水電站快速事故門的優化設計

【摘要】甘肅省隴南市武都區大園壩水電站前池進水孔事故快速門，是一扇小水頭中等孔口閘門。針對該事故快速閘門采用新材料及結構優化設計加以論述。

【關鍵詞】水電站設計；金屬結構；事故快速閘門；優化設計

1 概述

1.1大園壩水電站地處甘肅省隴南市武都區境內，位于白龍江中游段。水電站為引水式電站，廠房位于大壩下游6.6公里的右岸河邊，裝機36MW。大園壩水電站引水發電系統共設3臺12MW水輪發電機組，電站進水口至前池進水口采用一條引水隧洞和明渠引水，前池出水采用3條管道布置，3條尾水管出水。大園壩水電站水工金屬結構及啟閉設備，主要由引水樞紐泄洪沖砂閘、引水系統進水閘、電站前池快速檢修閘及尾水檢修閘等組成。

1.2在發電引水系統前池出水口設置三孔六扇快速事故工作閘門，閘門布置圖見圖一。

2閘門優化設計

2.1主體結構的優化

2.1.1為提高閘門的止水效果，經方案比較，將門楣設置在下游面。把閘門面板布置在上游面，頂、側止水布置在下游面的頂梁、邊梁的后翼緣板上，這樣有效的利用閘門面板上的水壓力將止水自然壓緊。閘門門體寬3.95m，高5.5m，厚0.670m，面板厚12mm。根據閘門的高跨比，h

2.1.2原快速工作門動水啟閉，啟門力要求很大。在設計中考慮到為降低啟門力，門頂設一個Φ200mm充水閥。充水閥蓋與啟閉機相聯，充水閥開啟行程為182±2mm，待充水平壓后再開啟閘門。這樣啟閉機的噸位比較小，且上部啟閉機室的土建工程量也相應減少，經濟上較優。另充分利用閘門上部水柱壓力可以降低閘門的閉門力。這樣選用相對較經濟的QPK-2*500KN固定卷揚式啟閉機就能滿足操作。

2.1.3快速事故工作門屬潛孔閘門，水壓力相對露頂式較大，并且快速門要求閉門時間短。為滿足閘門快速啟閉的要求，傳統設計一般采用鑄鐵滾輪支撐。而采用鑄鐵滾輪經實踐證明鋼材耗費大、滾輪制造難度大、造價高，需經常維護，使用年代長后易發生銹蝕后卡死。并邊梁需設計為雙腹板箱形梁。加工焊接難度較大。故設計中閘門主支承采用了高分子復合材料滑塊，這樣邊梁可為單腹板梁，兩者相比較又減少了鋼材的使用。同時，單腹板梁較雙腹板梁在焊接施工時要好控制得多。該滑道材料摩擦系數小，在清水中對不銹鋼為0.1-0.03，沖擊強度>187 Mpa；吸水率<0.8%；抗壓強度>125Mpa。并且閘門要求快速降落，鑄鐵滾輪一般摩擦系數在0.05左右，如用滾輪則需考慮加設重塊，而本閘門體型小空間有限很難用加重塊的方法去實現快速閉門。兼于以上原因，設計采用了高分子復合材料滑塊，在閘門下游側設置四塊高分子復合材料滑塊，型號為MGC300-30型滑塊，按等荷載布置，并按構造要求適當調整滑塊位置，其最大線荷載21KN/cm。避免了閘門需使用加重鐵塊或機械壓力閉門帶來的造價高。另外為防止閘門在閘槽中移動時被卡住或碰撞，以確保閘門能順利啟閉，上游面設置四個鑄鐵滑塊。

2.1.4側向限位器的設計為在閘門面板上焊接鋼板三角形限位器，這樣做形式簡單不影響使用并且降低了成本。

2.1.5為防止閘門過水產生振動，設計中采取以下幾條措施。

2.1.5.1事故檢修閘門有動水啟門的要求，為防止啟門時水流對閘門的振動影響，將閘門底緣下游傾角大雨300。

2.1.5.2在設計時對P型止水預加4mm的壓縮量，以保證止水的密封性，從而減少閘門的振動想象。

2.1.5.3在底梁下部加角鋼加強閘門底緣的剛度，同時加固閘門底止水的止水效果。

2.2主軌優化設計：

2.2.1快速事故閘門主支承壓力較大，主軌采用14厚鋼板焊接而成。為提高軌道的側向剛度，把主軌與門槽的護角焊接起來，并用連接板支撐。以提高門槽砼局部承壓強度。主軌主軌高度h=214mm，軌道底板寬度Bk=120mm，為更好的保護高分子復合材料滑塊并提高軌面的光滑。在軌道面焊一斷面為80×4mm 1Cr18Ni9Ti的不銹鋼條。在實際運行中表現良好，得到了各方的一致好評。

2.2.2為保證門軌的安裝精度，在主軌腹板以及下翼緣面上各開設兩個Φ22mm小孔，內套與混凝土插筋焊牢的焊接單頭螺柱，通過調節螺母來精確控制軌道的安裝位置，比較好的保證主軌安裝精度符合工作技術要求。

3 結束語

事故檢修閘門平時使用很少，出現問題不易發現，在設計時在滿足強度等基本要求外，還要注意在主體結構布置的優化、零部件的選型上下功夫，做到初始投資少，日后運行可靠，日常維護簡單。

本工程事故檢修閘門設計中主支承選用新技術的高分子復合材料，簡化了設計制造難度，提高了閘門的運行可靠度，減少了初始投資和日常維護的費用。閘門由門頂充水閥充水平壓后，靜水啟門，可大大降低啟門力。由于充水孔設在閘門本身的頂主梁上，平壓裝置不與水工布置發生關系，可以簡化水工布置，減少工程費用。