高水头平面闸门的工程应用-技术创新

高水头平面闸门的工程应用

日期：2017-9-7 9:32:43　来源：互联网　浏览数：
　

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高水头泄水建筑物的流速较大时，水流的空化数减小，有可能产生空化现象和发生空蚀破坏。空蚀不仅会引起泄水建筑物的破坏，改变水动力学特性，降低过流能力，还会引起振动，产生噪声等，从而导致泄水建筑物不能正常运行。因此防止空蚀发生与减轻空蚀破坏是高水头泄水建筑物设计与研究的主题内容。
    闸门按所承受的水头可分为：低水头平面闸门H（<25m）、中水头平面闸门（H=25~50m）、高水头平面闸门（H>50m）。近年来，随着中国水电顾问集团成都勘测设计研究院溪洛渡水电站、雅砻江官地、锦屏一级水电站、瀑布沟水电站、大岗山水电站工程建设的推进，高水头闸门在越来越多的工程中应用，中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在这方面也积累了丰富的设计、安装及运行经验。
    1· 高水头平面事故闸门
    平面闸门由于闸门门槽的存在，在高水头泄水建筑物用作工作闸门有较大的难度，多用于事故闸门。高水头平面事故闸门的运行操作要求是在事故工况（如工作闸门事故无法关闭等）下能动水闭门，通过充水平压后静水启门。笔者搜集、研究国内外高水头平面事故闸门的工程应用现状，如表1所示。

    工作水头、孔口面积与总水压力这三项指标是反映闸门水平的主要指标，从这些指标来看，我国在高水头平面事故闸门的工程应用方面已进入世界先进行列。
    2· 高水头平面工作闸门
    中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在平面闸门作为高水头工作闸门方面有一定的工程应用经验，闸门型式为高压滑动门。高水头平面工作闸门的运行操作要求动水启闭，为避免产生破坏振动而要求全开全闭。笔者搜集、研究国内外高水头平面工作闸门的工程应用现状，如表2 所示。

    平面闸门应用于高水头泄水建筑物的工作闸门，闸门的空化和振动两大问题成为闸门设计过程中的主要控制因素。
    （1）二滩水电站底孔工作闸门是中国水电顾问集团成都勘测设计研究院也是国内设计的第一套窄门槽平面高压滑动闸门，共设四扇。闸门设计挡水水头120m 操作水头为80m，运行要求能在操作水头下动水启闭。闸门支承滑道兼作硬止水，顶、侧止水材料为青铜（ZCuAl10Fe3）对不锈钢（2Cr13），底止水材料为不锈钢（2Cr13）对巴氏合金。由于采用硬止水，对门叶、门槽配合面间隙要求极高，制造要求门叶焊接后整体退火处理消除残余应力，对配合面进行整体加工，并在厂内进行整体组装，厂内组装和工地安装调试对配合面的要求，均为“用0.03mm 塞尺每隔30mm 量一次，不得贯穿”。
   （2）冶勒水电站放空洞工作闸门亦是由中国水电顾问集团成都勘测设计研究院设计，闸门型式与二滩底孔工作闸门一样，为窄门槽高压滑动闸门，共设一扇。闸门设计挡水水头110.89m，操作水头为95.89m，运行要求能在操作水头下动水启闭。闸门的支承滑道兼作硬止水，顶、侧止水材料为青铜（ZCuAl10Fe3）对不锈钢（1Cr13），底止水材料为不锈钢（1Cr13）对不锈钢（1Cr13）。闸门整体在厂内加工制造，门叶、门槽配合面的间隙满足设计要求。水库蓄水初期，该闸门作为水库的控流设备调节水库水位。运行单位严格根据设计要求，在不超过60m 的水头下操作工作闸门进行局开调节下泄流量，并避开闸门的强振区操作，现场操作次数接近100 次。2005 年正式下闸蓄水以来，电站运行情况良好，未进行水库的放空操作。放空底孔工作闸门长期处于挡水状态，闸门止水效果良好，现场观察，在放空底孔出口处，只有涓涓细流，无明显漏水现象。
    （3）三峡水电站排沙底孔工作闸门是由长江水利委员会设计，闸门型式为平面悬臂轮支承闸门，共设七扇。闸门设计挡水水头、操作水头均为88m，运行要求能在操作水头下动水启闭。闸门下游止水，顶、侧止水材料聚四氟乙烯复合橡皮对不锈铸钢门槽（ZG0Cr13Ni5M0）；底止水材料为刚性止水，为不锈钢（0Cr13Ni5M0）对不锈钢（0Cr13Ni5M0），门叶采用复合不锈钢板材，门槽采用不锈钢铸钢门槽。
    （4）格鲁吉亚英古里水电站泄洪底孔工作闸门是由列宁格勒特种机械制造设计局，闸门型式为平面附环闸门，共设七扇。闸门设计挡水水头、操作水头均为181m，运行要求能在操作水头下动水启闭。闸门采用滑道支承，水封材料聚乙烯复合橡皮对不锈钢，闸门关闭到位后，采用专用充压设备将压力注入到水封背腔使水封止水橡胶头部外伸而紧压闸门不锈钢止水座板上达到止水目的。经与国外公司交流，英古里水电站泄洪底孔工作闸门止水效果不佳，漏水量较大。
    高水头平面工作闸门虽型式各异，但都不约而同的将空化和振动两大问题成为闸门设计过程中的主要控制因素，所以在布置上存有相同之处：①整体布置都采用整体式，闸门门叶、门槽与启闭设备组成一个整体，启闭设备都选用液压启闭机，其活塞杆在闸门动水启闭过程中能较好的抑制闸门振动。②工作闸门都布置在整个流道的高压区，出口段闸室断面后管道采取收缩或管道顶部下压（下压坡度一般在1:4~1:6）措施，以提高闸室段的压强，增大水流空化数，防止空蚀发生。不同之处主要在于如何减小闸门门槽尺寸对高速水流的影响及止水方式的选择上：①两套高压滑动闸门与三峡底孔工作闸门门槽都选择带有错距的II 型门槽。高压滑动闸门为窄门槽，门槽宽度250mm，门槽深度230mm，错距Δ=50mm；三峡排沙底孔门槽宽度800mm，门槽深度550mm，错距Δ=50mm。英古里水电站泄洪底孔工作闸门于平面闸门底部增设附环结构，使闸门开启时，附环结构对门槽部分进行回补后无门槽，以保证整个流道为圆形断面。②高压滑动闸门顶、侧滑道兼作硬止水，闸门启闭过程中的摩阻力较大，启闭机容量大；门叶、门槽配合面的间隙要求较高，闸门需整体在厂内加工制造，闸门的孔口尺寸不能突破运输尺寸的限制；成为高压滑动闸门难以进一步提高孔口尺寸的关键。三峡排沙底孔工作闸门与英古里水电站泄洪底孔工作闸门均采用橡胶止水，门叶、门槽配合面的间隙要求不高，闸门不需整体在厂内加工制造，可在厂内分节制造后运至工地拼装成一整体，因此，闸门的孔口尺寸可以较大，解决了孔口尺寸不能突破运输尺寸的限制的问题。