浅谈水电站工程金属结构设计

2015-11-04廖微微

建材与装饰 2015年38期

关键词：拦污栅冲砂进水口

廖微微

（贵州新中水工程有限公司　贵州贵阳　550001）

浅谈水电站工程金属结构设计

廖微微

（贵州新中水工程有限公司贵州贵阳550001）

水电站金属结构设计的合理性对整个水电站的运行至关重要。在相关设计方面，应当重点考虑使用质量要求以及设备的安全可靠度和先进性。本文结合工程实例，就水电站工程中相关金属结构的设计进行了探讨，以供相关设计者参考。

水电站工程；金属结构；设计

引言

随着我国大中型水电站建设的迅猛发展，水工金属结构设备已达到了国际同类型设备的水平。如今的水工闸门规模正向着大尺寸、高水头的趋势发展，目前已建的或在建中的水电站，通常采用露顶式弧形闸门，其最大的孔口尺寸已经达到20m以上，而潜孔式高水头弧形闸门最大设计的水头、操作水头，分别可以达到160m和105m。而启闭机械也开始向着大容量、高扬程的方向发展。

1　水电站金属结构概述

水电站金属结构设备一般包括各种闸门、拦污栅、升船机、各类启闭机，以及操作闸门、拦污栅的附属设备如抓梁、吊杆、锁定装置等。

1.1闸门

闸门的作用是关闭水工建筑物孔口，并根据需要全部、局部开启孔口，来实行放水、调节上下游水位、排沙等功能。闸门通常布置在电站的泄水系统、输水发电系统、航运系统以及冲沙系统等。

闸门按照结构特点进行分类，可分为平面闸门、弧形闸门、人字闸门、拱形闸门、舌瓣闸门、三角形闸门等；按用途分为工作闸门、事故闸门、检修闸门、导流封堵闸门等。工作闸门指能在动水中启闭的闸门；事故闸门指当闸门下游（或上游）发生事故时能在动水中关闭的闸门，当需快速关闭时，也称为快速闸门，事故闸门在静水中开启。

（1）溢洪道闸门

在水电站溢洪道、泄洪表孔处，通常会设置检修闸门和工作闸门。对于一些水头较高、泄水孔洞较长的泄洪设施，还可以在事故闸门前设置检修闸门。泄水系统的工作闸门一般会选用平面闸门或弧形闸门，如果闸门孔口的尺寸较大，操作水头又大于50m，则以弧形闸门为宜。弧形闸门的优点在于操作灵活，可以充分满足局部开启要求，因此应用广泛。而泄水系统事故闸门、检修闸门，则一般选用的是平面闸门。

（2）输水发电系统进水口通常设置拦污栅、检修闸门和事故闸门。如果机组要求迅速切断水流，则还需要在电站进水口设置快速闸门。水电站的尾水出口应当设置检修闸门，且输水发电系统的快速闸门、事故闸门、检修闸门大多选用平面闸门。

（3）通航河道设有船闸，船闸的上、下闸首应当设置工作闸门和检修闸门。大中型工程的船闸如果发生闸门失事问题，会引起严重后果，因此还需要在上闸首工作闸门上游设置事故闸门。工作闸门可选择的有人字闸门、平面闸门等。而事故闸门、检修闸门则大多选用平面闸门。

1.2启闭机

启闭机的作用是操作闸门，开启或关闭机械设备。水电站常用的启闭设备有固定卷扬式启闭机、液压启闭机、门式启闭机、桥式启闭机、台车式启闭机、电动葫芦等。

1.3拦污栅

拦污栅的主要作用是拦阻水流挟带的污物，以防止污物进入引水道，引起堵塞问题，损坏保护机组、闸门、阀及管道等。拦污栅一般布置在进水口的最前沿，如果污物较多，还应当在拦污栅前设置清污设备。

2　水电站工程金属结构设计案例分析

2.1工程概况

某水电站地处某河流域的中游。该水电站安装多种金属结构设备，并分别布置在：①泄水建筑物中；②冲砂建筑物中；③引水建筑物中。设有门槽、栅槽共9孔，各种闸门、拦污栅共8扇，各种启闭机7台套。此外，该水电站泄水建筑物还设置了表孔溢洪道，共3孔。表孔工作闸门的形状为弧形，启闭机采用的启闭方式为液压启闭。冲砂建筑物进口设置检修闸门和工作闸门，各设1道。引水建筑物进口分别设置了拦污栅和事故检修闸门，也是各设1道。尾水管出口设置了检修闸门，两孔共用1扇闸门。

2.2水电站金属结构设计分析

该水电站金属结构主要由以下部分组成：①泄水建筑物；②电站建筑物；③冲砂放空建筑物闸门和启闭设备。

2.2.1泄水建筑物闸门及启闭设备设计

该水电站溢洪道位于混凝土重力坝中部，上设置3孔表孔弧形闸门，它的主要功能有以下两个：①调节水位；②泄洪。溢洪道堰顶采用的露顶式为弧形工作闸门，其相关设计参数详见表1。闸门采用的形式为主横梁形式，而弧门的支承方式为斜支臂球铰支承。弧形闸门的选择要考虑到其液压机的布置要求，该弧形闸门选用的启闭设备为QHLY-2×630kN-5.0露顶式弧形门液压启闭机。由于在溢洪道水工布置中，液压泵站的布置空间较为宽裕，所以溢洪道工作闸门液压机可共用一个油泵站，但泵站必须设置至少两组，以供备用。

液压机的操作方式有两种：①现场控制；②集中控制。同时，液压机还应配备可靠的电源，闸门需保证局部开启，以保证一定的泄水流量和对水库中的水位进行调节。该溢洪道堰顶高程确定为528.00m，死水位的高程要控制在526.00m。由于表孔堰顶具有较长的暴露时间，因此，其维修时间相当充分，可不设置检修闸门。

表1　弧形工作闸门设计参数指标

2.2.2电站建筑物闸门及启闭设备设计

该水电站有两台总装机，采用的引水方式为联合引水方式，其金属结构主要有进水口拦污栅、进水口事故检修闸门、尾水闸门及配套的启闭设备。

（1）进水口拦污栅及其启闭设备

在进水口前，设置拦污栅，共1道1孔，其具体设计参数指标详见表2。拦污栅采用的结构为平面框架结构，支承方式为铸铁滑块支承。根据进水口水工布置，由于拦污栅倾角为75°，钢丝绳的受力不好控制，经考虑拦污栅的启吊设备配制拉杆。拦污栅启闭及清污由启闭机房内的QPQ-630kN固定式卷扬机启闭操作，拦污栅由卷扬机提至539.50m高程检修平台进行检修及清污。