第５期 ２０１１年５月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ Ｎｏ．５ Ｍａｖ．２０１１ 东山水利枢纽拦河闸闸门设计 胡 伦 （广东省水利电力规划勘测设计研究院，广东广州 ５１０６３５） 摘要：东山水利枢纽拦河闸孔口尺寸及设计水头在同类工程中属较大规格，该文重点介绍了工作闸门及事故检修闸门的 选型布置及结构设计。该设计采用多个主轮降低轮压，并通过合理调度对事故检修门实现了一门多用。此方案降低了设 计难度，并具有较好的经济性。 关键词：东山水ｉｆ，０枢纽；拦河闸；闸门设计 中图分类号：ＴＶ６６３ ．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—０１１２（２０１１）０５—００５０～０３ １ 工程概况 ３４．３ｍ。按照规范要求，每孑Ｌ设置１道工作闸门和１道 广东省丰顺县韩江东山水利枢纽是以发电为主、结 事故检修门。闸门及启闭机布置见图２。 合航运等综合利用的水利枢纽工程。坝址位于丰顺县 留隍镇的韩江干流河段，为韩江干流梯级规划的４个梯 级中的倒数第２个梯级。该工程正常蓄水位为 ２５．５０ｍ，相应库容为１．１６亿ｍ ，装机为７．５万ｋｗ，机 组为灯泡贯流式机组，年发电量为３．１１７ ２亿ｋｗｈ。枢 Ｉ业 ｌ 出 Ｚ 纽建筑物主要由河床式厂房、船闸及泄洪闸坝段组成， 工程等级为Ｉ等大（１）型。金属结构设备包括拦河闸、 电站、船闸３部分，本文将介绍拦河闸的闸门设计。工 程枢纽布置见图１。 ●／ ］ ｒ ｉｒ 拉河闸 船闸 ●● Ｉ． ｉＩ１一Ｊ ｌ二二 ； 。｛棼 ＼ 、垂Ｌ、 、 ｆｍ １ ｌ１ ５．５ 图１枢纽平面布置简图示意（单位：ｍ） ２拦河闸的布置方案与设计 图２拦河闸纵剖示意（单位：ｍ） 拦河闸位于河床中间，作为主要泄洪建筑物，其任 务是挡水、过流和泄洪。闸孑Ｌ净宽为１４ｍ，共１９孔，正 常蓄水位为２５．５ｍ，设计洪水位为３０．８５ｍ，校核洪水位 为３２．４５ｍ，底坎高程为１５．５ｍ，检修平台高程为 ２．１工作闸门及启闭机 工作闸门孔口尺寸为１４．０ｍ×１０．３ｍ（宽Ｘ高，下 同），门叶挡水高度为１０．０ｍ，要求动水启闭，局部开启， 调节流量。 收稿日期：２０１１—０３—２４； 修回日期：２０１１—０４—２６ 作者简介：胡伦（１９８０一），女，本科，Ｔ程师，从事金属结构设计Ｔ作。 ・５０・ ２０１１年５月第５期 胡伦：东山水利枢纽拦河闸闸门设计 Ｎｏ．５ Ｍａｙ．２０１１ 在闸门形式的选择上，进行了平面闸门与弧形闸门 的比较。弧形闸门适用于各种泄洪孔口，运用比较灵 活，所需启闭力较小，闸门水力学条件较好，同时可取消 上部启闭机排架。但本工程设计水位和校核水位均较 高，若采用弧形闸门，支铰则需布置在较高位置，要求弧 形闸门支臂半径加大，导致闸墩顺水流向的长度较平面 闸门方案增加约２３ｍ。同时闸墩还要承受弧门支铰传 来的巨大集中荷载以及侧向推力，闸门重量、土建开挖 量和砼工程量都增加，经估算仅土建工程投资增加约１ 倍。此外弧形闸门的安装必须在基坑中进行，估算弧形 闸门在基坑中的安装工期比平面闸门约长３个月，拖缓 工期对电站的早日投产也不利。 考虑到本工程中泄洪时上下游水位相差仅１０ｍ， 采用平面闸门对流态影响不大，能满足使用要求，而 且采用平面闸门可节省投资，施工方便，闸门拼装也 可在检修平台上进行。从我省已建的拦河闸坝采用平 面闸门的实践来看，不存在门槽水力学和闸门动荡等 不利因素，且跨度２０ｍ以内的平板定轮门的变形震动 值在设计允许范围内，故采用平面定轮门运行稳定、 安全可靠。 综合以上因素，拦河闸工作门选用平面闸门。 为适应电站运行调度要求，工作闸门采用２× ６３０ｋＮ固定卷扬式启闭机，扬程为２０ｍ，安装高程为 ４７．０ｍ，设启闭机室，并设现场控制和集中远动控制。 为防意外，闸坝配备柴油机作为备用电源。 ２．２事故检修闸门及启闭机 工作闸门前设１道事故检修门槽，ｌ９孑Ｌ共用２扇 事故检修闸门，孔口尺寸为１４．０ｍ Ｘ １０．３ｍ。当拦河闸 工作门发生事故或定期检修时，事故检修门可动水关 闭；当电站前沿的拦污浮排污物较多时，事故检修门亦 可起排漂作用。同时，考虑到本工程枢纽左岸的船闸闸 室净宽为１４ｍ，拦河闸事故检修门也可兼作船闸上闸首 挡洪检修闸门，无需另行配置闸门及其闭设备，可减少 工程投资。 启闭机进行了台车式启闭机和门式机２个方案的 比较。 采用门式启闭机可省去混凝土启闭机排架，坝面简 洁美观，但闸墩长度比用台车式启闭机增加了２．９ｍ，同 时引起土方开挖、底板砼等项目的增加，整体工程量相 对较大。经计算，采用台车式启闭机工程投资比采用门 式机少４４５万元。因此，事故检修门配置２套２ Ｘ ６３０ｋＮ台车式卷扬机操作，扬程为２０ｍ，安装高程为 ４７．０ｍ，设启闭机室。 ３ 闸门结构形式选择与设计 ３．１工作闸门 为满足动水启闭的要求，工作闸门采用定轮钢闸 门。闸门分为上下两节，上节高度为６．８ｍ，下节高度 为３．５ｍ，通过焊缝联结成整体。由于孑Ｌ口尺寸较大， 闸门承受的总水压力达到７０５ｔ，若采用４个主轮的传 统方案，则平均轮压达到１７６．３ｔ，必须采用直径较大 的主轮。为满足受力要求，轨道截面面积亦相应较大， 导致门槽埋件重量大，所需投资也多。如果闸门每节 采用４个主轮，上下两节总共８个，则平均轮压可降 到８８ｔ，主轮直径可大为缩小，轨道截面面积亦可减少 近一半，从而大大减轻门槽埋件的重量。从节省投资 及降低设计难度的角度出发，拦河闸工作门采用了后 一种方案。 考虑到门槽不宜太大，且主梁的受力情况为中间大 两边小，故闸门设计为变截面主梁结构：中部梁高较大、 两端梁高较小。这种设计方案也可减轻闸门重量，节省 钢材。 工作闸门门叶结构见图３。 ： ｌ銎 ｆ －●＿ ｌ｝ ｌ＼＼ ｌｌ ＼＼Ｉ ｌ ｌ— ｌ ｌＪ ｌ ｌＩｔ ｌ。。 ｌ Ｉ ｌＩ Ｉ ｌ＼＼１ ｌ ＼＼ｌ １硎目 目 目 ＼＼ Ｉ ｌ一 『 Ｉ … ｌｌ Ｉ ｌ厂—］ｆ广—１ ・９ Ｌ＿图３工作闸门结构示意（单位：ｍｍ） ３．２事故检修闸门 事故检修闸门同样采用平面定轮钢闸门和变主粱 结构。因其一门多用的特点，设计时还应考虑船闸检修 的工况。作船闸检修门时，底坎高程为１４ｍ，设计水头 为１１．５ｍ，总水压力为９２６．８ｔ。闸门分为上中下三节， 高度依次为３ｍ、３．８ｍ和３．５ｍ。其中，中、下节门叶通 ・５１・ ２０１１年５月第５期 广东水利水电 Ｎｏ．５ Ｍａｙ．２０１１ 过焊缝联结为整体（以下称中下节），上节与中下节之 间通过联结轴联结，采用止水密封。上节门叶因受力较 小，采用４个滑块作支撑，滑块采用ＭＧＡ材料，可显著 降低摩擦系数；中、下节采用定轮支撑，每节各４个轮 子，总计８个。与工作闸门的设计思想相同，采用多个 轮子可减小轮压，从而降低设计难度，减轻门槽埋件 重量。 事故检修闸门门叶结构见图４。 。’【．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 ．． ．．．．．．．．．．． ！．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．． 。图４事故检修闸门结构示意（单位：ｍｍ） ４事故检修闸门操作方式的设计 由于拦河闸事故检修闸门兼具拦河闸事故检修、电 站排漂、船闸挡洪及检修的功能，不同工况下的操作方 式亦不同。具体设计如下： １）平时，事故检修门的中下节门叶和上节门叶分 别锁定于拦河闸孔口上方，且中下节门叶与移动式启闭 机连接。 ２）当拦河闸工作门发生事故或定期检修时，将中 下节门叶与上节门叶连接后动水闭门；完成检修后启 门，恢复（１）的状态。 ・５２・ ３）当电站前沿的拦污浮排污物较多需要排漂时， 将中下节门叶放置于靠近电站的边孔，开启工作门后使 污物漂过。 ４）当船闸需要检修时，将２扇事故检修门的上节 门叶连接好，再与其中１扇事故检修门的中下节门叶上 部连接，解除锁定后下闸挡水；完成检修后，反向操作启 门。 ５）当水位超过最高通航水位为２７．１１ｍ时，先按 （４）的方式闭门，再打开人字门，将另一扇事故检修门 的中下节叠放在闸门上；洪水过后恢复通航时，反向操 作启门。 ５ 结语 １）东山水利枢纽拦河闸闸门自２００９年投入使用 以来，运行良好，其间虽经历数次大小洪水考验，且频繁 操作，但未发生任何故障或异常现象，业主表示满意。 ２）在进行闸门设计时，应根据实际情况，综合考虑 施工、投资、安装、维护、美观等多方因素，选用适当的门 型和启闭方式，并且尽量一门多用，使闸门充分发挥其 功能，以减少不必要的投资。 ３）在设计过程中，不必拘泥于以往的思路和方式， 可在旧的经验基础之上大胆尝试新的设计方法，以达到 降低设计难度和节省工程投资的目的。 ４）在东江水利枢纽拦河闸的闸门设计中，所有的 主轮轴套、滑块及侧轮的轴套都采用了自润滑材料。其 中事故检修闸门上节门叶的滑块采用ＭＧＡ材料，其性 能优良，价格适中。滑块通过螺栓固定在钢闸门上，具 有结构简单、安装更换方便的特点。自润滑轴承、滑块 具有良好的自润滑性，不需要特别的加油等维护工作， 能承受较大的冲击和稳定载荷，有效保护运转件和其他 机构免受冲击损伤，而且耐磨性能好，摩擦系数低，抗腐 蚀性、抗老化性能好，能够适应运行管理自动化和环保 的需要。 参考文献： ［１］ 广东省水利电力规划勘测设计研究院．广东省丰顺县韩 江东山（禾埕岗）水利枢纽工程初步设计报告［Ｒ］．广州： 广东省水利电力规划勘测设计研究院，２００３． （本文责任编辑马克俊）
