东宁县东升电站泄洪系统金属结构布置与设计

2017-03-03樊雪钰

黑龙江水利科技 2017年2期

关键词：弧门支臂东升

樊雪钰

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

东宁县东升电站泄洪系统金属结构布置与设计

樊雪钰

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

东升电站溢洪道泄洪系统中，检修闸门为平面分节钢闸门，工作闸门采用弧形钢闸门。弧形闸门因没有门槽，泄流时水流条件较好，和液压机配合使用时利于控泄，便于调度管理的诸多优点，在水库泄洪系统中采用较多。本文主要探讨了绥芬河东升电站泄洪系统中工作闸门和检修闸门的布置原则和设计要点。

东升电站；泄洪系统；弧门闸门；液压启闭机

东升水电站位于黑龙江省东南部牡丹江市东宁县东宁镇西绥芬河干流上游，是一座以发电为主的综合利用的中型水利水电工程，水库总库容为5824×104m3，装机容量33MW，多年平均发电量为8372×104kWh，项目建设总工期3a。

1 概况

泄洪闸设6孔，每孔宽度为15m，堰顶宽度90m。每孔都设有工作闸门和检修门槽，6孔共用1扇检修门。工作门为弧形闸门，由液压启闭机启闭。检修门为平面滑动式闸门，由门式启闭机启闭。本水电站的正常蓄水位为156.00m，设计洪水位156.00m，校核洪水位159.25m，堰顶高程144.00m，墩顶高程160.75m。

2 设计依据

奋斗水库初步设计的资料依据有：

1)《水利水电工程钢闸门设计规范》[SL74-95][1]；

2)《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》[DL/T 5018-2014]；

3)《水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范》[SL381-2007]。

3 工作门及启闭设备

3.1 工作闸门

泄洪闸工作门采用弧形闸门，6扇。闸门底坎高程143.305m，支铰高程151.00m。闸门采双主横梁斜支臂球型铰结构，弧门半径R=15m，正常挡水高度H=12.7m，风浪超高a=0.5m。弧形闸门总水压力P=16112kN,总水压力作用线与水平线夹角α=13.462o。闸门面板厚δ=12mm，主梁梁高h1=1600mm，支臂高h2=1000mm，刚度比K=5.044。闸门启门力FQ=2950kN，闭门力Fw=-645kN,能靠自重闭门。

弧形闸门为主横梁形式，悬臂端长度与主梁长度之比为0.2，由于主梁与支臂连接处的负弯矩较大，故连与支臂接处主梁后翼缘设计为变截面形式。

弧门的支臂为偏心受压构件。鉴于弧门水压力较大，工况复杂，为加强支臂稳定性，工作弧门的支臂采用箱型截面柱。腹板间距580mm，上臂上下柱之间采用竖杆将支臂四等分，可以增加支臂平面内的稳定性。由于《钢结构设计规范》(GB 50017)并未给出箱型截面的计算方法，箱型截面柱的平面内和平面外稳定验算可以参考文献[3]或[4][3-4]。

工作门球形铰选用DF自润滑关节轴承，DF自润滑关节轴承具有良好的减摩性，耐磨性和自润滑性，其滑动摩擦系数约为0.8-0.12，低于普通的轴承。DF关节轴承尺寸稳定性较好，适合在东北低温寒冷的环境。另外由于向心关节轴承在水平方向有1.5°左右的摆角，可以纠正闸门在制造和组装过程中出现的偏差。

东升电站弧形工作闸门的主要特点是挡水水头高，孔口宽度大。弧门面板所受的水压力最终是通过支臂传到支铰埋设件的，因此，支臂是弧门十分重要的受力部位。如前所述，弧门支臂为偏心受压构件，决定其承载能力的不是其强度，而是平面内和平面外的稳定性。据近30a的弧门设计经验来看，弧形闸门的失事大多由于支臂失稳造成的，由于失稳破坏往往具有突然性，事前没有先兆，因而造成的后果也比较严重。因此，弧门支臂的计算应当引起设计者的足够重视。

3.2 工作闸门启闭机

启闭机采用QHLY2×1600kN液压弧门启闭机。启闭机上悬挂点高程157.00m下悬挂点设在下主梁处,启闭机最大行程s=7.5m。启闭机液压系统由液压泵、油箱、闸阀组、电器控制柜等部件组成，液压油在-45℃下不凝结，-10℃以上启动使用，故冬季无需放油。在工作桥侧边设管线支架，悬挂在桥边梁下，管路通至各油缸。油泵设工作油泵和备用油泵各一套。由于闸门跨度大，为了保证闸门启闭的同步和平稳运行，液压启闭机油缸采用自动行程检测装置的热喷涂陶瓷活塞杆液压缸。闸门运行条件为动水启闭，动载系数K=1.2，允许避开振动区作局部开启。闸门不承受冰压力。每孔闸门在边墩处设爬梯和检修平台一处,便于检修支铰和油缸吊头。

3.3 工作闸门运行方式

工作闸门启闭条件为动水启闭，允许避开振动区作局部开启。启闭机由液压泵站控制。液压泵站设在泄洪闸墩顶。工作门每2孔用1个液压泵站。启闭机采用PLC远程控制系统，液压缸中设置压力传感器和位置传感器。闸门调洪启闭时，PLC指控系统会实时显示闸门的开度和杆腔压力。

4 检修门及启闭设备

4.1 检修闸门

为了工作闸门的检修和维护，在工作闸门前各设一道检修门，检修闸门为15m×12.16m平面滑动式钢闸门，6孔共设1扇检修门。检修闸门分为3节，每节高度分别为4.16m、4.0m、4.0m，均为双主梁结构，闸门止水布置在上游侧，采用P型橡皮水封。闸门总水压力P=10800kN。闸门面板厚度δ=12mm。闸门滑动支撑选用NGB高分子复合材料滑道，最大摩擦系数取f=0.15。

4.2 检修闸门启闭机

检修闸门启闭设备选用2×800kN单向坝顶门机，门机轨距4.5m，门机基距13.0m，闸门吊点距10.0m,门机总扬程13m，轨上扬程6.0m，门机工作级别为Q3-中。检修桥上铺设QU100轨道通入检修门门库。门库在泄洪闸左侧，在其轨道下设长16m、宽2.5m，深13m下卧式门库1个。

4.3 检修闸门运行方式

检修闸门平时存放于门库中，工作闸门需要检修时，用门机控制自动抓梁，抓脱检修闸门。

检修闸门操作条件为上节门静水闭，动水开启。下节门为静水启闭，平压采用节间充水，节间最大开度100mm,平压后水头差<1.5m。各节闸门均由坝顶门机进行整体启闭操作。平时，将闸门锁定储存在门库。闸门启门力FQ=1160kN，闭门力Fw=-365kN。