带舌瓣的弧形组合闸门在隆潘卡尔水电站的设计及应用

谢腾飞 姚雷 姚宏超 丁正忠

摘 要：表孔溢洪道上设置带舌瓣门的弧形组合闸门是电站排漂、流量控制有效途径。本文重点介绍了带舌瓣门的弧形组合闸门及启闭机的布置、结构特点和主要参数，并从安装、运行、检修的角度出发，优化设计支铰及埋件、开度指示仪、液压启闭机管路布置等，并成功应用于喀麦隆隆潘卡尔水电站。

关键词：带舌瓣的弧形组合闸门；隆潘卡尔水电站；结构设计；排漂

中圖分类号：TV663 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0087-03

Design and Application of Compound Radial Flap Gate in

Lom Pangar Hydropower Station

XIE Tengfei YAO Lei YAO Hongchao DING Zhengzhong

Abstract： Compound radial flap gate on the spillway is an effective way to control the discharge and flow control of power station. The structural features and main parameters of the compound radial flap gate were introduced. From the point of view of installation， operation and maintenance， the design of trunnion and embedded parts， opening indicator and pipeline layout of hydraulic hoist were optimized. The gate was successfully applied to Lom Pangar Hydropower Station.

Keywords： compound radial flap gate；Lom Pangar Hydropower Station；structure design；debris discharging

1 工程概况

隆潘卡尔水电站位于喀麦隆东部省洛姆河与隆潘卡尔河交汇处下游4km，电站装机规模4×7.5MW，水库库容60亿m3，是该流域梯级开发首级电站。该工程能提高萨纳加河在低水位时的径流调节能力，并能提高下游未来水电站的装机容量[1]。大坝溢洪道共3孔，设置3扇弧形工作闸门，孔口尺寸为13.0m×10.5m（宽度×高度，以下同），泄洪能力为2 400m3/s。左侧2扇弧形闸门上各设置了一个舌瓣闸门，其作用是对大坝的水位进行调整，同时能在有限泄量的情况下排泄表面污物。

在常规电站中，除在拦污栅前人工或机械清污外，还可通过开启溢洪道工作闸门排污，这样下泄水量较大，发电量损失也较大。溢洪道工作闸门不能做到随时开启，且局部开启时，较大漂浮物对闸门的撞击也会导致闸门损坏[2]。在弧形闸门上设置舌瓣闸门，既能保证泄洪时开启弧形闸门水库的下泄流量，又能减少开启弧形闸门的泄水量，增加了发电效益。该型式闸门在国内工程尚不多见[3，4]。本文主要介绍带舌瓣的弧形组合闸门在喀麦隆隆潘卡尔水电站的设计及应用。

2 闸门、启闭机布置及主要参数

隆潘卡尔水电站溢洪道工作闸门（带舌瓣）的总体布置见图1。

工作闸门为带舌瓣的斜支臂弧形组合闸门，孔口尺寸为13m×10.5m，弧面半径13m，底坎高程664.0m，支铰高程669.5m，支铰间距11.8m。弧形闸门主材为Q345C，上部有矩形开口，开口设置舌瓣闸门。采用液压启闭机操作，启闭容量为2×1 250kN，行程5m。

舌瓣闸门为液压下翻板闸门，挡水面为弧形，弧面半径12.2m，孔口宽度8m，闸门高度4.26m，设计水头3.42m，通过底部的支铰轴与弧形闸门铰接。采用液压启闭机操作，启闭容量为2×750kN，行程2.3m。舌瓣门液压启闭机一端铰接于舌瓣闸门背面，另一端铰接于弧形闸门上主梁上。

3 结构设计

3.1 弧形闸门

①带舌瓣闸门的斜支臂弧形闸门，主横梁采用2根实腹式焊接结构梁。除了计算面板、次梁、边梁传递的力外，还需考虑舌瓣闸门支铰及其启闭机的作用。

②弧形闸门面板上部对中位置留有8m×4.26m的孔口，用以安装舌瓣闸门。垂直次梁和主梁以上的水平次梁均在此断开，闸门的边梁和侧挡墙共同承担面板的水压力。

③侧挡墙提供了舌瓣闸门的止水面，承担侧向水压力及舌瓣闸门的封水压力。其面板材料为12Cr18Ni9。面板背面为“井”字型梁系，梁系一端固结于弧形闸门上部的面板，另外一端通过支承梁搭接在弧形闸门的支臂上，侧挡墙梁系的每一根主梁可视为简支梁计算其强度和刚度。弧门支臂双向偏心受压，侧挡墙背后支承梁平面内的弯矩对上支臂产生不利的影响。

④考虑到运输尺寸的限制，将弧形闸门的门叶分5节（7部分），最大单元尺寸为1.5m×3.5m×12.91m。本闸门由国内制作，经过公路、铁路、船舶运至现场拼接安装组焊，节与节之间采用销钉定位、螺栓连接后焊接，弧形闸门和舌瓣闸门的位置关系如图2所示。

3.2 舌瓣闸门

①舌瓣闸门为液压下翻板闸门。正常蓄水位672.36m时单孔泄量Q≥40m3/s，Q的计算公式如式（1）所示：

[Q=m0B2gH3/2] （1）

其中，B为舌瓣闸门的宽度，取8m；H为水头，取mo=0.4。将这些数据带入式（1）可得，Q=40.5m3/s，满足要求。挡水面板设为弧形，弧面半径12.2m，与弧形闸门面板同心。面板背后设置3根主横梁；舌瓣门支铰及液压启闭机支承安装在主纵梁上，主纵梁布置在弧形闸门主横梁的腹板上（纵梁的对应位置），支承间距4.3m。闸门主材Q345C，支铰轴材料40Cr，轴套采用高承载、低摩阻的自润滑材料。

②由于舌瓣闸门液压启闭机存在内泄，舌瓣闸门长期关闭需要机械锁定。舌瓣闸门锁定机构设置于弧形闸门的侧挡墙上，如图3所示：舌瓣闸门关闭就位后，锁定油缸推动锁定轴伸出，阻挡舌瓣闸门的运动。锁定油缸推力100kN，行程100mm。锁定轴直径160mm，锁定轴与侧挡墙之间设自润滑轴套。

4 闸门支铰及其埋件

弧门支铰采用自润滑关节轴承，能承受径向及轴向荷载，并可适应门体的变形。弧门支铰重达7t，且安装精度要求较高，给弧门支铰安装造成了一定的困难。为方便施工安装，并保证安装精度，增设定位座板（如图4所示），可在X、Y方向沿一期埋件表面调整位置后焊接。定位座板为钢板焊接结构，其下部设有挡块，并预留螺栓孔，重量较小（687kg），方便精确定位。弧形闸门支铰Z向及倾斜角度可通过连接螺栓调整。

5 开度指示仪

弧形闸门开度可在控制柜显示器上读出，通过液压启闭机上的行程传感器输入电路、电平转换、译码后送到LED显示出实际开度值[5]。但实际上，由于传感器、电路传输或者断电等原因，都有可能导致闸门开度显示异常。应咨询工程师的要求，溢洪道工作闸门各设置了一套闸门开度指示装置。该装置主要由固定在侧壁上的刻度尺及安装在门体上的指针组成，通过一定的数学关系转换为闸门开度，可在岸边及控制室直观地读出闸门开度，准确可靠。

6 液压启闭机

6.1 主要参数

弧形闸门及舌瓣闸门均采用液压启闭机启闭，其主要参数如表1所示。

6.2 管路布置

合理的液压管路布置能够减少系统压力损失，方便施工及后期检修维护。一般溢洪道工作闸门单只油缸仅需要3根油管，而带舌瓣的弧形组合闸门液压设备包括工作闸门液压启闭机、舌瓣门液压启闭机和舌瓣门锁定油缸，共用一套液压泵站，单侧油管多达8根。因此，简明、高效、合理地布置液压油管显得尤为重要。油管的布置主要遵循以下原则：①坝面部分布置于管道及油管沟中；②除活动部位采用高压软管连接外，其余均使用无缝钢管；③管路平行布置，少交叉；④钢管采用管夹固定，多层布置；⑤合理设置管接头，控制单根钢管长度；⑥对于集中控制的油缸（舌瓣门液压启闭机、锁定油缸），尽量使左右缸油管长度相等[6]。

7 结语

带舌瓣的弧形组合闸门应用于表孔溢洪道，既满足了排漂要求，又可兼作水库水位微调之用，最大限度地节约了水资源。同时，又是结构最为复杂的门型之一，在设计过程中克服资料不足的困难，對弧形闸门、舌瓣闸门及其液压启闭机进行总体布置及结构设计。

该闸门安装过程顺利，自2016年9月投入运营以来，运行效果良好，达到了理想的排漂效果。

参考文献：

[1]宋继源，朱慧芳.喀麦隆龙潘卡尔水电站工程一期施工导流设计[J].云南水力发电，2014（1）：83-85.

[2]阙剑生.水电站排漂问题探讨[J].浙江水利科技，2002（2）：11-14.

[3]刘红宇，吕传亮.舌瓣门在大顶子山航电枢纽中的应用与设计[J].科学技术创新，2012（29）：294-295.

[4]沈得胜.昭平水电站弧形闸门及舌瓣闸门[J].广西水利水电，1999（增刊）：38-39.

[5]中华人民共和国水利部.水利水电工程钢闸门设计规范：SL 74—2013[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[6]张竞超.水力学[M].郑州：黄河水利出版社，2005.