苏阿皮蒂水电站工程启闭机械技术特点综述

黄河勘测规划设计研究院有限公司 河南 郑州 450003

1 工程概况

苏阿皮蒂水利枢纽位于几内亚孔库雷河中游,距离首都科纳克里市约135km,是孔库雷河梯级开发中的第二级电站。工程涉及的金属结构设备主要布置在泄洪底孔、电站和导流底孔,承担泄洪、导流和电站引水的水流控制任务。全部设备包括平面钢闸门17扇、拦污栅12扇、弧形闸门2扇、泄洪底孔钢衬2套、液压启闭机6台、固定卷扬式启闭机4台、坝顶门机1台、清污抓斗1台和尾水门机1台。

2 启闭机械布置设计

2.1 引水发电系统(地面厂房) 电站为坝后式电站,装有4台混流式水轮发电机组,发电洞进口依次设拦污栅、检修闸门和快速闸门,尾水设置检修闸门。

电站进水口布置1台1600k N/320k N双向门式启闭机。主起升机构启闭容量为1600k N,扬程61.0m,回转吊启闭容量为320k N,扬程75.0m。主起升机构主要用于操作电站进水口检修闸门和电站进水口拦污栅,也可用于快速门液压启闭机的检修。回转吊主要用于操作清污抓斗以及坝面零星物品的吊运。门机还配有2套液压自动挂脱梁。

电站进口快速门共4扇,采用一门一机布置,每台液压启闭机的启闭容量为2500k N/1000k N,行程6.8m,运用方式为动闭静启。机组发出事故信号时快速闭门,启门时采用小开度提门充水平压,收到平压信号后闸门提升至全开位置。启闭机为垂直固定式安装。

厂房尾水布置1台2x250k N单向门式启闭机,用于操作厂房尾水检修闸门。门机起升机构启闭容量为2x250k N,扬程30.0m。门机还配有1套液压自动挂脱梁。

2.2 导流系统 导流洞共4条,靠近厂房的2条为高位导流洞,靠近泄洪底孔的2条为低位导流洞。高位导流洞不设闸门,2台固定卷扬式启闭机用于启闭低位导流封堵闸门,扬程分别为25m和87m,其中1台扬程为25m的为临时设备,导流洞封堵后就不再使用。另一台扬程87m、启闭力为2×3200k N的固定卷扬式启闭机,在导流洞封堵后,会拆分为2台启闭力为3200k N的固定卷扬式启闭机,用于泄洪底孔事故检修门的启闭。

2.3 泄洪系统 泄洪任务主要由2条泄洪底孔承担,同时兼作水库排沙任务。泄洪底孔的进口设事故检修门,出口设弧形工作门,布置形式均为一门一机。事故检修闸门采用导流洞拆下来的3200k N固定卷扬式启闭机操作。弧形工作闸门采用液压启闭机操作,启闭容量为3200k N/1000k N,行程6.8m,运行方式为动水启闭,且有局部开启要求。启闭机形式为双作用摇摆式。

3 主要技术特点

3.1 永临结合固定卷扬式启闭机 目前,国内外小型水电工程导流隧洞闸门一般采用临时起吊设备操作,大中型水电工程导流洞闸门一般采用“一门一机”方案,即一台固定卷扬启闭机操作一扇封堵闸门[1]。传统设计中,导流洞封堵后,启闭机的使命也就完成,拆除后的启闭机只能长期被闲置或当废铁处理,造成资源的浪费。

本工程导流洞封堵门的单吊点启闭容量和泄洪底孔事故检修门的启闭容量相同,只是扬程不同,故可考虑两处闸门共用同一启闭机的方案,即先用一台双吊点启闭机将导流洞封堵,然后再拆分为2台单吊点启闭机用于泄洪底孔事故检修门的启闭。这需要将2孔2×3200kN导流洞封堵门启闭机的扬程分别按25m和87m设计,并将扬程高的启闭机用于导流洞的封堵,之后拆分为2台单吊点的启闭机,移至泄洪底孔事故检修门的启闭机机房内,作为泄洪底孔事故检修门的永久启闭设备。

不同闸门共用启闭机时需要注意两个问题,一是钢丝绳缠绕偏角要在两个扬程情况下都能满足规范要求,尽量让第一层钢丝绳缠绕能满足25m扬程,单层缠绕许用偏角大,宜满足要求,87m扬程多层缠绕;二是卷筒壁厚要能满足87m多层缠绕时的强度和稳定性要求。

3.2 坝顶门式启闭机设计布置 电站厂房共装有4台混流式水轮发电机组,每条发电洞进口依次设拦污栅、检修闸门和快速闸门(见图1),每条发电洞的进口前端设3道拦污栅,12套拦污栅在下游相互连通。4扇电站进口快速门利用4台液压启闭机启闭。而1扇检修闸门、12套拦污栅的启闭,以及拦污栅的清污和快速门液压启闭机的检修均需要门式启闭机来操作。由于需要起吊的设备种类较多,设计中对门式启闭机的设计布置进行了多方案比选。

方案一为并行双门机方案,即在坝顶平行布置两台小跨度的门式启闭机,一台用于起吊检修门和快速门液压启闭机的维护,另一台专用于起吊拦污栅和栅前清污。但由于受坝面空间限制,布置两台门机困难较大。

方案二为单门机双小车方案,即在坝面设置一台大跨度的带有两个起升小车的门式启闭机,其作业面可覆盖所有闸门起吊、拦污栅起吊和清污以及快速门液压启闭机的检修维护。其中,两个小车一主一副,主小车起吊检修门及检修液压启闭机,副小车起吊拦污栅。

方案三为单门机单小车方案。门机只设置一个小车,起吊检修门、拦污栅及液压启闭机检修和栅前清污等均由此小车完成。

方案一由于为双门机,造价较高,且受坝面空间限制,为避免门机相互干扰,必须缩窄前面一台门机的轨距,导致门机运行时侧向不稳定,存在一定安全风险。为消除这种风险,需在门机上增加配重和采取其他防倾覆措施,这将进一步加大设备生产成本和后期维护成本。方案二优点是主、副小车各司其职,运行效率高,缺点是造价高,且需要设置防止主、副小车碰撞的安全装置。方案三优点是结构简单,造价相对较低,后期运行、维护和管理都较简便,缺点是当起吊检修门或检修油缸时,不能进行清污作业。考虑到检修门使用频率和液压启闭机的检修频率都比较低,通过合理安排,不会影响整个工程的正常运行。因此推荐采用方案三。

选择一台门式启闭机且设置一个小车,需要注意以下问题:1.小车起升机构扬程需能满足所有起吊设备的最高扬程;2.小车起升机构的启闭荷载需能满足所有起吊设备的最大荷载;3.由于起吊拦污栅,小车运行至门架悬臂端,故需考虑最不利条件下门机的抗倾覆稳定性问题[2];4.起吊不同的闸门需配置好相应的液压自动抓梁[3]。

图1 电站进口金属结构设备布置图

由于此门机还兼有清污功能,故需设置回转吊,配置清污抓斗,常规门机在靠近拦污栅一侧的两条门腿选一条安装回转吊。本电站进口拦污栅共十二扇,栅前均需清污,运行频率高,且由于轨道长度的限制,若只安装一个回转吊,总会发生门机运行至某一端轨道尽头时,在门机一侧门腿设置的回转吊不能清理最端头的拦污栅,故在门机上游两腿外侧各设一套回转吊,从而能够清理轨道两端尽头的栅前污物,设置双回转吊后,运行效率也相应提升。

3.3 电站进口快速门液压启闭机布置 电站进口快速门通过液压启闭机启闭,对于快速门要求出现事故时,能够快速下门,这就要求液压油能够及时补给。常规的快速门液压启闭机,油箱与液压启闭机机座布置在同一平台,然后在油缸上部端头布置补油箱,从而能够满足快速闭门时的补油。

本工程对此种布置方式进行了改进。液压启闭机机架和控制阀组布置在171m高程平台,泵站及油箱布置在210.5m高程平台(见图1),由于泵站高于启闭机39.5m,具有很大的势能,所以启闭机不再设置补油箱,同时控制阀组和启闭机在一个高程,可以实现快速补油。而且由于坝面高程为215.5m,启闭机高程为171m,按照常规布置,操作启闭机需要从坝面下到171m高程,高度达44.5m,为此需要设置楼梯和电梯等,造价高,操作时间较长。改进后的布置,人员只需从坝面到210.5m高程,共5m,人员操作非常方便,且把油箱和泵组放在上部平台,利于防潮。

3.4 启闭设备的检修 国内早期建设的一些工程中,由于受当时经济条件的限制,对启闭设备的后期维护不够重视,一些启闭机机房往往不考虑设置永久检修设备。近年来,在一些涉外工程中,外国咨询工程师对此问题较为重视,都要求为启闭设备考虑设置永久检修设备。

本工程,在设计之初,就充分考虑启闭设备的检修。对于前节介绍的双向门式启闭机,在跨度内就考虑了液压启闭机的检修,门机机房内设有电动单梁桥式起重机,便于机房内设备的检修。对于泄洪底孔,给起吊事故门的3200k N固卷搭建了启闭机房,并在启闭机上方设置了移动式电动葫芦用于检修固卷的部件;对于起吊底孔工作弧门的3200/1000k N液压启闭机,在其上方布置了检修桥机,便于液压启闭机的检修。尾水单向门机机房内同样设置了电动单梁桥式起重机。对于启闭机设备在设计之初充分考虑检修设备,便于设备的后期检修与维护,大大提高了后期工程移交业主后的管理效率,对以后的国内外工程有借鉴价值。

4 结语

苏阿皮蒂水电站工程启闭机械种类齐全,囊括了双向门式启闭机、单向门式启闭机、固定卷扬式启闭机、液压启闭机和清污机以及液压挂脱梁。在设计时,充分考虑水工建筑物及闸门的布置特点,合理并创新的布置这些启闭设备,并充分考虑后期的检修维护,从而提高了设备运行性能和安全度,同时也节约了启闭机设备造价,为整个工程的安全运行奠定了坚实的基础。