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底孔弧形闸门的止水选型分析:龙滩水电站的实践经验

【摘要】:高水头弧形闸门止水型式与门槽体型密切相关,常规止水采用非突扩门槽,充压式止水和偏心铰弧门要求突扩门槽。龙滩底孔前期过流时水头较低,工程完建后主要作为水库放空,参与泄洪的机会非常少,而且前面设置事故闸门长期挡水,弧形工作闸门长期处于非工作状态。通过比较分析,龙滩底孔弧形闸门选定了非突扩门槽止水。

在底孔出口设置弧形工作闸门,孔口宽度5.0m,孔口高度8.0m,前期正常设计水位375.0m,闸门静水挡水水头85.0m,闸门动水操作水头65.0m,后期正常设计水位400.0m,闸门静水挡水水头110.0m,闸门动水操作水头90.0m,闸门孔口为窄高型,结构型式采用主纵梁、直支臂,支铰为圆柱铰,支铰轴承采用自润滑球面滑动轴承

高水头弧形闸门止水型式与门槽体型密切相关,常规止水采用非突扩门槽,充压式止水和偏心铰弧门要求突扩门槽。非突扩门槽及止水结构简单,造价低廉,在各种水位条件下,水流平顺,工程实际中最大静水挡水水头接近90m,操作水头接近80m。突扩门槽及止水可以适应更高水头,但结构复杂,造价高。龙滩底孔前期过流时水头较低,工程完建后主要作为水库放空,参与泄洪的机会非常少,而且前面设置事故闸门长期挡水,弧形工作闸门长期处于非工作状态。通过比较分析,龙滩底孔弧形闸门选定了非突扩门槽止水。

为了使非突扩门槽及止水能够适用更高的水头,工程人员委托武汉大学进行了止水装置非线性仿真计算、止水材料物理力学性能试验和水封整体效果试验研究。首先对初拟的止水设计方案进行非线性仿真计算,测试不同止水材料的实际物理力学指标,找出适合龙滩底孔弧门使用条件的止水形式,然后在理论计算的基础上对较优水封断面进行水封整体效果试验,通过综合比较最后选定底孔弧门止水装置的结构型式与止水材质。

底孔弧形闸门顶止水为压盖式止水,止水橡胶为P型橡皮,侧止水为方头P型橡皮,底止水为条型止水橡皮,材质均为LD-19。防射止水为转铰水封,由于防射水封与侧止水接触处为薄弱环节,射水与漏水多发生于此处,防射止水设置两道,起到减压的作用,以削弱水头能量。一道防射止水元件为工程塑料类材料的硬止水MGE,硬度较高、摩擦系数低;另一道软止水为橡胶LD-19,硬度较小,弹性较好,适应闸门局部变形能力较强。防射止水采用一道硬止水和一道软止水相结合的方案,可以充分发挥两种材质的优越性,取得良好的防射止水效果。

不管是采用何种类型的防射水封,在闸门的启闭过程中,防射止水始终接触着闸门面板,面板必须采取有效的减摩措施,否则将导致防射止水磨损非常快或者导致面板防腐层的破坏。综合比较多种减摩措施的优缺点并考虑其可靠性及耐久性,在闸门面板上复合不锈钢板是一种较好的选择,既解决了面板的防腐问题,又减小了对防射止水元件的磨损。由于面板表层覆盖不锈钢板,下部面板抵抗气蚀与磨损的能力得到提高,对于闸门长时间局部开启有利。

通过对复合钢板方案和贴焊不锈钢板方案的优缺点比较分析,采用了贴焊不锈钢板的方案,门叶面板整体加工后,再在表面上贴焊厚度为4mm不锈钢板,材质为1Cr18Ni9Ti,四周焊缝为连续密封焊缝,中间布置适当多的塞焊点,焊缝表面打磨光滑平整,必须密闭不得透水。由于门叶面板厚达34mm,且深孔弧门门叶整体刚度非常大,焊接不锈钢板的焊缝尺寸小,焊接变形能量有限,焊接不锈钢板后检测表明门叶几乎没有发生焊接变形,不锈钢外表面不再加工,夹江水工机械厂为此进行了专门的焊接工艺试验,制定了详细的工艺措施,精心制造,严格控制质量,达到了预期设想。

闸门面板贴焊不锈钢板可能存在电化学腐蚀现象,危害程度有多大还有待时间的检验。