新疆喀群三級水電站工程金屬結構設計

李澤同

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

喀群三級水電站位于莎車縣孜熱甫夏提鄉(xiāng)境內，電站由西岸輸水總干渠引水，尾水投入勿甫渠首引洪渠并匯入勿甫總分水閘前。引水系統布置在西岸總干渠的右岸，是一座布置在灌溉渠道上的引水式電站。工程主要由節(jié)制引水閘、引水渠道、壓力前池、壓力管道、電站廠房及尾水渠等主要建筑物組成。發(fā)電引用流量80.0m3/s，裝機容量20.0MW，保證出力7.2MW，多年平均發(fā)電量1.1851億kW·h，裝機利用小時數5920小時。喀群三級水電站工程等別為Ⅳ等工程，工程規(guī)模為小（1）型。

根據喀群三級水電站工程水工建筑物的布置，金屬結構設備設置在節(jié)制引水閘和水電站各水工建筑物上，共有各類孔口28個，設有平板閘門15扇，回轉撈冰清污機3臺，舌瓣閘門1扇，閥門4個。固定卷揚式啟閉機10臺，固定卷揚式弧形閘門啟閉機1臺，臺車式啟閉機2臺，電動葫蘆1臺，單向門機1臺。各類閘門、攔污柵共重159t，埋件共重119t，各類啟閉設備共重約133t，整個工程金屬結構耗鋼量約為411t。防腐總面積約為4800m2。

2 節(jié)制引水閘金屬結構

節(jié)制引水閘距電站前池3.4km，設有三孔節(jié)制閘、三孔引水閘，每孔各設一道檢修閘門和一道工作閘門。節(jié)制閘底板高程為1359.40m，引水閘底板高程為1359.631m。

節(jié)制閘檢修閘門：共三孔，孔口尺寸均為5m×2.6m（寬×門高，下同），設計水頭2.3m。三孔共用一扇平板檢修閘門。檢修閘門與工作閘門結構相同。閘門靜水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門，三孔共用一臺容量為2×50kN-8m的臺車式啟閉機操作。

節(jié)制閘工作閘門：孔口尺寸5m×2.6m，設計水頭2.3m，共三孔，每孔各設一扇工作閘門。閘門采用上游面板，上游封水懸臂輪支承的露頂式平板鋼閘門。閘門門葉結構材料采用Q235D，埋件結構材料采用Q235B。主輪直徑為Φ500mm，主輪材質為ZG270-500，采用自潤滑滑動軸承，軸材料采用45#鋼，設側向支承，雙吊點，吊點距為4.59m。閘門動水啟閉，采用容量為2×50kN－8m的固定卷揚式啟閉機操作。

引水閘檢修閘門：共三孔，孔口尺寸均為6m×2.3m，設計水頭2m。三孔共用一扇平板檢修閘門。檢修閘門與工作閘門結構相同。閘門靜水閉門，小開度充水平壓后靜水啟門，三孔共用一臺容量為2×50kN-8m的臺車式啟閉機操作。

引水閘工作閘門：孔口尺寸6m×2.3m，設計水頭2m，共三孔，每孔各設一扇工作閘門。閘門采用上游面板，上游封水懸臂輪支承的露頂式平板鋼閘門。主輪直徑為Φ500mm，主輪材質為ZG270-500，采用自潤滑滑動軸承，軸材料采用45#鋼，設側向支承，雙吊點，吊點距為5.59m。閘門門葉結構材料采用Q235D，埋件結構材料采用Q235B。閘門動水啟閉，采用容量為2×50kN－8m的固定卷揚式啟閉機操作。

3 水電站金屬結構概述

水電站金屬結構設備分別設置在排冰退水閘閘室、壓力前池進水口、沖沙洞進口及電站尾水出口處。

電站引水渠冬季采用輸冰運行方式，前池采用水力排冰和機械排冰相結合的排冰工程技術，在前池進水口側面沿渠道來水方向布置排冰退水閘，排冰退水閘共1孔，設一道檢修閘門和一道舌瓣工作閘門。排冰閘底板高程1356.00m。沖沙涵管位于排冰退水閘下方，共二條，進口底板高程1350.50m，各設一臺直徑為Φ800mm蝶閥作為檢修閥和一臺直徑為Φ800mm的刀閥作為工作閥。

電站安裝三臺機組，壓力鋼管采用單機單管布置型式。前池進水口按水流方向依次設有檢修閘門→回轉式撈冰清污機→快速閘門，機組出口尾水管末端布置尾水閘門。一臺機一個尾水管出口，在每一個尾水出口處設一道檢修門槽，共設二扇檢修閘門。

回轉式撈冰清污機為攔污清污一體機，通過回轉帶齒耙的柵塊將污物或浮冰撈到排冰道上，利用水泵泵水將污物或冰塊排至退水渠，保證機組的順利運行。

4 排冰退水閘閘門及啟閉機

檢修閘門：孔口尺寸8m×5m，設計水頭4.7m，共1孔，設一扇平板檢修閘門。閘門采用上游面板，上游封水鋼基銅塑滑道支承的露頂式平板鋼閘門。門體設有直徑為Φ200的導向側輪，雙吊點，吊點距為6.6m。閘門門葉結構材料采用Q235B，埋件結構材料采用Q235B。閘門靠自重靜水閉門，門頂設兩個直徑為Φ200mm的充水閥，充水閥與啟閉機聯動，行程為250mm。啟門前由充水閥充水平壓，待上下游水位差小于1m后，靜水啟門。閘門采用容量為2×160kN－8m的固定卷揚式啟閉機操作。

工作閘門：孔口尺寸8m×4.7m，設計水頭4.7m，共1孔，設1扇舌瓣工作閘門。閘門采用上游面板，上游封水，閘門門葉結構材料采用Q235D，埋件結構材料采用Q235B，鉸座材料選用ZG270-500，鉸軸直徑Φ120mm，材料為45#鋼，選用自潤滑圓柱軸承。側水封采用方頭P型橡皮，底水封采用固定在底坎上的10mm厚條形橡皮，設導向側輪，雙吊點，吊點距為6.5m。閘門動水啟閉，任意開度運行，該閘門采用容量為2×320kN-8m的固定卷揚式弧門啟閉機操作。為防止鋼絲繩長期浸泡在水中，閘門配有拉桿。

排冰退水閘舌瓣工作閘門冬季有操作要求，為防止閘門與側導板凍結，設有側向電加熱箱。

5 壓力前池閘門及啟閉機

進口檢修閘門：共三孔，孔口尺寸為4.5m×9m，設計水頭8.7m，三孔共用一扇露頂式鑄鐵滑塊支承的平板疊梁鋼閘門，上游面板，上游封水，閘門共分三節(jié)，每節(jié)疊梁均設4個直徑為Φ200的導向側輪。閘門門葉結構材料采用Q235B。閘門利用自重靜水閉門。起門時先提起第一節(jié)疊梁，待上下游水位基本相等后，再逐節(jié)起吊。啟閉設備容量以動水開啟最上節(jié)疊梁的啟門力來確定。閘門啟閉共用一臺2×100kN-12m的電動葫蘆借助于自動抓梁操作。在前池一側設有門庫，平時疊梁存放在門庫內。

回轉式撈冰清污機：共三孔，孔口尺寸為4.5m×9.8m，每孔各設一道固定回轉式撈冰清污機，該機械由支承框架、回轉柵葉、板式滾子鏈、動力傳動裝置等組成。回轉式撈冰清污機由設在閘墩上的電動機驅動，經過傳動機構，帶動固定在傳動軸上的鏈輪轉動，傳動軸支承在調節(jié)軸承上；由鏈輪傳動機構帶動板式滾子鏈沿框架豎梁回轉，各個柵葉通過支承板裝配在板式滾子鏈上，板式滾子鏈回轉的同時帶動柵葉回轉，污物和冰塊即由柵葉上的柵齒在回轉中撈出水面，并經過鏈輪頂部落到排冰道上，利用水泵泵水將其排至退水渠。柵體結構按2m水位差設計，柵葉按柵塊結構分節(jié)制造、運輸，在工地與傳動機構共同組裝成整體。

進口快速閘門：共三孔，孔口尺寸為2.8m×2.8m（寬×高，下同），設計水頭9.2m，每孔各設一扇懸臂輪支承平板鋼閘門，上游面板，下游封水，選用Φ500mm懸臂輪支承，主輪材質為ZG270-500，采用自潤滑滑動軸承，輪軸材料采用45#鋼，設Φ200側輪導向。閘門門葉結構材料采用Q235B。門葉整體制造、運輸，在閘頂平臺上吊裝入槽。閘門靠自重和水柱壓力動水下門，小開度充水平壓，待上下游水位差小于1m后，靜水啟門。閘門分別采用200kN-8m的快速閘門啟閉機操作。閘門平時停在孔口上方0.5m處待命，在機組發(fā)生事故時2min之內關閉孔口。為防止啟閉機動滑輪和鋼絲繩長期浸泡在水里產生銹蝕，閘門和啟閉機采用拉桿相連。

尾水閘門：孔口尺寸為5.17m×2.606m，設計水頭7.5m。采用滑動支承平板鋼閘門。尾水管出口底板高程1322.10m，閘門采用上游封水，反向設四個彈性反輪。閘門門葉結構材料采用Q235B。閘門靜水啟閉，啟門前利用機組排水管充水平壓，用一臺2×50kN-16m的電動葫蘆借助自動抓梁操作。

6 防腐

為使工程建成后，延長整個工程金屬結構設施的使用壽命，減少維護工作量，該工程的所有閘門門葉、攔污柵柵體及埋件外露表面均應進行噴鋅防腐處理。埋件與砼接觸的表面除銹后涂涮以TN-922#強力膠為添加劑的水泥漿。

［1］DL/T 5039-95水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范[S].

［2］DL/T 5018-94水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范[S].