底孔弧门和门槽的设计优化

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：龙滩水电站底孔弧门孔口尺寸5m×8m（宽×高），门槽底坎高程290.0m，设计最大挡水水头110.0m，最大动水操作水头90.0m，根据水工模型试验泄流水面曲线和《水利水电工程钢闸门设计规范》的有关规定，支铰中心高程确定为302.00m，面板曲率半径16m，支铰间距2.88m，设计总水压力约55747kN。底孔弧门的门体结构是由主纵梁、主横梁、小纵梁、小横梁、边梁等同层布置的梁系和面板组成的焊接结构。

龙滩水电站底孔弧门孔口尺寸5m×8m（宽×高），门槽底坎高程290.0m，设计最大挡水水头110.0m，最大动水操作水头90.0m，根据水工模型试验泄流水面曲线和《水利水电工程钢闸门设计规范》的有关规定，支铰中心高程确定为302.00m，面板曲率半径16m，支铰间距2.88m，设计总水压力约55747kN。考虑到底孔弧门运行水头高，流速大，液压启闭机操作对弧门的振动可起到阻尼作用，以弧门关闭尽量采用加重而非加大闭门力的方式闭门为原则，经计算，弧门采用了单吊点容量4000kN/500kN摇摆式液压启闭机操作，油缸吊头直接与弧门顶部吊耳相连。弧门开启考虑两种工况：一种为正常开启工况，弧门开启后使其底缘刚过孔口顶部，门楣防射水封保持顶在弧门面板上；一种为检修开启工况，弧门开启后使其底缘超过检修平台301.0m高程0.5m，以便于检修更换水封橡皮，弧门门体每侧设置3套侧轮装置，共6套，两种工况均保证每侧有2套侧轮处于工作状态。液压启闭机设计工作行程9270mm，最大行程12330mm，来满足两种工况的闸门开启要求；液压启闭机房及油缸机架设在高程318.00m，油缸中部支铰高程为320.00m，机房内布置有液压泵站、操作控制电气盘柜等。

底孔弧门的门体结构是由主纵梁、主横梁、小纵梁、小横梁、边梁等同层布置的梁系和面板组成的焊接结构。为保证门叶的整体刚度，门体结构根据孔口尺寸为窄高型而采用主纵梁为主、主横梁为辅的“井”字形布置，主纵梁和主横梁为箱形梁；4根T形小纵梁分别布置在2根主纵梁两侧，4根“工”字形小横梁分别布置在顶、底部及2根主横梁之间；为满足运输要求、减少现场安装工作量和难度、确保安装质量，门体结构从中间纵向分为左右两块，每块在分块处设置一块大的纵隔板，其连接面进行机加工，在现场节间用高强螺栓和铰制孔螺栓连接，弧面拼缝处用小V形坡口焊并磨平，避免了现场焊接引起的变形。

由于门楣防射水封在弧门启闭过程中止水始终接触弧门面板，以往工程常导致防射水封磨损较快和面板防腐层破坏，弧门面板设计采用了在其整体加工后表面贴焊4mm不锈钢板的新方案，经委托武汉大学对这种新的面板结构型式进行了三维有限元分析，得出与纯钢板方案比较，焊接不锈钢板后（不锈钢板与面板不黏接），面板的应力与位移约下降1%，不锈钢板的应力很小，可以认为焊接不锈钢板对面板的应力与位移基本上没有影响，不锈钢板只起传递水压力的作用。

弧门支臂采用两直支臂结构，支臂支杆为箱形断面、36mm厚钢板焊接而成；上、下、左、右支臂杆间由“工”字形截面连系杆用高强螺栓连为整体；考虑运输限制，支臂在上支杆裤衩处分段，在现场用高强螺栓连接；支臂前后端板与门体、支铰连接面均进行机加工，其与门体、支铰连接均用螺栓连接。

弧门支铰采用球面自润滑轴承，具有自动调心功能，能避免由于制造、安装误差以及温度变形等原因引起弧门结构产生的附加应力，降低了弧门支铰的安装精度。支铰固定铰和活动铰均采用ZG310－570铸钢，支铰轴为35CrMo，轴承为INNA生产的GE750DW－2RS球面自润滑轴承，为防雨水和水雾，为支铰轴承设置了可靠的密封。

由于底孔最大流速高达约40m/s，底孔流道从事故闸门门槽至弧门门槽范围内设置了钢板衬砌，以保护孔道免遭冲刷和空蚀破坏；同样底孔弧门门槽底坎、侧轨、门楣下部过水面、与水工专业钢板衬砌相应部位的连接封板的外露表面板均采用了抗冲耐磨性较高的24mm厚不锈钢复合钢板；为保证门槽安装精度，所有埋件的固定就位均采用了可调螺杆来实现。

底孔弧门和门槽的设计优化

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