度分为5段制造、运输，工地安装时下面3段焊在一起成为下节，上面2段采用连接板和销轴连接后成为上节，上、下节之间不连接。顶止水、侧止水为P60橡塑水封，节间止水和底止水为条型橡胶水封。

检修闸门为静水启闭，节间充水平压。检修闸门由容量为2×500kN的单向门机通过液压抓梁操作。门机的轨距为6m，轨上扬程为12.5m，总扬程为32m，起升速度为2.23m/min。平时，检修闸门存放在拦河闸坝右侧的储门槽内。

图1 泄洪闸闸门及启闭机布置

图2 冲沙闸闸门及启闭机布置

2.3 冲沙闸工作闸门及启闭设备

冲沙闸工作闸门的孔口尺寸为3m×8m(宽×高)，底坎高程886.00m，按正常蓄水位913.00m设计，设计水头为27m,总水压力为6 380kN。由于冲沙闸下游设计洪水位比较高，如果工作闸门采用弧形闸门方案，会给水工和闸门结构布置带来很大困难，同时考虑到经济方面的因素，因此将冲沙闸工作闸门设计为潜孔式平面定轮闸门。闸门采用上游面板、上游止水，主轮直径为φ700mm，主轮轴径为φ140mm，主轮材料为ZG310-570铸钢，轮轴材料为45锻钢，轴套为高强度钢背聚甲醛复合材料轴套。顶止水、侧止水为P60橡塑水封，底止水为条型橡胶水封。

工作闸门为动水启闭，允许在局开状态下运行，但应避免在振动区域停留。平时，闸门关闭处于挡水状态。工作闸门由容量为1 000kN的固定卷扬式启闭机操作，启闭机的扬程为31m。启闭机设置在926.70m高程的启闭机房内。

2.4 冲沙闸检修闸门及启闭设备

检修闸门为潜孔式平面滑动闸门，孔口尺寸3m×10m(宽×高)，底坎高程886.00m，按正常蓄水位913.00m设计，设计水头为27m,总水压力为7 263kN。闸门采用下游面板、下游止水，主支承为增强填充四氟板材(NL150)滑道。门叶部分沿高度分为3段制造、运输，在工地安装时下面2段焊在一起成为下节，上面1段为上节，上节、下节之间采用连接板和销轴活动连接。顶止水、侧止水为P60橡塑水封，节间止水和底止水为条型橡胶水封。

检修闸门为静水启闭，节间充水平压。闸门与泄洪闸检修闸门共用2×500kN单向门机，门机通过平衡梁和拉杆操作闸门。平时，闸门存放在拦河闸坝右侧的储门槽内。

3 引水建筑物的闸门及启闭设备

进水口为直立岸塔式，依次设有两道拦污栅槽和一道工作闸门。闸顶平台高程均为915.00m，正常蓄水位为913.00m，设计洪水位为901.82m，校核洪水位为907.92m。引水建筑物闸门、拦污栅及启闭机布置见图3。

图3 进水口闸门、拦污栅及启闭机布置

3.1 拦污栅及启闭机设备

拦污栅共2孔，胸墙式，孔口尺寸为5m×12m(宽×高)，底坎高程895.00m，按4m水压差设计，总水压力为2 400kN。拦污栅为直立平面活动式，每孔设1扇，栅条净距为80mm，主支承为增强填充四氟板材(NL150)滑道。拦污栅由4节组成，每节栅叶设2个工字型主横梁，节间采用连接板和销轴活动连接。

拦污栅为静水启闭，由容量为2×250kN的桥式启闭机通过平衡梁和拉杆操作，启闭机的扬程为27m。拦污栅的清污采用全跨液压清污抓斗清污，清污抓斗由桥机直接操作，污物可在取水口左侧的卸污平台上进行卸放。

3.2 进水口工作闸门及启闭机设备

工作闸门共1孔，为潜孔式平面定轮闸门，孔口尺寸为5.9m×5.9m(宽×高)，底坎高程895.00m，按正常蓄水位913.00m设计，设计水头为18m，总水压力为5 418kN。闸门采用上游面板、上游止水，顶止水、侧止水为P60橡塑水封，底止水为条型橡胶水封。主支承为简支轮，主轮直径为φ700mm，轮轴直径为φ140mm，主轮材料为ZG310-570铸钢，轮轴材料为40Cr锻钢，轴承采用高强度钢背聚甲醛复合材料轴套。

工作闸门为动水启闭，由2×500kN的固定卷扬式启闭机操作。启闭机设置在923.40m高程的启闭机房内，扬程23m。为减少门后引水隧洞的充水时间，闸门采用小开度充水方式。发电时，工作闸门锁定在门槽顶部，当隧洞检修时关门挡水。

3.3 引水隧洞施工支洞封堵闸门

为便于引水隧洞的维护和检修，分别在2-3号和4号施工支洞与主洞交叉处留有进人孔，并设置封堵闸门。封堵闸门采用平面铰链闸门，孔口尺寸为2.4m×2m(宽×高)，设计水头为80m，总水压力为4 716kN。闸门采用下游面板、下游止水。

闸门操作方式为无水条件下人工启闭。在引水隧洞充水和发电期间，封堵闸门应关闭。闸门封闭进人孔时采用螺栓将门叶与埋件固定，应保证水封均匀接触止水座板，水封压缩5mm。为开、关方便，在闸门下部设有滚轮。

4 尾水建筑物的闸门及启闭设备

电站共3台机，设3个尾水出口，在尾水出口处设置2扇检修闸门，供2台机组同时检修使用。尾水平台高程为606.40m，最高尾水位为600.00m。

检修闸门为潜孔式平面滑动闸门，孔口尺寸为5.1m×5.55m(宽×高)，底坎高程592.80m，按最高尾水位600.00m设计，设计水头为7.2m，总水压力为1 290kN。闸门采用上游面板、上游止水，顶止水、侧止水为P60橡塑水封，节间止水和底止水为条型橡胶水封。主支承为增强填充四氟板材(NL150)滑道。门叶沿高度方向分为2节制造、运输，上、下节之间采用连接板和销轴活动连接。

闸门为静水启闭，节间充水平压，闸门由容量为2×160kN的移动式电动葫芦通过拉杆操作，电动葫芦扬程为9m。平时检修闸门锁定在门槽顶部，检修也在此平台上进行。尾水建筑物闸门及启闭机布置见图4。