水电站泄水系统水工机械布置与设计 本文关键词：泄水，水工，水电站，布置，机械
水电站泄水系统水工机械布置与设计 本文简介：［摘要］文章总结了伊朗羌姆溪水电站工程泄水系统各建筑物中，水工机械设备的布置型式与设计特点。泄水系统中水工机械具有种类繁多、使用环境恶劣、技术难度大、设计条件苛刻等特点。［关键词］三支臂弧门;高压闸门;偏心铰弧门;自动排补气系统1概述羌姆溪水电站工程位于伊朗伊斯兰共和国科吉卢耶－博韦艾哈迈德省加齐萨
水电站泄水系统水工机械布置与设计 本文内容：
［摘要］文章总结了伊朗羌姆溪水电站工程泄水系统各建筑物中，水工机械设备的布置型式与设计特点。泄水系统中水工机械具有种类繁多、使用环境恶劣、技术难度大、设计条件苛刻等特点。
［关键词］三支臂弧门;高压闸门;偏心铰弧门;自动排补气系统
1概述
羌姆溪水电站工程位于伊朗伊斯兰共和国科吉卢耶－博韦艾哈迈德省加齐萨兰市西南约30km的Zohre河中下游。工程主要任务是生态蓄水、防洪及发电，同时还具备改善水生态环境及农业灌溉的功能。工程主要由水库及电站两部分组成，规模为大型I等水利枢纽，总设计库容约24亿m3。工程特征水位参数，见表1。本工程的泄水系统中水工机械设备主要由以下两部分组成，分别为:①表孔溢洪道中的各类型闸门及启闭机械;②底孔泄洪洞中的各类型闸门及启闭机械。
2泄水系统水工机械总体布置
2．1表孔溢洪道水工机械布置
根据伊方业主及咨询工程师批准的工程设计规划方案，表孔溢洪道布置有3孔，总泄水量为3200m3/s，适用WES型堰结构。为保证电站正常运行及安全泄洪，沿着顺水流方向依次布置一道检修闸门，一道工作闸门以及相应的启闭设备。3孔表孔溢洪道各安装1扇控制流量的工作闸门、一共3扇;该控制闸门的型式选用表孔弧形钢闸门，操作机械采用一套包含有两只油缸、一套油泵站的液压启闭设备。工作门槽的上游配置有1扇检修闸门，供3孔工作闸门及相关设备检修时使用;该门型式选用表孔叠梁钢闸门，操作机械为双向移动门式启闭机。2．1．1工作闸门及启闭机设计工作闸门按照16．26m水头进行结构设计，门叶的高度是由闸门挡正常蓄水位并考虑600mm的超高确定的。经过对平面闸门及弧形闸门的门槽水力学特性比较，以及对这两种门型方案进行经济成本的分析;综合考虑，适合采用弧门作为溢洪道的流量控制闸门。考虑到门体的高度达到16．86m，比较高，为了改善门叶结构的受力条件，主框架型式采用三主横梁、三支臂结构，支铰装置采用带有自调心、自润滑功能轴承的圆柱铰型式。启闭设备容量计算时是以闸门在动水条件下进行操作的工况为依据来确定的。闸门完全开启泄洪时，可以利用锁定油缸进行支撑，以提高设备运行的安全性。在进行溢洪道弧门的施工图设计时有以下三方面的问题，应引起重视;一是按照欧美国家闸门设计规范，需要考虑闸门在一个吊点失效的条件下，单油缸持住甚至单油缸启闭的问题;二是关于“三主横梁三支臂”结构主框架的荷载分配及计算问题;三是关于伊朗方业主及咨工程师主合同中的对闸门各部位材料选用的问题，由于欧美的设计习惯及材料的选用习惯与国内存在差异，这个问题显得尤其重要。工作闸门操作设备是一套带有双油缸的液压启闭机，该机油缸配备1座油泵站，同时满足工作油缸及锁定油缸的用油需求;油泵站放置于闸墩顶部的泵房内，配备有两套油泵－电机组，工作方式为一工一备。2．1．2检修闸门及启闭机设计检修闸门是按照15．0m的水头进行结构计算，门体的高度是根据挡正常蓄水位并考虑600mm的超高来确定的。该门型选用表孔叠梁钢闸门;整扇闸门由6套具有互换性的叠梁单元组成，每套均为2．6m高。操作叠梁闸门的设备为一台携带有抓梁的坝顶双向门机;同时，该门机可以满足操作叠梁门至门库储存的要求。平时，检修闸门分6个单元，分别存放在门槽顶部及下游侧的储门库中。
2．2底孔泄洪洞水工机械布置
根据工程规划方案，底孔布置1条泄水流道。为满足泄洪需要及安全方面的考虑，整条流道布置3道闸门，依次为进口检修闸门、出口事故闸门、工作闸门及配套的启闭设备。出口闸门室布置，见图1。图1底孔泄洪洞水工机械布置2．2．1检修闸门及启闭机设计底孔泄水流道进口检修闸门采用倾角为73°的倾斜式布置方案，闸门型式采用潜孔平面定轮钢闸门。为了方便门叶结构的加工、运输及安装，该闸门分为4节，工地现场通过高强度螺栓群连接为整体使用。该闸门主要设计难点及重点有3个方面需要引起重视，一是带有双列调心滚子轴承的简支轮结构的设计，该主轮设计为偏心结构的目的，是为了便于现场调整轮子踏面位于同一平面内。二是在极端泄洪的条件下，门槽的体型设计，经计算检修门槽处的最大水流速度为10．4m/s，宽深比为1．7，其满足相关规范的要求;三是闸门与启闭机吊头连接的滑轮组装置的配重箱体的设计，该箱体的作用是在闸门完全闭门后，能够在斜面上产生下压力将钢丝绳拉直，并且具有足够的斜向分力能够将门顶充水阀的阀芯紧紧的压合在阀座上，从而保证该门体的阀座部位不出现漏水现象。操作该检修门的设备是1台配置在614．80m平台上的卷扬式启闭机。考虑到该启闭机的工作扬程较大，钢丝绳受重力作用的影响会与斜井内的混凝土面接触，容易磨损，为了解决该问题，在斜井内每间隔30m的距离布置1只钢丝绳托辊装置，从而起到对该钢丝绳的支撑作用。2．2．2事故闸门及启闭机设计事故门采取高压平板闸门的结构型式，布置在流道出口的闸门室内。闸门型采用潜孔平面定轮钢闸门，为了便于门叶结构的加工、运输及安装，该闸门分为2节，现场通过高强度螺栓群连接为整体。该闸门设计时有5个方面的问题应该被重点的关注，①闸门底缘体型的设计;②闸门腰箱结构的设计;③闸门门槽体型结构的设计;④闸门的通气系统的设计;⑤闸门水封装置的设计。需要特别强调的是关于高速水流的问题;经过计算，闸门门槽附近的最大水流速度达到36．6m/s;此时，门槽附近极易发生空蚀，为了确保工程运行安全，需采取钢衬进行防护及向下游水体进行补气相结合的措施。根据水力学模型试验，补气流量大约为64m3/s，因此，专门设计一套自动补气系统用于水体掺气是非常有必要的。此外，该闸门门槽设计为II型，其体型参数是根据水力学模型试验确定。在491．0m高程的腰箱顶盖板上安装有1台启闭机，用于该闸门的操作。该操作设备配套有1只油缸及1座油泵站，动力单元采用两套油泵－电机组，工作方式为一工一备，紧急状态下可以相互切换，采用现地/远程的控制方式。2．2．3工作闸门及启闭机设计由于底孔泄洪洞水流速度极高，根据国内外类似工程试验研究及运行经验分析，平面闸门的门槽水力学条件已经不能满足运行要求，通常采用弧形闸门比较合适，参照类似已建工程经验，确定该工作闸门采用偏心铰弧形钢闸门。闸门主框架采用主横梁直支臂结构，为便于制造、运输及安装，门叶结构分为上、下两个单元，通过高强度螺栓群在工地现场连接为整体。门叶主梁及支臂均采用焊接箱型截面梁结构，面板选用不锈钢材质，其外缘半径为Ｒ=8．0m，要求面板在焊接完成后进行机械加工，其外弧半径允许公差必须保证在±1．0mm以内。工作闸门的水封装置设计时分为2种，一种是主水封装置，其安装在框型门槽四周的埋件上。当工作闸门在主机油缸作用下关闭后，副机油缸应该立即操作偏心铰机构将门叶整体沿近似径向轨迹移动，从而使得门叶的弧形面板逐渐的压紧在主水封装置上，待达到设计的压缩值时，主、副机油缸关闭，保压。另一种为辅助水封装置，其被安装在门叶弧形面板上，主要目的是在门叶与主水封装置脱离期间，其能够防止门叶两侧及顶部的空隙处产生高速的狭缝射流，以减轻门体的振动，确保安全。闸门支铰装置采用偏心结构设计，为了降低启闭机的容量，支铰内转动部位均采用双列调心滚子轴承。左、右支铰的两根偏心轴是通过花键联轴器与拐臂联接，拐臂再通过拉杆与副机油缸吊头相连。工作闸门的门槽体型设计是根据水力学模型试验确定的，采用突扩－突跌型式，为整体框型结构。为满足高速水流对补气的要求，在门槽底坎两侧设有1200mm×1200mm的通气管，泄洪时可以向底、侧空腔进行掺气。操作该闸门的机械为液压启闭机，其驱动油缸分为主油缸及副油缸两部分;主机油缸主要驱动弧门门叶绕支铰座固定点做有限的旋转运动，从而控制门叶的开启与关闭;副机油缸主要驱动偏心铰机构，使门叶相对主水封装置压紧或者后撤。两只油缸共用一座油泵站(此外，还配备一套蓄能器)，其安装在491．0m高程的闸门室内。
3结束语
本工程所有水工机械相关的施工图图纸、设计计算报告等文件均已经获得伊朗方咨询工程师的完全批准，可以为今后类似项目的设计提供经验支持。
参考文献
［1］机电与金属结构设计［M］．王庆明黄河水利出版社
［2］水电站机电设计手册［M］．水利电力出版社
［3］李纪新、金树训．小浪底工程排沙洞偏心铰弧门设计中几个问题的研究［J］．人民黄河，1998
［4］史银博．伊朗CHAMSHIＲ水电站底孔泄洪洞事故闸门设计．内蒙古水利，2015
作者：史银博 单位：上海勘测设计研究院有限公司
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