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优化6号导流底孔闸门及启闭机的运作效率

【摘要】:图26号导流底孔出口总体布置图 图36号导流底孔进口总体布置 4.2.2进口事故挡水闸门及启闭机事故挡水闸门按下闸水头动水闭门和最高水头挡水设计,其布置形式与1号~5号导流底孔封堵闸门相同优化后设置在进口端部,闸门孔口尺寸为10.0m×21.4m(宽×高),底板高程260.0m。

6 号导流底孔的孔口宽度为10.0m,底板高程260.0m。在1号~5号导流底孔下闸封堵后,6号导流底孔继续向下游控制流量供水,在水库水位达到329.570m时,下闸封堵6号导流底孔,此时闸门动水操作水头达到69.57m。

图1 1号~5号导流底孔进口总体布置
(单位:高程m;尺寸mm)

由于孔口尺寸大、操作水头高,总水压力上万吨。为了降低6号导流底孔的下闸难度,保证导流封堵的可靠性,经研究考虑采用两道闸门联合完成封堵及挡水任务的方案:在6号导流底孔进口和出口部位各设置一道闸门,出口闸门按工作闸门工况设计,承担封堵水头下的动水闭门工作;进口闸门按事故挡水闸门工况设计,承担最大挡水水头。

封堵时,先操作出口工作闸门动水闭门,完成后紧接着操作进口事故挡水闸门下闸封堵孔口,接替出口工作闸门挡水。当出口工作闸门一次下闸成功,进口事故挡水闸门即静水下闸;如遇意外情况工作闸门没有顺利封闭孔口,进口事故挡水闸门则按事故工况动水下闸。

4.2.1 出口工作闸门及启闭机

由于弧形闸门无门槽,水流条件好,工作闸门一般优先考虑弧形闸门。但导流底孔高程非常低,下游水位非常高,弧门支铰和支臂经常淹没于下游水位,高速水流的冲击将对弧门支铰和支臂产生较大的危害。若为了避免高速水流影响,弧门支铰需设置在距离底板32m的高程上,面板半径超过35m,总水压力接近1.4万t,对支铰支承梁和闸墩的设计、施工、安装均有较高的要求。为保证支臂结构的强度和稳定性,其结构庞大,闸门的制造和安装有相当的难度。从安装工期方面看弧门及启闭机和埋件在导流前要求全部安装完毕,这也将受到施工工期的限制,因此出口工作闸门不宜采用弧门。而平面闸门方案,门体不受下游水位的影响,安装平面闸门工期比较灵活,尽管存在门槽水流条件不好,但可以采取一些措施,如优化门槽体型、加强门槽强度等。因此出口工作闸门采用平面闸门。

工作闸门设置在出口段洞顶压坡前,使门槽处为有压流,以改善门槽处水流流态,闸门孔口尺寸为10.0m×14.0m(宽×高),底板高程260.0m,动水操作水头为69.57m。

平面闸门支承可考虑滑动支承、定轮支承和链轮支承三种形式:

(1)滑道支承。选用目前较理想的材料,其最大摩擦系数也接近0.1,由于闸门无法利用水柱压力,闸门至少需加配重约1100t才能下门,致使闸门动水启闭容量高达2×15000kN。

(2)定轮支承。又分滑动轴承定轮和滚动轴承定轮,两者都受到闸门底缘结构要求的限制,其底缘的定轮受力在不考虑不均匀系数的情况下已接近4000kN;但滑动轴承定轮闸门自重不能下门,需加配重约300t,闸门动水启闭容量约2×8000kN;而滚动轴承定轮闸门利用自重即可下门,闸门动水启闭容量约2×4000kN。

(3)链轮支承。由于采用链轮装置,布置均匀,轮压减小,启闭机容量减小,闸门利用自重就可下门。但链轮闸门结构非常复杂,制造安装难度非常大,最近的工程实例表明链轮闸门的可靠性还有待进一步提高。

以上综合分析表明滚动轴承定轮支承比较理想,只是轮压偏大,但通过闸门底缘结构型式优化以及采用定轮轴调心装置等措施可改善定轮的不均匀受力。

闸门为上游面板,上游止水。为防止下门时闸门面板与门槽门楣埋件间隙射水,在面板上游侧按一定间距设置数道防射顶水封,保证下门全行程至少有一道顶水封与门楣止水板接触。

关于闸门的门槽体型,经门槽水力学模型试验结果表明:①门槽处于顶压坡上游使得平均流速降低,时均动水压力增大,抗空化性能提高和噪声谱降低;②门槽采用II型门槽,敞泄时对门槽下游流态影响小,但闸门局部开启且淹没出流,门槽段有漩涡发生,顶板压坡在淹没漩滚区内,顶部水中残存不稳定的气囊,流态较差;③在给定的水位工况下,噪声谱较小,除n=0.4~0.6等少数开度外,基本上听不到水流空化噪声和未见有空化云的出现。

通过试验结果得出门槽布置在顶压坡上游是合理的,在此基础上将门槽下游拱顶锐缘修圆,同时考虑局部开启泄流时门槽段空化噪声加大,因此在门槽下游方向延伸一定范围的钢衬。

闸门启闭采用固定卷扬式启闭机,布置在闸门孔口上部混凝土排架上,排架顶部平台高程为321.000m。启闭机容量按下闸水头下可动水启门设计为2×4000kN,启闭扬程为45.0m。其总体布置见图2。

图2 6号导流底孔出口总体布置图
(单位:高程m;尺寸mm)

图3 6号导流底孔进口总体布置
(单位:高程m;尺寸mm)

4.2.2 进口事故挡水闸门及启闭机

事故挡水闸门按下闸水头动水闭门和最高水头挡水设计,其布置形式与1号~5号导流底孔封堵闸门相同优化后设置在进口端部,闸门孔口尺寸为10.0m×21.4m(宽×高),底板高程260.0m。考虑出口工作门下闸后4h内的上游水位上升,其动水闭门水头为72.93m,最高挡水水位357.000m,最高挡水水头97.00m。

闸门门型采用平面滑动闸门,上游面板、上游底止水、下游顶侧止水,利用水柱下门。

为防止导流期间水流对门槽的影响,采用1号~5号导流底孔封堵闸门门槽体型,门槽形式为Ⅱ型门槽,采用整体门槽埋件。

由于闸门下闸封堵时上游水位要到332.93m,所以门槽顶闸门安装平台高程设于333.50m。

闸门启闭采用固定卷扬式启闭机,布置在闸门孔口上部混凝土排架上,排架顶部平台高程为364.00m。启闭机容量按下闸水头闭门最大持住力设计为2×6500kN,启闭扬程为76.0m。其总体布置见图3。