水电站事故检修闸门的优化设计

1.概述
　　刘X山水电站位于XX省XX县XX乡境内，距县城6公里。水库坝址位于XX水系XX河支流XX河XX水上。XX水是XX河两大主要支流之一，坝址在刘X山村下游1.2公里的河谷出口段，坝址以上控制流域面积179平方公里，主河道长30.43公里，库区地势南高北低，东、南、西三面环山，流域内植被发育良好。
　　水电站为引水式电站，厂房位于大坝下游2公里的右岸河边，副厂房位于主厂房上游，装机2×4000千瓦。进水口布置在右岸离坝肩约80米处，进口底板高程212.4米，隧洞为圆形，洞径φ=3.6米，纵坡5‰，调压井布置在0+566处，采用简单圆筒式调压井，调压井后接高压管道。
　　本工程在发电引水隧洞进水口设置一扇事故检修闸门。孔口尺寸为3.6m×3.6m；在隧洞出口的压力钢管两岔管处各设一个1.75米直径的蝶阀。设一放空洞兼作冲砂用，管径为φ1米，进口设计一扇检修闸门，出口处设-φ1.0m的闸阀。厂房尾水两孔共用一扇尾水钢闸门。本文就发电引水隧洞进水口事故检修闸门的优化设计作一介绍。
　　 2.事故检修闸门的优化设计
　　2.1闸门主体结构优化
　　事故检修闸门为深孔式平面焊接钢闸门。闸门孔口尺寸为3.8m×3.8m，底坎高程212m，设计水头28m，总水压力3967KN，门重12.2t，采用单吊点。该闸门是目前抚州市已建中、小型工程中总水压力最大的平面钢闸门。设计中考虑该闸门为事故检修用，平时使用很少，经优化比较，决定把闸门面板布置在下游面，顶、侧止水也布置在下游面，这样避免顶梁和边梁腹板受压，减少了顶梁和边梁腹板的厚度。闸门门体宽4.6m，高3.97m，厚0.9m，止水净宽3.9m，止水净高3.85m，面板厚14mm，闸门整体制造。闸门结构布置为4根主梁，主梁腹板直接焊接于面板上，不设下翼缘，最大主梁高h＝0.872m，3根工字钢作为水平次梁。
　　设计中闸门主支承采用了高分子复合材料滑块，这样边梁可为单腹板梁，传统设计一般采用的铸钢轮式支承构造要求边梁为双腹板，两者相比较又减少了钢材的使用。同时，单腹板梁较双腹板梁在焊接施工时要好控制得多。
　　事故检修闸门有动水下门的要求，其底缘形式的设计很重要。本闸门在底缘的设计上考虑了诸多因素，利用面板和侧止水装置在下游面的优势，通过精确计算，在保证上游倾角不应小于45°，尽量采用60°的规范要求下，调整底缘板及底止水的位置，以便充分利用底梁腹板上下面的水压差，使闸门能够依靠自重和水柱压力快速关闭。避免了闸门需使用加重铁块或机械压力闭门带来的造价高。
　　事故检修闸门要求动水关闭，静水启门，在设计中考虑到为降低启门力，门顶设一个Φ300mm充水阀，充水阀门盖与启闭机相联，充水阀开启行程为300±2mm，充水平压后再开启闸门。设计闸门由一台QPK－800KN－30m固定卷扬式启闭机操作。
　　2.2闸门主支承的优化设计
　　在闸门主支承选型时，考虑到闸门孔口大，总水压力达到3967KN，闸门为事故检修门，平时使用很少，在需要使用时又要有很高的可靠度。传统的设计一般采用铸钢滚轮，经实践证明，滚轮制造难度大、造价高，需经常维护，使用年代长后易发生锈蚀后卡死。在本次设计中闸门下游侧设置四块高分子复合材料滑块，型号为增强四氟NL150CHI型滑块，按等荷载布置，并按构造要求适当调整滑块位置。该滑道材料摩擦系数小，在清水中对不锈钢为0.13-0.05，抗压强度高，达到120-180Mpa。
　　采用该滑块有免维护，造价低等特点。为防止闸门在闸槽中移动时被卡住或碰撞，以确保闸门能顺利启闭，上游面设置四个铸铁滑块，闸门两侧面各设两个Φ200mm侧轮。
　　2.3主轨设计
　　事故检修闸门主支承压力较大，主轨采用厚钢板焊接轨道。为提高轨道的侧向刚度，把主轨与门槽的护角焊接起来，并用连接板支撑。主轨高度h＝280mm，轨道底板宽度Bk＝240mm，轨道面焊一断面为40×30mm的不锈钢条。
　　为保证安装精度，在主轨腹板以及下翼缘面上各开设两个Φ22mm小孔，内套与混凝土插筋焊牢的焊接单头螺柱，通过调节螺母来精确控制轨道的安装位置，保证主轨安装精度符合工作技术要求。
　　3.结束语
　　事故检修闸门平时使用很少，出现问题不易发现，在设计时在满足强度等基本要求外，还要注意在主体结构布置的优化、零部件的选型上下功夫，做到初始投资少，日后运行可靠，日常维护简单。
　　本工程事故检修闸门设计中主支承选用新技术的高分子复合材料，简化了设计制造难度，提高了闸门的运行可靠度，减少了初始投资和日常维护的费用。闸门由门顶充水阀充水平压后，静水启门，可大大降低启门力。由于充水孔设在闸门本身的顶主梁上，平压装置不与水工布置发生关系，可以简化水工布置，减少工程费用。