帶舌瓣的弧形組合閘門在隆潘卡爾水電站的設計及應用

謝騰飛 姚雷 姚宏超 丁正忠

摘 要：表孔溢洪道上設置帶舌瓣門的弧形組合閘門是電站排漂、流量控制有效途徑。本文重點介紹了帶舌瓣門的弧形組合閘門及啟閉機的布置、結構特點和主要參數，并從安裝、運行、檢修的角度出發，優化設計支鉸及埋件、開度指示儀、液壓啟閉機管路布置等，并成功應用于喀麥隆隆潘卡爾水電站。

關鍵詞：帶舌瓣的弧形組合閘門；隆潘卡爾水電站；結構設計；排漂

中圖分類號：TV663 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0087-03

Design and Application of Compound Radial Flap Gate in

Lom Pangar Hydropower Station

XIE Tengfei YAO Lei YAO Hongchao DING Zhengzhong

Abstract： Compound radial flap gate on the spillway is an effective way to control the discharge and flow control of power station. The structural features and main parameters of the compound radial flap gate were introduced. From the point of view of installation， operation and maintenance， the design of trunnion and embedded parts， opening indicator and pipeline layout of hydraulic hoist were optimized. The gate was successfully applied to Lom Pangar Hydropower Station.

Keywords： compound radial flap gate；Lom Pangar Hydropower Station；structure design；debris discharging

1 工程概況

隆潘卡爾水電站位于喀麥隆東部省洛姆河與隆潘卡爾河交匯處下游4km，電站裝機規模4×7.5MW，水庫庫容60億m3，是該流域梯級開發首級電站。該工程能提高薩納加河在低水位時的徑流調節能力，并能提高下游未來水電站的裝機容量[1]。大壩溢洪道共3孔，設置3扇弧形工作閘門，孔口尺寸為13.0m×10.5m（寬度×高度，以下同），泄洪能力為2 400m3/s。左側2扇弧形閘門上各設置了一個舌瓣閘門，其作用是對大壩的水位進行調整，同時能在有限泄量的情況下排泄表面污物。

在常規電站中，除在攔污柵前人工或機械清污外，還可通過開啟溢洪道工作閘門排污，這樣下泄水量較大，發電量損失也較大。溢洪道工作閘門不能做到隨時開啟，且局部開啟時，較大漂浮物對閘門的撞擊也會導致閘門損壞[2]。在弧形閘門上設置舌瓣閘門，既能保證泄洪時開啟弧形閘門水庫的下泄流量，又能減少開啟弧形閘門的泄水量，增加了發電效益。該型式閘門在國內工程尚不多見[3，4]。本文主要介紹帶舌瓣的弧形組合閘門在喀麥隆隆潘卡爾水電站的設計及應用。

2 閘門、啟閉機布置及主要參數

隆潘卡爾水電站溢洪道工作閘門（帶舌瓣）的總體布置見圖1。

工作閘門為帶舌瓣的斜支臂弧形組合閘門，孔口尺寸為13m×10.5m，弧面半徑13m，底坎高程664.0m，支鉸高程669.5m，支鉸間距11.8m。弧形閘門主材為Q345C，上部有矩形開口，開口設置舌瓣閘門。采用液壓啟閉機操作，啟閉容量為2×1 250kN，行程5m。

舌瓣閘門為液壓下翻板閘門，擋水面為弧形，弧面半徑12.2m，孔口寬度8m，閘門高度4.26m，設計水頭3.42m，通過底部的支鉸軸與弧形閘門鉸接。采用液壓啟閉機操作，啟閉容量為2×750kN，行程2.3m。舌瓣門液壓啟閉機一端鉸接于舌瓣閘門背面，另一端鉸接于弧形閘門上主梁上。

3 結構設計

3.1 弧形閘門

①帶舌瓣閘門的斜支臂弧形閘門，主橫梁采用2根實腹式焊接結構梁。除了計算面板、次梁、邊梁傳遞的力外，還需考慮舌瓣閘門支鉸及其啟閉機的作用。

②弧形閘門面板上部對中位置留有8m×4.26m的孔口，用以安裝舌瓣閘門。垂直次梁和主梁以上的水平次梁均在此斷開，閘門的邊梁和側擋墻共同承擔面板的水壓力。

③側擋墻提供了舌瓣閘門的止水面，承擔側向水壓力及舌瓣閘門的封水壓力。其面板材料為12Cr18Ni9。面板背面為“井”字型梁系，梁系一端固結于弧形閘門上部的面板，另外一端通過支承梁搭接在弧形閘門的支臂上，側擋墻梁系的每一根主梁可視為簡支梁計算其強度和剛度。弧門支臂雙向偏心受壓，側擋墻背后支承梁平面內的彎矩對上支臂產生不利的影響。

④考慮到運輸尺寸的限制，將弧形閘門的門葉分5節（7部分），最大單元尺寸為1.5m×3.5m×12.91m。本閘門由國內制作，經過公路、鐵路、船舶運至現場拼接安裝組焊，節與節之間采用銷釘定位、螺栓連接后焊接，弧形閘門和舌瓣閘門的位置關系如圖2所示。

3.2 舌瓣閘門

①舌瓣閘門為液壓下翻板閘門。正常蓄水位672.36m時單孔泄量Q≥40m3/s，Q的計算公式如式（1）所示：

[Q=m0B2gH3/2] （1）

其中，B為舌瓣閘門的寬度，取8m；H為水頭，取mo=0.4。將這些數據帶入式（1）可得，Q=40.5m3/s，滿足要求。擋水面板設為弧形，弧面半徑12.2m，與弧形閘門面板同心。面板背后設置3根主橫梁；舌瓣門支鉸及液壓啟閉機支承安裝在主縱梁上，主縱梁布置在弧形閘門主橫梁的腹板上（縱梁的對應位置），支承間距4.3m。閘門主材Q345C，支鉸軸材料40Cr，軸套采用高承載、低摩阻的自潤滑材料。

②由于舌瓣閘門液壓啟閉機存在內泄，舌瓣閘門長期關閉需要機械鎖定。舌瓣閘門鎖定機構設置于弧形閘門的側擋墻上，如圖3所示：舌瓣閘門關閉就位后，鎖定油缸推動鎖定軸伸出，阻擋舌瓣閘門的運動。鎖定油缸推力100kN，行程100mm。鎖定軸直徑160mm，鎖定軸與側擋墻之間設自潤滑軸套。

4 閘門支鉸及其埋件

弧門支鉸采用自潤滑關節軸承，能承受徑向及軸向荷載，并可適應門體的變形。弧門支鉸重達7t，且安裝精度要求較高，給弧門支鉸安裝造成了一定的困難。為方便施工安裝，并保證安裝精度，增設定位座板（如圖4所示），可在X、Y方向沿一期埋件表面調整位置后焊接。定位座板為鋼板焊接結構，其下部設有擋塊，并預留螺栓孔，重量較小（687kg），方便精確定位。弧形閘門支鉸Z向及傾斜角度可通過連接螺栓調整。

5 開度指示儀

弧形閘門開度可在控制柜顯示器上讀出，通過液壓啟閉機上的行程傳感器輸入電路、電平轉換、譯碼后送到LED顯示出實際開度值[5]。但實際上，由于傳感器、電路傳輸或者斷電等原因，都有可能導致閘門開度顯示異常。應咨詢工程師的要求，溢洪道工作閘門各設置了一套閘門開度指示裝置。該裝置主要由固定在側壁上的刻度尺及安裝在門體上的指針組成，通過一定的數學關系轉換為閘門開度，可在岸邊及控制室直觀地讀出閘門開度，準確可靠。

6 液壓啟閉機

6.1 主要參數

弧形閘門及舌瓣閘門均采用液壓啟閉機啟閉，其主要參數如表1所示。

6.2 管路布置

合理的液壓管路布置能夠減少系統壓力損失，方便施工及后期檢修維護。一般溢洪道工作閘門單只油缸僅需要3根油管，而帶舌瓣的弧形組合閘門液壓設備包括工作閘門液壓啟閉機、舌瓣門液壓啟閉機和舌瓣門鎖定油缸，共用一套液壓泵站，單側油管多達8根。因此，簡明、高效、合理地布置液壓油管顯得尤為重要。油管的布置主要遵循以下原則：①壩面部分布置于管道及油管溝中；②除活動部位采用高壓軟管連接外，其余均使用無縫鋼管；③管路平行布置，少交叉；④鋼管采用管夾固定，多層布置；⑤合理設置管接頭，控制單根鋼管長度；⑥對于集中控制的油缸（舌瓣門液壓啟閉機、鎖定油缸），盡量使左右缸油管長度相等[6]。

7 結語

帶舌瓣的弧形組合閘門應用于表孔溢洪道，既滿足了排漂要求，又可兼作水庫水位微調之用，最大限度地節約了水資源。同時，又是結構最為復雜的門型之一，在設計過程中克服資料不足的困難，對弧形閘門、舌瓣閘門及其液壓啟閉機進行總體布置及結構設計。

該閘門安裝過程順利，自2016年9月投入運營以來，運行效果良好，達到了理想的排漂效果。

參考文獻：

[1]宋繼源，朱慧芳.喀麥隆龍潘卡爾水電站工程一期施工導流設計[J].云南水力發電，2014（1）：83-85.

[2]闕劍生.水電站排漂問題探討[J].浙江水利科技，2002（2）：11-14.

[3]劉紅宇，呂傳亮.舌瓣門在大頂子山航電樞紐中的應用與設計[J].科學技術創新，2012（29）：294-295.

[4]沈得勝.昭平水電站弧形閘門及舌瓣閘門[J].廣西水利水電，1999（增刊）：38-39.

[5]中華人民共和國水利部.水利水電工程鋼閘門設計規范：SL 74—2013[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[6]張競超.水力學[M].鄭州：黃河水利出版社，2005.