新疆喀群三級(jí)水電站工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李澤同

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

喀群三級(jí)水電站位于莎車(chē)縣孜熱甫夏提鄉(xiāng)境內(nèi)，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(tǒng)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(jī)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(jī)利用小時(shí)數(shù)5920小時(shí)?？θ喝?jí)水電站工程等別為Ⅳ等工程，工程規(guī)模為?。?）型。

根據(jù)喀群三級(jí)水電站工程水工建筑物的布置，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備設(shè)置在節(jié)制引水閘和水電站各水工建筑物上，共有各類(lèi)孔口28個(gè)，設(shè)有平板閘門(mén)15扇，回轉(zhuǎn)撈冰清污機(jī)3臺(tái)，舌瓣閘門(mén)1扇，閥門(mén)4個(gè)。固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)10臺(tái)，固定卷?yè)P(yáng)式弧形閘門(mén)啟閉機(jī)1臺(tái)，臺(tái)車(chē)式啟閉機(jī)2臺(tái)，電動(dòng)葫蘆1臺(tái)，單向門(mén)機(jī)1臺(tái)。各類(lèi)閘門(mén)、攔污柵共重159t，埋件共重119t，各類(lèi)啟閉設(shè)備共重約133t，整個(gè)工程金屬結(jié)構(gòu)耗鋼量約為411t。防腐總面積約為4800m2。

2 節(jié)制引水閘金屬結(jié)構(gòu)

節(jié)制引水閘距電站前池3.4km，設(shè)有三孔節(jié)制閘、三孔引水閘，每孔各設(shè)一道檢修閘門(mén)和一道工作閘門(mén)。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(mén)：共三孔，孔口尺寸均為5m×2.6m（寬×門(mén)高，下同），設(shè)計(jì)水頭2.3m。三孔共用一扇平板檢修閘門(mén)。檢修閘門(mén)與工作閘門(mén)結(jié)構(gòu)相同。閘門(mén)靜水閉門(mén)，小開(kāi)度充水平壓后靜水啟門(mén)，三孔共用一臺(tái)容量為2×50kN-8m的臺(tái)車(chē)式啟閉機(jī)操作。

節(jié)制閘工作閘門(mén)：孔口尺寸5m×2.6m，設(shè)計(jì)水頭2.3m，共三孔，每孔各設(shè)一扇工作閘門(mén)。閘門(mén)采用上游面板，上游封水懸臂輪支承的露頂式平板鋼閘門(mén)。閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235D，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。主輪直徑為Φ500mm，主輪材質(zhì)為ZG270-500，采用自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，軸材料采用45#鋼，設(shè)側(cè)向支承，雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)距為4.59m。閘門(mén)動(dòng)水啟閉，采用容量為2×50kN－8m的固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。

引水閘檢修閘門(mén)：共三孔，孔口尺寸均為6m×2.3m，設(shè)計(jì)水頭2m。三孔共用一扇平板檢修閘門(mén)。檢修閘門(mén)與工作閘門(mén)結(jié)構(gòu)相同。閘門(mén)靜水閉門(mén)，小開(kāi)度充水平壓后靜水啟門(mén)，三孔共用一臺(tái)容量為2×50kN-8m的臺(tái)車(chē)式啟閉機(jī)操作。

引水閘工作閘門(mén)：孔口尺寸6m×2.3m，設(shè)計(jì)水頭2m，共三孔，每孔各設(shè)一扇工作閘門(mén)。閘門(mén)采用上游面板，上游封水懸臂輪支承的露頂式平板鋼閘門(mén)。主輪直徑為Φ500mm，主輪材質(zhì)為ZG270-500，采用自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，軸材料采用45#鋼，設(shè)側(cè)向支承，雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)距為5.59m。閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235D，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門(mén)動(dòng)水啟閉，采用容量為2×50kN－8m的固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。

3 水電站金屬結(jié)構(gòu)概述

水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備分別設(shè)置在排冰退水閘閘室、壓力前池進(jìn)水口、沖沙洞進(jìn)口及電站尾水出口處。

電站引水渠冬季采用輸冰運(yùn)行方式，前池采用水力排冰和機(jī)械排冰相結(jié)合的排冰工程技術(shù)，在前池進(jìn)水口側(cè)面沿渠道來(lái)水方向布置排冰退水閘，排冰退水閘共1孔，設(shè)一道檢修閘門(mén)和一道舌瓣工作閘門(mén)。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(jìn)口底板高程1350.50m，各設(shè)一臺(tái)直徑為Φ800mm蝶閥作為檢修閥和一臺(tái)直徑為Φ800mm的刀閥作為工作閥。

電站安裝三臺(tái)機(jī)組，壓力鋼管采用單機(jī)單管布置型式。前池進(jìn)水口按水流方向依次設(shè)有檢修閘門(mén)→回轉(zhuǎn)式撈冰清污機(jī)→快速閘門(mén)，機(jī)組出口尾水管末端布置尾水閘門(mén)。一臺(tái)機(jī)一個(gè)尾水管出口，在每一個(gè)尾水出口處設(shè)一道檢修門(mén)槽，共設(shè)二扇檢修閘門(mén)。

回轉(zhuǎn)式撈冰清污機(jī)為攔污清污一體機(jī)，通過(guò)回轉(zhuǎn)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(jī)組的順利運(yùn)行。

4 排冰退水閘閘門(mén)及啟閉機(jī)

檢修閘門(mén)：孔口尺寸8m×5m，設(shè)計(jì)水頭4.7m，共1孔，設(shè)一扇平板檢修閘門(mén)。閘門(mén)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(mén)。門(mén)體設(shè)有直徑為Φ200的導(dǎo)向側(cè)輪，雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)距為6.6m。閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235B，埋件結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門(mén)靠自重靜水閉門(mén)，門(mén)頂設(shè)兩個(gè)直徑為Φ200mm的充水閥，充水閥與啟閉機(jī)聯(lián)動(dòng)，行程為250mm。啟門(mén)前由充水閥充水平壓，待上下游水位差小于1m后，靜水啟門(mén)。閘門(mén)采用容量為2×160kN－8m的固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。

工作閘門(mén)：孔口尺寸8m×4.7m，設(shè)計(jì)水頭4.7m，共1孔，設(shè)1扇舌瓣工作閘門(mén)。閘門(mén)采用上游面板，上游封水，閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235D，埋件結(jié)構(gòu)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(rùn)滑圓柱軸承。側(cè)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(shè)導(dǎo)向側(cè)輪，雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)距為6.5m。閘門(mén)動(dòng)水啟閉，任意開(kāi)度運(yùn)行，該閘門(mén)采用容量為2×320kN-8m的固定卷?yè)P(yáng)式弧門(mén)啟閉機(jī)操作。為防止鋼絲繩長(zhǎng)期浸泡在水中，閘門(mén)配有拉桿。

排冰退水閘舌瓣工作閘門(mén)冬季有操作要求，為防止閘門(mén)與側(cè)導(dǎo)板凍結(jié)，設(shè)有側(cè)向電加熱箱。

5 壓力前池閘門(mén)及啟閉機(jī)

進(jìn)口檢修閘門(mén)：共三孔，孔口尺寸為4.5m×9m，設(shè)計(jì)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(mén)，上游面板，上游封水，閘門(mén)共分三節(jié)，每節(jié)疊梁均設(shè)4個(gè)直徑為Φ200的導(dǎo)向側(cè)輪。閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門(mén)利用自重靜水閉門(mén)。起門(mén)時(shí)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(shè)備容量以動(dòng)水開(kāi)啟最上節(jié)疊梁的啟門(mén)力來(lái)確定。閘門(mén)啟閉共用一臺(tái)2×100kN-12m的電動(dòng)葫蘆借助于自動(dòng)抓梁操作。在前池一側(cè)設(shè)有門(mén)庫(kù)，平時(shí)疊梁存放在門(mén)庫(kù)內(nèi)。

回轉(zhuǎn)式撈冰清污機(jī)：共三孔，孔口尺寸為4.5m×9.8m，每孔各設(shè)一道固定回轉(zhuǎn)式撈冰清污機(jī)，該機(jī)械由支承框架、回轉(zhuǎn)柵葉、板式滾子鏈、動(dòng)力傳動(dòng)裝置等組成?；剞D(zhuǎn)式撈冰清污機(jī)由設(shè)在閘墩上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)固定在傳動(dòng)軸上的鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸支承在調(diào)節(jié)軸承上；由鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)板式滾子鏈沿框架豎梁回轉(zhuǎn)，各個(gè)柵葉通過(guò)支承板裝配在板式滾子鏈上，板式滾子鏈回轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)?xùn)湃~回轉(zhuǎn)，污物和冰塊即由柵葉上的柵齒在回轉(zhuǎn)中撈出水面，并經(jīng)過(guò)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(jié)構(gòu)按2m水位差設(shè)計(jì)，柵葉按柵塊結(jié)構(gòu)分節(jié)制造、運(yùn)輸，在工地與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)共同組裝成整體。

進(jìn)口快速閘門(mén)：共三孔，孔口尺寸為2.8m×2.8m（寬×高，下同），設(shè)計(jì)水頭9.2m，每孔各設(shè)一扇懸臂輪支承平板鋼閘門(mén)，上游面板，下游封水，選用Φ500mm懸臂輪支承，主輪材質(zhì)為ZG270-500，采用自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，輪軸材料采用45#鋼，設(shè)Φ200側(cè)輪導(dǎo)向。閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。門(mén)葉整體制造、運(yùn)輸，在閘頂平臺(tái)上吊裝入槽。閘門(mén)靠自重和水柱壓力動(dòng)水下門(mén)，小開(kāi)度充水平壓，待上下游水位差小于1m后，靜水啟門(mén)。閘門(mén)分別采用200kN-8m的快速閘門(mén)啟閉機(jī)操作。閘門(mén)平時(shí)停在孔口上方0.5m處待命，在機(jī)組發(fā)生事故時(shí)2min之內(nèi)關(guān)閉孔口。為防止啟閉機(jī)動(dòng)滑輪和鋼絲繩長(zhǎng)期浸泡在水里產(chǎn)生銹蝕，閘門(mén)和啟閉機(jī)采用拉桿相連。

尾水閘門(mén)：孔口尺寸為5.17m×2.606m，設(shè)計(jì)水頭7.5m。采用滑動(dòng)支承平板鋼閘門(mén)。尾水管出口底板高程1322.10m，閘門(mén)采用上游封水，反向設(shè)四個(gè)彈性反輪。閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料采用Q235B。閘門(mén)靜水啟閉，啟門(mén)前利用機(jī)組排水管充水平壓，用一臺(tái)2×50kN-16m的電動(dòng)葫蘆借助自動(dòng)抓梁操作。

6 防腐

為使工程建成后，延長(zhǎng)整個(gè)工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施的使用壽命，減少維護(hù)工作量，該工程的所有閘門(mén)門(mén)葉、攔污柵柵體及埋件外露表面均應(yīng)進(jìn)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(qiáng)力膠為添加劑的水泥漿。

［1］DL/T 5039-95水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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