几内亚凯乐塔水电站进口金属结构布置与选型

2014-04-07侯庆宏

水科学与工程技术 2014年5期

周伟,王春,侯庆宏

（黄河勘测规划设计有限公司，郑州450003）

1 工程概述

凯乐塔水电站在几内亚的西部，距离首都科纳克里140km，位于孔库雷河下游一段河道较为宽阔处。大坝采用碾压混凝土重力坝，从左岸到右岸依次为挡水坝段、取水坝段、泄流底孔坝段、溢流坝段［1］。取水坝段分3 孔取水，取水口顶高程103.0m，依次设有拦污栅、检修闸门、事故闸门，后接电站压力钢管。

引水系统采用3 条坝后背管，每条长82m，钢管道直径6.3m。为坝后式地面厂房，厂房长106.0m，宽47.0m，高39.5m；下游1km 处接长350m 的尾水渠。电站装机3 台，总装机容量234.6MW。

2 电站进口金属结构布置

根据常规设计方法，水电站进口应依次设置拦污栅、检修门、快速闸门（事故闸门）［2］，当机组前有可靠防飞逸装置（如蝴蝶阀等）时，其进水口可设置事故闸门和检修闸门。当机组或者压力钢管发生事故时，动水关闭快速闸门（事故闸门），以免事故进一步扩大，当快速闸门（事故闸门）或门槽需要检修时，静水关闭检修闸门提供无水检修条件。拦污栅设置需根据污物的种类、数量及对清污的要求来确定，污物较少时，可设置一道拦污栅；污物较多时，应设置有效的清污设施，必要时可设置两道拦污栅，并设置必要的备用栅［3］。

凯勒塔水电站为坝后式电站，共装3 台机组，一洞一机方式布置，由于水头较低，机组前未安装蝴蝶阀，故为了保证机组及压力钢管的安全，设置一道快速闸门，平时悬挂在孔口上方，一旦发生事故，可以快速关闭闸门。平时快速闸门处于预备状态，为便于快速闸门检修，前面设置一道检修门。

凯乐塔电站进口金属结构布置顺序依次是拦污栅、检修门、快速闸门。

2.1 拦污栅及清污设备

拦污栅一般设置在水电站进水口处，用以拦阻可能进入引水道内的杂物，如树枝、杂木、水草等，以保护水轮机、闸门及管道设备的正常运行。为了使过栅水头损失最小，减少污物对拦污栅堵塞和撞击，并保证清污效果，应限制水流行进栅面的速度，根据经验，过栅流速应限制在0.6～1.0m/s 范围内［4］，采用人工清污时可选小值，采用机械清污时可选大值。

凯乐塔水电站进口共布置了9 道拦污栅，一洞3栅，一字并排方式布置，过栅流速经计算0.8m/s，即经济又便于运行。

拦污栅采用回转吊配合清污抓斗清污，在拦污栅槽前设置一道清污机轨道槽，清污抓斗可以沿着轨道槽进行清污操作。

拦污栅孔口尺寸为5.0m×14.2m（宽×高），为平面滑动直栅，设计水头差为3m，选用Q235B 材质，主梁为焊接工字钢结构。由于受运输单元限制，栅体共分为5 小节，运至工地再进行工地焊接。为了降低坝顶门机轨上扬程高度，闸门组装后分为3 节，即顶节为一个独立单元，第2、3 小节工地焊接成整体，第4、5小节工地焊接成整体，共有两处节间连接设备，节间连接采用可拆卸的销轴连接方式。考虑到拦污栅数量较多，如果其中一孔因故需要检修，对应的机组就需要停机，直至维修完毕，很大程度上损失了机组发电效益，故设置一套备用拦污栅，平时存放在坝顶的栅库内，必要时可随时用以替换需要检修的拦污栅。

拦污栅采用坝顶门机操作，门机容量800kN，扬程30m。坝顶门机在布置时以尽量能启闭所有进口设备为原则。结合水工建筑物特点，本电站进口坝顶门机轨距定为11m，拦污栅库、检修门库、检修门、快速门均在门机腿之间主起升工作范围之内。由于拦污栅启闭容量较大，布置专用启闭设备空间受限，为此将门机主梁向上游方向延长，主起升可以向上游方向移动至拦污栅槽中心线位置，进而可以启闭拦污栅。为了方便将拦污栅吊装到栅库的位置及边跨拦污栅清污，门机上游两腿外侧各布置一套回转吊，拦污栅需要检修时，可以先用主起升提出孔口，然后用回转吊放入栅库，边跨拦污栅前需清污时，采用对应侧的回转吊配合清污抓斗清污。

2.2 闸门

检修闸门布置在快速闸门之前，平时存放在检修门库中，当快速闸门或压力管道进行常规检修时，关闭检修闸门提供无水检修条件。进口闸门孔口尺寸5.0m×7.4m，设计水头22.45m，为潜孔式平面滑动钢闸门，下游止水，门叶材料Q345B，侧、顶止水型号为P60-A 型，底止水I 型。根据运输单元要求闸门共分3 节制造，运至工地后焊为整体。闸门为单吊点，门叶为焊接结构，主梁为工字型焊接梁，主支承为复合材料滑道，反向支承为滑块，侧向支承为侧导板。闸门操作条件为静水启闭，门顶充水阀提门充水平压后静水启门，采用坝顶共用门机配合液压自动抓梁操作。

快速闸门布置在压力钢管进口处，平时悬吊在孔口上方约0.5m 处，当机组或者压力钢管发生事故时，动水快速关闭闸门，防止事故进一步扩大。快速闸门孔口尺寸为5.0m×7.15m，设计水头22.45m，为潜孔式平面定轮钢闸门。门叶材料为Q345B，定轮、主轨材料为ZG35CrMo，侧、顶止水型号为P60-A型，底止水为I 型。根据运输单元要求闸门共分3 节制造，运至工地后焊为整体。闸门止水采用上游止水方式，当定轮支承在轨道上时，止水压缩4mm，闸门设置侧滑块，侧滑块与埋件间隙为10mm，有效降低了闸门快速闭门过程中振动产生的危害。考虑到闸门快速关闭时流道补气的需要，在快速门后设通气孔，通气孔亦同时兼顾检修孔用。

快速闸门采用液压启闭机操作，启闭容量为1600kN，扬程7.6m。考虑闸门下降速度较快，液压机如果按考虑闭门力设计，快速闭门对液压杆稳定很不利，而且容易产生油泄漏，为此，采用闸门上布置加重块的方法解决闸门动水闭门的问题。电站进口正常蓄水位110.0m，而液压启闭机平台高程为106.5m，势必造成液压器平台浸水的问题，因此，液压机架与闸门埋件顶部采取密封措施，即做成压盖式液压机，机架和液压缸之间也采取密封措施，避免透水情况的发生。为了保证密封效果，同时保证门槽安装精度，将快速门槽设计为整体式，即主轨、反轨、侧轨为一个整体［5］，由焊后退火再加工形成。门槽顶部埋件为长方形联通结构，周边布置螺栓孔与液压机架配钻，液压机架与闸门顶部埋件之间设置一道橡皮，拧紧连接螺栓后有效保证了密封效果。