大渡河安谷水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

賀 開 宇， 彭 青

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072)

1 概 述

安谷水電站工程的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電、防洪、航運、灌溉和供水，兼顧濕地生態(tài)與河網(wǎng)生境保護等綜合利用功能。采用混合式開發(fā)，即河床式廠房后接長尾水渠，尾水渠利用水頭為15.5 m，電站總利用水頭為35.5 m，裝設(shè)4 臺、單機容量為190 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組(大機組)。在4臺大機組左端裝設(shè)1臺、單機容量為12 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組(生態(tài)生態(tài)機組)，機組尾水排入原河道。

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置于泄洪沖沙系統(tǒng)、大機組引水發(fā)電系統(tǒng)、生態(tài)機組引水發(fā)電系統(tǒng)、庫尾放水系統(tǒng)、泊灘堰取水系統(tǒng)和灌溉放水系統(tǒng)的相關(guān)部位；施工圖階段共計有門(柵)槽埋件91套、閘門(攔污柵)65扇、閥門類6套；各種類型啟閉設(shè)備25臺，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備總量約12 356.6 t。其中庫尾放水系統(tǒng)、泊灘堰取水系統(tǒng)和灌溉放水系統(tǒng)等均為常規(guī)門型及取水放水閘布置。筆者重點對泄洪沖沙系統(tǒng)、大機組引水發(fā)電系統(tǒng)和生態(tài)機組引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置情況進行了闡述。

1.1 泄洪沖沙系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置

泄洪沖沙閘位于大壩左岸，共設(shè)13孔泄洪沖沙閘，孔口寬度為12 m，閘底板高程383 m，閘墩頂高程400.7 m，每孔設(shè)有1扇工作閘門，啟閉設(shè)備為13臺液壓啟閉機。13孔泄洪沖沙閘共設(shè)有2扇檢修閘門，啟閉設(shè)備為壩頂單向門機。泄洪沖沙系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置情況見圖1。

單向門機設(shè)置于壩頂400.7 m高程平臺上，容量為2×400/120 kN，門機主起升機構(gòu)配置一套液壓自動掛脫梁用于啟閉和吊運泄洪沖沙閘檢修門，回轉(zhuǎn)吊用于吊運泄洪沖沙閘工作門的液壓油缸或閘底板處的其它物件。

工作閘門主要用于泄洪、沖沙和調(diào)節(jié)水位，門葉型式為露頂式弧形閘門。工作閘門液壓啟閉機為單作用后拉式，啟門容量為2×1 800 kN。液壓啟閉機油缸檢修時，由壩頂單向門機的回轉(zhuǎn)吊完成吊裝。

1.2 大機組引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置

4臺大機機組主廠房位于右岸，每臺機組進出口流道均由隔墩分為3孔，共12孔。從上游到下游設(shè)有12扇進口攔污柵、3扇進口檢修門、12扇進口事故門和12扇尾水檢修門。流道進口的攔污柵、檢修門和事故門共用1臺容量為3 000/2×250 kN壩頂雙向門機操作，門機配置有清污設(shè)備。尾水檢修門采用1臺容量為2×800 kN的單向門機、配置一套液壓自動掛脫梁操作。大機組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置情況見圖2。

大機組廠房進口攔污柵孔口寬度為6.54 m，柵葉總高度54 m，設(shè)計水位差5 m，底檻高程346.556 m。攔污柵型式采用露頂式豎直平面滑動?xùn)牛瑪r污柵操作條件為靜水啟閉，整體啟吊。

大機組廠房進口檢修門用于事故門門葉及門槽檢修時擋水。閘門孔口尺寸為6.54 m×23.8 m，底檻高程346.556 m，設(shè)計水頭52 m，主支承采用銅基鑲嵌式自潤滑滑道，閘門采用下游止水，運行要求為靜水啟閉，平壓方式為門頂充水閥充水平壓，整體啟閉。檢修門不使用時存放于右岸儲門槽內(nèi)。

圖1 泄洪沖沙系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置圖

大機組廠房進口事故門用于機組檢修時擋水和施工期封水，在機組發(fā)生事故需關(guān)閉流道時可動水閉門。閘門孔口尺寸為6.54 m×18 m，底檻高程346.556 m，設(shè)計水頭52 m，主支承采用φ850簡支定輪。閘門采用上游止水，運行要求為動水閉門，靜水啟門，平壓方式為旁通閥充水平壓。事故門不使用時鎖定于門槽頂部。

大機組廠房尾水檢修門用于機組檢修時擋水和施工期封水。閘門孔口尺寸為6.86 m×11.23 m，底檻高程334.75 m，設(shè)計水頭36 m，閘門采用上游止水，運行要求為靜水啟閉，整體啟閉。尾水檢修門不使用時鎖定于378.84 m高程的鎖定平臺，在尾水閘頂382.84 m高程平臺設(shè)置蓋板，使壩面整齊、美觀。

1.3 生態(tài)機組引水發(fā)電系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)布置

生態(tài)機組緊靠大機組廠房段左側(cè)布置，機組進出口流道為單孔。廠房從上游到下游設(shè)有進口攔污柵、進口事故門和尾水事故門。流道進口的攔污柵和事故門與大機組廠房進口共用壩頂雙向門機操作。尾水事故門采用1臺固定式卷揚機操作。生態(tài)機組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置情況見圖3。

圖2 大機組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置圖

圖3 生態(tài)機組引水發(fā)電系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)布置圖

生態(tài)機組廠房進口攔污柵孔口寬度為8.84 m，柵葉總高度32 m，設(shè)計水位差5 m，底檻高程368.736 m。主支承采用鋼滑塊，攔污柵操作條件為靜水啟閉，整體啟吊。

生態(tài)機組廠房進口事故門用于機組檢修時擋水和施工期封水，在機組發(fā)生事故需關(guān)閉流道時可動水閉門。閘門孔口尺寸為8.84 m×10 m，底檻高程363.336 m，設(shè)計水頭35 m，主支承采用與大機組廠房進口事故門相同的φ850簡支定輪。閘門采用上游止水，運行要求為動水閉門，靜水啟門，平壓方式為旁通閥充水平壓。事故門不使用時鎖定于門槽頂部。

生態(tài)機組廠房尾水事故門用于機組檢修時擋水和施工期封水。閘門孔口尺寸為9.47 m×3.6 m，底檻高程356.112 m，設(shè)計水頭26 m，采用潛孔平面定輪門，主支承采用與大機組廠房進口事故門相同的φ850簡支定輪，反向支承采用銅基鑲嵌式自潤滑滑道。閘門采用雙向止水，運行要求為動水閉門，靜水啟門，平壓方式為門頂充水閥充水平壓。機組發(fā)電時，尾水事故門底部停置于正常尾水位以上1 m時處于待命狀態(tài)。事故門均通過容量為2×1 000 kN的固定卷楊機操作。

2 廠房進出口金屬結(jié)構(gòu)布置特點

2.1 大機組廠房金屬結(jié)構(gòu)布置特點

4臺大機機組均為軸流轉(zhuǎn)槳式。以往采用這類機組的某些河床式電站在進口設(shè)置了快速閘門，采用一門一機布置，機組事故時能自動快速閉門切斷水流。而安谷水電站機組均設(shè)有可靠的防飛逸裝置，所設(shè)置的事故閘門考慮機組事故時動水閉門的要求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，淡化了快速閉門的必要性，廠房12套事故門共用一廠房門機操作，相比一門一機操作事故門的方案減少了12臺固定卷揚機，使壩頂美觀簡潔；同時，因不用考慮壩頂啟閉機空間的因素，事故門與檢修門間距較小，進而減小了土建的工程量，從而大大節(jié)約了建設(shè)投資。

2.2 生態(tài)機組廠房金屬結(jié)構(gòu)布置特點

生態(tài)機組同大機組一樣設(shè)置事故門并通過共用大機組的廠房門機操作。在事故門上游側(cè)沒有設(shè)置檢修閘門。因生態(tài)機組與大機組一樣設(shè)有可靠的防飛逸裝置，生態(tài)機組進水事故門底檻高程高于大機組事故門底檻高程16.78 m，若事故門門槽需檢修，可采用降低庫水位或采用臨時封堵措施截斷上游水流形成門槽的檢修條件，因此，上游設(shè)置檢修門意義不大。

在生態(tài)機組廠房出口設(shè)置尾水事故門而非常規(guī)檢修門，采用固定卷揚式啟閉機操作。當機組飛逸，既使當機組的過速限制器失靈時，亦可通過尾水事故門(或進口事故門)盡快下門，截斷水流，保護機組。相比進口事故門采用廠房門機操作，尾水事故門采用固定式卷揚機操作下門時間快于進口事故門，更有利于保護機組。尾水固定卷揚機下門速度較小，閉門時間長達840 s，不會產(chǎn)生水錘作用而引起機組抬機，即采用尾水事故門優(yōu)于檢修門。

3 液壓啟閉機靜磁柵行程檢測及液壓泵站管路的布置特點

13扇泄洪閘工作弧閘門操作條件為動水啟閉，局開調(diào)流。啟閉設(shè)備選用13套2×1 800 kN QHLY液壓啟閉機，最大行程6.1 m，泵站均設(shè)置于壩頂閘墩上。

液壓啟閉機采用外置式的靜磁柵作為行程檢測裝置，相比以往的行程檢測裝置，如小油缸、內(nèi)置式等，靜磁柵更便于安裝，測量桿通過抱箍型式固定在油缸的外側(cè)邊上，有利于檢修或更換；位移行程采用絕對型輸出，不怕斷電；行程檢測的精度高，可以在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定、可靠地工作。經(jīng)現(xiàn)場安裝調(diào)試試運行合格后，通過對弧門啟閉機一年時間的運行驗證，給弧門的開度提供了準確的測算數(shù)據(jù)，為雙油缸同步糾偏提供了可靠的行程數(shù)據(jù)。

2×1 800 kN QHLY液壓啟閉機的管路及電纜布置：液壓管路為從單臺泵站通入雙油缸上支點處的走向，電纜為連通13臺泵站的供電電纜，搭建較緊密、美觀，行人較方便；但這樣的布置使油管及電纜通入泵房后出現(xiàn)交叉。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，油管及電纜應(yīng)錯開安全距離。最終采用將泵房內(nèi)的油管溝底部低于電纜溝底15 cm，油管在油管溝底部固定，將電纜擱置在溝內(nèi)電纜架上的布置型式，這樣實施，既兼顧了美觀與安全性，同時也滿足了電纜及油管溝走向的功能性要求。

4 大荷載簡支定輪及軌道的結(jié)構(gòu)特點

在安谷水電站金屬結(jié)構(gòu)中，大、小機廠房進口平面定輪閘門及小機尾水事故門均為潛孔平面定輪閘門，定輪裝置數(shù)量共計256套，設(shè)計輪壓荷載達3 700 kN，且各定輪閘門在工作擋水或平常停放位置時大部分數(shù)量的定輪裝置被浸泡在水下，關(guān)系到閘門的閉門可靠性及定輪壽命，因此，定輪裝置及軌道的結(jié)構(gòu)布置與材料選取方案就顯得尤為重要。

經(jīng)比選研究，最終采用的定輪及軌道布置滿足閘門運行工況下荷載及使用環(huán)境，定輪踏面與軌道工作面的線接觸應(yīng)力達到1 224.834 N/mm2，輪子采用經(jīng)調(diào)質(zhì)后的35CrMo鍛件，機加工后進行表面淬火，表面硬度為HB290～330；輪子軸承采用調(diào)心滾子軸承，內(nèi)徑為300 mm，外徑為500 mm。通過對軸承內(nèi)腔加注適當容量的鈣基潤滑脂進行潤滑，軸承額定靜荷載≥6 100 kN。為滿足水下密封，軸承密封裝置采用氫化丁腈+PVC材質(zhì)的雙唇密封圈，與密封圈滑動的軸承內(nèi)檔采用45#鋼經(jīng)熱處理后表面鍍鉻，其經(jīng)表面磨削后粗糙度達1.6 μm。定輪的工作軌道采用經(jīng)調(diào)質(zhì)后的42CrMo鍛件，機加工后進行表面淬火，表面硬度為HB330～370。

5 吊具存放槽結(jié)構(gòu)布置特點

廠房3 000/2×250 kN雙向門機設(shè)置于壩頂400.7 m高程平臺上，主起升機構(gòu)配置2套平衡梁，分別用于啟閉大機組和生態(tài)機組廠房進口攔污柵。另外配置了3套液壓自動掛脫梁，分別用于啟閉大機組廠房進口檢修門、大機組廠房進口事故門和生態(tài)機組廠房進口事故門。考慮到壩面整齊美觀，在壩頂右岸設(shè)置了吊具專用存放槽，用于專門存放以上5套吊具。

吊具存放槽的深度考慮各吊具放入后能滿足各吊具均在壩面以下并在槽底部左右邊設(shè)置二期混凝土支承墩；支承墩的高度高于各個吊具下端的吊耳高度，支承墩的位置在兼顧各個吊具下端非吊耳位置作為支承點；在二期混凝土支承墩頂部設(shè)置汽車減速帶，以使各吊具在下落至支承墩頂面時起緩沖作用。

6 結(jié) 語

安谷水電站自第一臺機組發(fā)電至今已安全運行了1 a時間，電站的各類金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運行狀況良好，閘門止水效果較好，啟閉靈活可靠。筆者闡述的該工程金結(jié)方面的幾個特點亦經(jīng)過運行考驗，均達到設(shè)計要求。