百色水利枢纽溢流坝表孔弧形闸门设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 广西水利水电・ＧＸ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥ．ｑ３ＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＦ￣）＿ＷＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２００２（增刊）　规划设计・　百色水利枢纽溢流坝表孔弧形闸门设计　梁　献，张　明　（广西水利电力勘测设计研究院，广西南宁５３００２３）　［摘要］介绍表孔弧形工作门的结构布置特点以及设计中采用的新方法、新材料，并简介表孔弧门液压启闭机的　工程设计。　［关键词］表孔弧门；支铰；液压启闭机；设计　［中图分类号］ＴＶ６６３．２　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００３—１５１０（２００２）Ｓ０—００５２一ｏ３　百色水利枢纽工程溢　流坝布置４个表孔弧形闸　Ｉ中孔事故门启闭机ｌ　，　２３４．０００｛／　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　门，其主要任务是渲泄洪　水并调节水库水位，要求　能够动水启闭、局部开启。　为了闸门开启时压低水　舌，避免坝面产生负压和　水舌冲击闸门底缘，弧门　底槛布置在溢流坝堰顶偏　下游３　１ＴＩ处。孔口尺寸：　－＿。●。。一ｌ　●＼　－　Ｉ：ｌ　１鞭乒毫　（ｊ　’ｌ　Ｉ．　兰兰；＝＝‘　＼ｔ＇’７，羽＿ｕ　２　．　墨　　——　————————　、、　２１９．Ｏｏｏ　１４　ｍ×１９　ｍ（宽×高），面　板的曲率为２１　ｍ，闸门设　一—　　＼　＼　●　计以水库正常蓄水位２２８　ＩＴＩ为设计水位，以库水位　平门顶时的水位２２８．６７　ＩＴＩ为校核水位。闸门的总　稚　：　ｄ　：。　●．　●　●　～　＿　Ｉ　一　中孔蕞压启向帆房　水压力为２３　８２３　ｋＮ。启　闭设备采用ＱＨＬＹ一２×　｜ｌｌ　●　【ｎ口Ⅱｎ　１８７￣ｔ．０　］　１６００型液压启闭机。该　弧门及其启闭机均属于超　大型水工金属结构设备，　如此超大型的表孔弧门液　寸　４　●　ｄ　寸　ｄ　ｄ　寸ｄ　４　寸　：　，　…，　　●　●●　＼　ｄ　４　ｄ　１７４５００　．萝２　ｌ　　－Ｈ’¨　＼．　‘…．　．Ｊ１２　咖　ｂ　／／７　压启闭机在广西尚属首次　应用。溢流坝闸门和启闭　机布置见图１。　ｒ　＼　中孔早葺●故捡●门　口１６７．５００　中孔　睇工作门　＼／　／蔫　基　苫　７　卜、　翻西礴彝——蠢一ｌ　Ｉ・■■＿　图１溢流坝闸门启闭机布置图　［收稿日期］２００２．０７．０８　［作者简介］梁５２　献（１９７３一），女，广西玉林人，广西水利电力勘测设计研究院工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计工作；张明　（１９６５一），男，广西博白人，广西水利电力勘测设计研究院高级工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com 广西水利水电ＧＸ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥ￣ＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２００２（增刊）　１　闸门设计　１．１刚度比和动力系数的确定　本闸门采用双主横梁式斜支臂框架结构布置。　为了减少上悬臂的高度，支臂之间的夹角尽可能地　增大。上下主横梁按等水压布置，由于总水压力达　２３　８２３　ｋＮ，每根主梁和支臂的荷载很大，主梁和支　臂均采用箱形结构，保证了两个方向的刚度和稳定　要求。在计算中，主梁采用１．１的动力系数，支臂受　力采用１．２的动力系数。为制造、运输、安装方便，　门叶沿高度分为６节，运到工地安装时焊接为整体。　面板的分节布置在小横梁位置，并用两个槽钢分别　布置在上下运输单元上，以代替小横梁，这样可以保　证面板具有足够的刚度，在运输过程中不易变形。　为了保证闸门的整体稳定性，在上下支臂之间设有　竖向连接系和斜向联接杆件，使上下支臂连成整体　并构成一个稳定的桁架结构。根据国内多家机构的　研究成果以及设计规范的推荐值，弧门的主横梁与　支臂的单位刚度比取为６．２。弧门面板曲率半径取　２１　ｒｎ，与闸门高度的比值为１．１，属于规范推荐范围　的下限，可以改善支臂的稳定性，缩短闸墩，符合目　前工程设计中弧门半径尽量缩小的新趋势。考虑渲　泄校核洪水时不受水流及漂浮物冲击，支铰布置在　２１９　ｒｎ高程处。门叶与支臂采用Ｍ４２铰制孔螺栓　连接。　１．２止水设计　为防止弧门产生不利的振动，侧止水的密封也　是关键之一。侧水封采用非直角的Ｌ型橡皮，这样　即使门叶存在侧向偏差，两侧水封仍紧贴水封座板　而达到止水目的，不会因漏水引起振动。在止水头　部与止水座板接触面贴聚四氟乙烯，既可以降低水　封磨损、延长其使用寿命，而且可以降低止水摩　阻力。　１．３闸门的侧向支承　一般弧门侧向支承采用侧轮的型式。百色枢纽　表孔弧Ｉ＇－Ｊ￣Ｌ口尺寸大，侧轮反力也大，并且当上面两　个侧轮出槽后，门槽内的两个侧轮将无法防止门叶　侧向移动，所以在设计中对侧轮的支承反力和位置　进行仔细的分析计算，在弧门两侧共装了８个轮子，　使弧门在较大开度时也有４个侧轮在门槽内，从而　减小门叶侧向歪斜。对侧轮与侧轨之间的间隙的确　定，在设计中考虑要满足下面的要求：①由于启闭机　两吊点的不同步引起的门叶偏斜不至于碰到侧轨，　或碰到后侧轮压缩量较小并能承受该荷载；②当门　叶偏向一侧时，另一侧门叶面板与侧轨问的间隙，不　会造成侧止水封翻向下游使止水破坏；③该间隙加　上制造、安装允许的最大误差，不致于使门叶卡死。　据此拟定侧轮与侧轨之间的间隙为９　ｍｍ。　Ｉ．４支铰型式　大孔口表孔弧门的支铰，要求具有下列特性：①　两支铰轴心同心度允许偏差大，便于安装；②支铰的　结构与理论上铰接点相似，制造和安装误差不致引　起支臂过大的附加应力；③支铰承载能力大，支铰尺　寸小，便于布置；④支铰轴承转动灵活，摩阻力小。　根据以上要求，合理的支铰型式为球铰。但目前国　内尚无定型的大荷载球面轴承产品。只能从国外进　口，如德国ＳＫＦ公司和Ｄｅｖａｇｌｉｄｅ（费特尔莫古）公　司，他们生产的用于弧门的球面滑动轴承，其各方　面ｆ生能都具有很多的优点，经综合比较，且参考一些　已建工程如福建棉花滩的经验，拟采用Ｄｅｖａｇｌｉｄｅ公　司生产的带凸缘的不需维护的自润滑干轴承。该轴　承具有自润滑、不需维护、高载低摩（厂＝０．１～　０．１２）、能传递侧推力、尺寸较小、价格较低的优点。　１．５支铰的支承及其锚固　支铰的支承及其锚固是大型弧门设计及安装重　点考虑的问题之一，因为支铰承受荷载大、安装精度　高，而支铰预埋螺栓不易固定，且施工时闸墩和牛腿　的大体积混凝土浇筑变形可能较大，难以保证预埋　螺栓的准确性。本弧门的支铰设置在两侧闸墩的牛　腿上，在一期混凝土内预埋Ｍ５０的螺栓，在施工安　装时，可采用预制模板进行螺栓定位，即在预制模板　上按设计尺寸钻制预埋螺栓孔，将预埋螺栓穿入孔　内，用螺母夹紧，再将预制模板可靠地固定，这样在　浇筑混凝土时就能保证预埋螺栓的准确性。此外，　二期混凝土埋设有钢垫板，通过调整垫板，可满足支　铰的安装精度，并使支铰的荷载良好地传递到混凝　土牛腿匕。　２启闭机选型布置　从国内外水电技术的最新发展动态看，表孔弧　门特别是大型表孔弧门的启闭设备越来越广泛地采　用液压式启闭机，这主要是由于液压启闭机具有一　些显著的优点，如结构简单、布置紧凑、重量轻、承载　能力强、缓冲性能好、调速和换向方便、易于实现自　动化等，特别是近年来随着液压启闭机的设计、制　造、安装和运行管理水平的提高，液压新技术（如同　步技术、插装技术、比例控制技术、活塞杆镀瓷技术　等）和新型密封材料（如聚四氟乙烯组合式密封圈）　５３　维普资讯 http://www.cqvip.com 梁献，张明：百色水利枢纽溢流坝表孔弧形闸门设计　的成功运用，使液压启闭机的质量越来越得到保证。　所以，百色水利枢纽表孔弧门采用液压启闭机是先　进合理的。　２．２中部支承布置方案　图３是中部支承方案布置示意图。利用中部支　承最佳行程方程式求得：最佳行程为１０．２５５　ＩＴＩ，初　始启门力和最终启门力均为２　８９８　ｋＮ，拟选用ＱＨ．　表孔弧门液压启闭机选型设计的关键问题，是　如何选择油缸的支承型式，并确定最佳支承点的坐　标，使启闭机的启门力和行程达到最佳值。在进行　ＬＹ一２×１６００—１０．５型启闭机，其额定启门力为２　×１　６００　ｋＮ，最大行程为１０．５　ｍ（弧门检修最大开　度时），工作行程为９．４９４　ｍ（泄洪全开时）。　百色水利枢纽表孔弧门液压启闭机的工程设计时，　笔者曾经对液压启闭机的支承型式、结构特点、运动　特陛、支承点的可能布置区域和最佳行程等进行了　较深入的分析研究，推导出最佳行程方程式，对端部　支承和中部支承两种方案进行了比较优化。　２．１端部支承方案　图２是端部支承方案布置示意图。利用端部支　承最佳行程方程式求得：最佳行程为８．０９１　ＩＴＩ，初始　启门力和最终启门力均为３　５５６　ｋＮ，拟选用ＱＨＬＹ　２×２０００—８．２型启闭机，其额定启门力为２×　２　０００　ｋＮ，最大行程为８．２　ＩＴＩ（弧门检修最大开度　一＼　时），工作行程为７．４９　ｍ（泄洪全开时）。　图３中部支承方案　上述两种方案比较：①最大行程：端部支承比中　部支承小２．２　ｍ；②额定启门力：端部支承比中部　支承大一个等级；③在弧门全关位置油缸和活塞杆　的整体下挠度：中部支承满足要求，而端部支承的下　挠度较大，会影响启闭机的正常运行，原考虑设一支　撑装置，在弧门全关时托住油缸，从而减小油缸和活　塞杆的整体下挠度，但是，由于该工程溢流坝的泄洪　＼　水面线较高，在校核洪水位时支撑装置会受到洪水　图２端部支承方案　冲刷而影响安全运行。经过综合比较，决定采用中　部支承布置方案。　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｒａｄｉａｌ　ｓｌｕｉｃｅ　ｇａｔｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｆｌｏｗ　ｄａｍ　ｏｆ　ＢＭＰＤＰ　ＬＩＡＮＧ　Ｘｉａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｍｉｎｇ　・　（Ｇｕａｎｇｘｉ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｎａｎｎｉｎｇ　５３００２３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｌａｙｏｕｔ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒａｄｉａｌ　ｓｌｕｉｃｅ　ｇａｔｅ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｎｅｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｉｎ　ｄｅｓｉｎ　ｗｅｒｅ　ｉｇｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ａｌｓｏ，ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｇｉｃ　ｏｐｅｒａｔｅｄ—ｃｌｏｓｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗａｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏ—　ｄｕｃｅｄ　ｈｅｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｅ　ｒａｄｉｌ　ｓｌａｕｉｃｅ　ｇａｔｅ；ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ　ｊｏｉｎｔ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｏｐｅｒａｔｅｄ—ｃｌｏｓｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ；ｄｅｓｉｎ　ｇ