蒙江冗各水电站工程金属结构布置与设计

2017-04-07覃志强王德丽

陕西水利 2017年2期

关键词：拦污栅启闭机金属结构

覃志强，王德丽

蒙江冗各水电站工程金属结构布置与设计

覃志强，王德丽

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳550002）

本文介绍了蒙江冗各水电站工程金属结构的布置及设计。设计在充分考虑设备的制造、安装、运行的情况，合理布置金属结构设备，为今后此类工程金属结构设计提供借鉴。

冗各水电站；金属结构；设计

1 工程及金属结构布置概况

蒙江冗各水电站位于贵州省罗甸县逢亭镇冗各乡，是蒙江流域水电规划的第八级电站，该水电站位于蒙江干流上，上游为已建的双河口水电站，下游为已建的石门坎水电站，坝址以上流域集水面积5158 km2，冗各水电站至罗甸县城约30 km[1]。

电站正常蓄水位495m，最大坝高70m，总库容4770万m3，装机容量3×30 MW，考虑全梯级联合运行时，保证出力21.19 MW，年平均发电量3.357亿kW·h，年利用小时数3730 h。等别为Ⅲ等，规模为中型。电站建筑物包括混凝土重力坝、泄洪建筑物、引水建筑物、地下厂房等。

根据工程布置的需要，金属结构设备主要设置在泄水系统、引水发电系统及施工导流系统上。泄水系统由溢洪道检修闸门及弧形工作闸门及底孔进口事故闸门与出口弧形工作闸门组成；引水发电系统由取水口进口拦污栅、检修闸门、快速闸门及尾水出口检修闸门组成，施工导流系统由导流洞进口封堵闸门组成。共设闸门11扇，门槽埋件16孔；拦污栅5扇，栅槽埋件5孔；卷扬机4套，门机2套，清污机1套，液压机7套，总重量为1305 t。

2 泄水系统金属结构

2.1 溢洪道检修闸门及启闭机布置

在大坝中部共设置3孔溢洪道，设1扇叠梁检修闸门，闸门孔口尺寸为10m×12.8m(宽×高，同下)，底槛高程为482.7m，设计水头为12.3 m。闸门型式为露顶式平面滑动钢闸门，面板设在上游侧，底、侧止水布置在上游侧，门叶共分4节进行加工、制作，每节为3.2 m，每节闸门均设置3根主梁，4道隔板，2道边梁，主支承采用滑块支承，为使闸门运行平稳，在每节门体上设4件侧轮。

闸门的运行方式为静水启闭，启门时，先将第一节门叶提升200 mm进行节间充水，平压后静水条件下依次提升各节门叶，至右侧门库内进行存放。当弧形工作闸门需要检修维护时，依次吊装叠梁闸门至孔口位置进行挡水。

闸门的启闭选用1套DM2×400kN-23m/5m（总扬程/轨上扬程）的门式启闭机，并配有150 kN回转吊，旋转半径为8.5m，用于弧形工作闸门及液压油缸等部件的检修、维护。启闭速度1.8 m/min，行走速度为2 m/min，工作级别Q2-轻。启闭机上设有高度、荷重指示装置。

2.2 泄洪底孔进口事故闸门

为满足底孔工作闸门（门槽）及隧洞的检修，在底孔进口设置1扇事故闸门，孔口尺寸为5 m×5.5 m，底槛高程为463 m，设计水头为38 m，闸门型式为潜孔式平面定轮钢闸门。

因上游淤沙高程为470.6 m，高于底槛高程，为防止泥沙进入门槽后影响闸门及底孔等的正常运行，将该闸门面板设在上游面，顶、侧、底止水均布置在上游侧，采用门体加重块加重闭门。该闸门主梁采用多主梁布置，主轮采用简支轮，为使闸门启闭平稳，在门体上设有4套悬臂式侧轮，闸门的运行方式为动闭静启，采用小开度提门充水平压。

该门叶分2个运输单元加工、制造、运输，到现场后采用现场焊接成1扇整体。

闸门采用1套QPG2×1000 kN-40 m的高扬程卷扬式启闭机操作，启闭机布置在510.5 m的启闭机室内，启闭速度2m/min，工作级别Q3-中。启闭机为双机架布置，双电机驱动结构型式。启闭机设有高度、荷重指示装置和主令控制装置。启闭机的检修可通过室顶预设的吊钩（承重10t），悬挂手拉葫芦进行。

本闸门设置有水位差仪及1套开度仪，用于监测闸门开启时闸门前后的水位差，监视闸门的充水平压及运行情况。

2.3 泄洪底孔出口弧形工作闸门

在底孔出口处设置1扇弧形工作闸门，孔口尺寸为5m×5m，底槛高程为463m，设计水头为38m，闸门型式为潜孔式弧形钢闸门，运行方式为动水启闭。

闸门采用双主梁直支臂，圆柱铰形式，主横梁采用双悬臂式，箱型梁结构，悬臂段长度为1 m；面板曲率半径为8 m，支铰中心高度设置为6 m（距底槛），采用上游止水形式，顶止水采用转角止水，侧止水为外P60-B型橡塑止水，底止水为I型橡皮止水，侧向采用10套φ200简支侧轮限位。

该门叶分2个运输单元，单支臂分上、下及裤衩段3个运输单位，支臂与门叶采用高强螺栓现场连接，门叶部分采用现场焊接。

闸门采用1套QHSY1400 kN/500 kN-6.32 m/6.5 m的潜孔弧门液压式启闭机操作，启闭机安装高程为479.12 m。启闭机室布置在孔口顶部，液压泵站设置在启闭机室内，由油箱、泵组、阀组及电控柜等原件组成，液压油管选用不锈钢钢管，将动力液压油从液压泵站引至油缸，为保证泄洪时间的要求，闸门操作设置现地控制及远方控制，并配有备用动力柴油发电机组。

闸门在470 m处设置Π型检修平台，用于闸门安装、运行、维护、检修使用。

3 引水发电系统金属结构

3.1 引水发电取水口进口拦污栅

在进水口进口处设置5扇拦污栅，孔口尺寸为6 m×17 m，设计水位差为4 m。底槛高程为473 m，拦污栅的型式为潜孔平面直立滑动式拦污栅。

拦污栅主要用于拦截较大的污物，避免较大的污物进入发电系统后造成破坏和事故，以保证发电系统的正常运行。拦污栅设置有5套水位差计，用于监测拦污栅拦截污物的情况，避免拦污栅前、后水位差超过设计值（4 m），确保拦污栅的运行安全。

为方便清污、倒渣及提栅维护检修方便，将检修平台设置在501 m高程上。单孔取水口引用流量为Q=74.1 m3/s，过栅流速约为0.96 m/s，由于过栅流速较大，拦污栅采用机械清污，设置1套GD50 kN-35 m液压抓斗移动式清污机，用于拦污栅前清理污物，清污机报警水位差设置为1 m，当超过1水位差时进行清污。清污机主要设备为100 kN电动葫芦+50 kN清污容量的液压清污抓斗+控制系统。

启栅采用1套DM2×400 kN-35.5 m/8 m（总扬程/轨上扬程）的门式启闭机操作，启闭机安装高程为501 m，含1套自动抓梁，其中自动抓梁用于启闭拦污栅使用。

启闭机及清污设备的起升机构装设有荷载限制器和上、下极限位置限制开关，行走机构设置有行走终点位置限制开关及缓冲设施。清污抓斗的液压系统为机电液一体化全封闭集成执行系统。

3.2 引水发电取水口进口快速闸门

在检修闸门下游处设置3扇快速闸门，共设置3扇闸门，用于对机组的快速事故保护，闸门孔口尺寸为4.5 m×4.5 m，底槛高程为473 m，设计水头为28 m。闸门型式为潜孔式平面定轮钢闸门，该闸门采用多主梁布置，主轮采用简支轮支承，共4套，为使闸门启闭平稳，在门体上设有4套悬臂式侧轮。

该门叶分2个运输单元加工、制造、运输，到现场后采用现场焊接成1扇整体。

闸门采用1套QPKY1250 kN-5.5 m液压式启闭机操作，启闭机安装高程为501 m，启门速度0.7 m/min，液压泵站设置3套，设置在中孔的液压启闭机室内，由油管将动力油输入至油缸内，并设置可靠的第二电源（备用动力）。

闸门的运行方式为动闭静启，本闸门平时处于全开状态，悬挂在闸门孔口上方，闸门底缘至孔顶部0.5 m～1.0 m处，在机组出现事故时2 min内快速闭门断水，在闸门接近底槛时下降速度不大于5 m/min。启门时采用启闭机联动充水阀充水平压，在门前、后水位差小于5 m后，静水启门至全开位置，启闭机设有现地操作及远程操作系统，应有可靠电源及开度指示控制器，同时在无电状态下可手动操作。

本闸门的局部检修在495 m高程处的检修平台进行，但是由于该平台尺寸有限，故闸门全面检修可采用坝顶门机将闸门提至501 m平台进行。

本闸门设置有3套水位差仪，用于监测闸门开启时闸门前后的水位差，监视闸门的平压情况，有利于闸门的安全运行与操作。

3.3 厂房尾水管出口检修闸门

在厂房尾水管出口处设置3扇尾水检修闸门，底槛高程为439.5 m，孔口尺寸为7 m×6 m，考虑该闸门在施工期需要挡水，故最高挡水水位为463.26 m（下游设计洪水位），设计水头为23 m，闸门检修平台高程为454 m。闸门型式为潜孔式平面滑动钢闸门，面板设在水压方向下游面，顶、侧、底止水布置在水压方向下游侧，闸门采用多主梁布置，主支承采用复合材料滑块。

闸门的运行方式为静水启闭，平压方式由机组蜗壳小开度充水平压，在闸门前后水位差小于1 m后静水启门。闸门采用1套QPG2×250 kN-18 m的固定卷扬式启闭机操作，启闭速度2 m/min，工作级别Q2-轻。启闭机采用双机架布置，单电机驱动，启闭机设有高度、荷重指示装置和主令控制装置。启闭机及控制柜布置在464.2 m高程的启闭机室内，启闭机的检修可通过室顶预设的2套吊钩（承重5 t），悬挂手拉葫芦进行。每扇闸门设置1套水位差计，便于监控闸门的充水平压情况，有利于闸门的安全运行与操作。

4 施工导流系统封堵闸门

导流洞位于大坝的右岸，在导流洞的进口处设置1扇封堵闸门，孔口尺寸为7 m×7 m，底槛高程为448.2 m，最高挡水水位为488 m，设计水头为40 m，最高动水闭门水头为1.5 m，临时动水启门水头为3 m，闸门检修平台高程为463 m，闸门型式为潜孔式平面滑动钢闸门，面板设在下游面，顶、侧、底止水布置在下游侧，主梁采用多主梁布置，主支承采用滑块支承，为使闸门启闭平稳，在门体上设有4件侧轮。

由于闸门底槛位置较低，枢纽的施工期又较长，为避免门槽附近的混凝土表面被泥沙及洪水冲蚀，影响封堵闸门的下闸封堵，在门槽附近混凝土表面一定范围内设置钢衬，门槽采用II型门槽。

闸门采用1套QP2×630 kN-17 m的固定卷扬式启闭机操作，安装在平台473.6 m上，启闭速度2.2 m/min，工作级别Q2-轻。启闭机为双机架布置，单电机驱动，启闭机上设有开度、荷重指示装置、极限位置控制器等装置。