朝阳寺水电站溢洪道弧形闸门改造设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 朝阳寺水电站溢洪道弧形闸门改造 设计 摘要：朝阳寺水电站溢洪道设 有 5 孔弧形工作闸门。在扩机增容过程 中，正常蓄水位抬高了 2.5m，弧门相应 地增高了 2.5m。从缩短工期、降低施工 期洪水风险方面考虑，在门叶中间增加 了一节门叶结构，弧门半径和支铰高程 均不变.启闭机容量由 21250kN 改为 21500kN，保留液压泵站，更换油缸及 活塞杆。 中国论文网 /2/view-12897322.htm 关键词：弧形闸门；启闭机；改 造；设计 Abstract:The spillway of -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Chaoyangsi Hydropower Station has five radial gates. In the process of expand capacity, the normal water level raised the 2.5 m, increasing the corresponding radial gate 2.5m . In order to shorten the construction period, reducing theconstruction period risk of flood , a structure of gate leaf is increased in the middle of the gate.The gate radius and hinge elevation are unchanged.The hoist capacity from 2 x 1250 kN to 2 x 1500 kN, retention hydraulic pump station, replace the oil cylinder and the piston rod. Key words:radial gatehoistretrofitdesign 中图分类号：TV663+.2 文献标 识码：A 文章编号： 1、概述 朝阳寺水电站位于湖北省咸丰县 境内的唐岩河干流的下游，是唐岩河流 域三级开发中的最后一个梯级电站。该 电站于 1996 年建成，正常发电运行至 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 今。2004 年开始对其扩机增容，扩机增 容后，电站装机容量为 315130MW ，即增加一台 30MW 发 电机。年利用小时数 3400h，多年平均 发电量 2.55 亿 kW.h，总库容 1.205 亿 m3。 朝阳寺电站扩机增容工程的金属 结构部分主要内容有：溢流坝 5 扇露顶 式弧形工作闸门加高改造；新增引水发 电系统发电洞进口拦污栅 1 扇、事故检 修平面闸门 1 扇和电站厂房出口尾水检 修平面闸门 1 扇。配套卷扬式启闭机 2 台，溢流表孔弧形闸门液压式启闭机 5 台，而原来 4 套液压泵站保留继续使用。 除此之外，对一期工程的相关金属结构 设备按新的设计条件进行了复核。 由于溢洪道表孔弧门改造工作量 较大，而且改造过程中做到了较好的设 计优化，故本文仅对溢洪道表孔弧门的 改造设计做简要介绍。 2、溢洪道弧形工作闸门改造设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 计 2.1、设计条件 朝阳寺电站扩机增容后，水库正 常蓄水位 509.5m，较原 507.0m 提高了 2.5m。设计洪水位 509.5m 较原来 507.31m，提高了 0.19m。校核洪水位 509.80m，较原来 509.78m 提高了 0.02m。 2.2、原弧门概况 改造前朝阳寺电站在大坝上布置 了 5 孔弧形闸门，闸门尺寸为 1213m 溢流堰顶高程 495.00m，设计水位 507.00m，闸门超高 0.50m，关门时闸 门底缘高程 494.50m ，支铰高度 7.50m，闸门曲率半径 14.00m，总水压 力为 9680kN。选用 21250kN 液压启闭 机，闸门运行条件为动水启闭，可作局 部开启控制运行。弧门采用双主横梁双 斜支臂结构，主梁、支臂断面均为单腹 板工字型。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2.3、弧门改造设计 闸门改造的初设方案拟保留原闸 门的门叶部分，在原闸门的下部增加高 约 2.5m 的门叶结构，将增加部分与闸 门连成一体。拆除原二支臂结构将其更 换成三支臂，形成 1215.0m 的三主横 梁-三支臂的弧形闸门，保持原支铰位 置和闸门面板曲率半径 14.00m 不变， 并更换支铰。这样可使原弧门的主梁、 次梁、支臂等主要构件所受荷载基本不 变或增加不多，充分利用原来的闸门结 构和原有的埋件。 2003 年 7 月，在本工程的金属结 构招标会期间，朝阳寺电业有限公司 （业主）邀请了葛洲坝等单位的金属结 构专家对弧门施工方案进行了现场咨询， 专家提出了门叶从上部加高的两支臂方 案。此方案在缩短工期、降低施工期洪 水风险方面有一定的好处。业主对此很 感兴趣，要求设计方对此方案认真研究 和细化。通过进一步方案比较后，我们 认为，新方案在满足安全运行的前提下， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 一定程度上可缩短工期，方便安装，减 少现场各专业的相互干扰，降低施工期 洪水风险。但新方案较原方案的工程量 有所增加（约 6t/扇） ，需经业主对此新 增工程量的认可，且制作安装难度、精 度有所增加。根据专家的意见，并征得 业主的同意，结合施工条件、施工单位 的吊装手段和施工时间要求，我院在施 工设计时对初设方案进行了一定的调整。 本次扩机增容确定的设计水位为 509.50m，比原来的 507.00m 提高了 2.50m。加高改造后溢洪道表孔弧门孔 口尺寸 1215.0m（宽高，下同） ，溢 流堰顶高程 495.00m 不变，弧形门底槛 高程 494.50m 不变，设计挡水水头 15m，支铰高度 7.5m 不变（由于电站 增容后的校核洪水位较原来仅提高了 0.02m，因此支铰不影响泄洪水面线） ， 弧门面板曲率半径 R=14m 不变，总水 压力为 1376t。闸门操作条件为动水启 闭，控制运行。闸门设计方案为两主横 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 梁-斜支臂框架结构，支铰轴承采用自 润滑柱面轴承。门叶从上方距上主梁 1.5m 处切割开，增加一小段含一根主梁 的门叶结构（包括面板、小横梁、纵梁、 边梁等） ，原上主梁不变，将原下主梁 通过增加梁高等措施补强，下节门叶增 加水平次梁补强加固，仍采用两支臂支 承。弧门门叶施工方案为：先将原门叶 上主梁以上部分切割，吊出闸室。再依 次由下至上安装新制的主梁和中部门叶 结构，原上主梁以上的门叶部分吊装回 来与新制门叶对接。门叶安装完毕后用 临时措施将门叶固定在闸室内，拆除原 支臂，加固下主梁，更换新的支铰和安 装新制的支臂结构。支臂采用箱形梁断 面，上、下两支臂间设两根中间支承杆。 主材为 Q345B，新增门叶结构、支臂在 右坝头坝面的临时加工场制作，整体预 拼装合格后，分为高度尺寸不大于 3.7m 的运输单元，拖运到各孔口上的公路桥 面。支铰部件在工厂制造，整体予拼装 合格后运至现场。闸门和启闭机的拆除 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 和安装，利用闸墩上的两付扒杆等临时 启吊设备进行。门槽侧轨在现有侧轨基 础上（510.0m 高程）接高至 511.5m 高 程。闸门的启闭机操作吊点位置不变， 仍按原来的设在下主梁的悬臂段。 弧门门叶结构剖面如左图 1（方 框内为新增加的门叶部分，上、下两节 双点划线表示原有的门叶结构部分） 。 弧门支铰装置（铰链、铰座、轴、 球轴承等）全部予以更换。复核铰座的 地脚螺栓截面不能满足要求，如果把所 有的地脚螺栓全凿出来，难度很大，因 此将铰座设计成不对称结构，原有的 12 根地脚螺栓保留，在铰座的上方钻一排 （4 个）螺杆孔，增设 4 根 M48 对拉螺 杆。见下图 2： 图 2 支铰铰座地脚螺栓布置图 2.4、弧门的计算结论及对比 闸门主材 Q345B，埋件主材 Q235，支铰主材为 ZG310-570 铸钢。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 2007 年 9 月，朝阳寺电业有 限责任公司委托湖北省水利厅水电工程 检测研究中心，对朝阳寺表孔溢洪道弧 形闸门进行现场安全检测，主要项目有： 表孔弧形闸门原型观测、弧形闸门结构 三维有限元分析、弧形闸门金属结构焊 接质量抽检。限于篇幅，本文仅对检测 有关结论做复述。 （1）弧形闸门原型观测结论与 建议 实测弧门振动加速度、振动 位移和动应力都很小，闸门属于微幅随 即强迫振动，对闸门安全运行无影响； 闸门在正常的工作条件下， 其前三阶自振频率为 5.20Hz8.32Hz ， 远大于水流的脉动主频率 02.5Hz，闸 门不会产生共振现象； 实测动力响应表明，闸门振 动的最不利开度是 3.0m4.0m 和 5.5m6.5m 两个区间，5 扇闸门应尽量 避开在这两个区间内长时间泄洪。 两个边孔闸门的水流受岸壁 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 的影响，门前流态十分紊乱，大量的不 对称漩涡直接冲击闸门，容易引起强烈 振动，因此，在泄洪启动过程中，建议 对 5#闸门（边孔）进行重点监视； 必须严格控制上游水位，严 禁门顶过水（闸门在运行过程中，曾出 现门顶过流的违规现象） 。 （2）弧形闸门结构三维有限元 分析 采用 ANSYS 有限元计算程序， 按第 4 强度理论来验算闸门的强度。将 闸门主要构件部位的实测应力值与计算 结果对比，除了纵隔板下部的计算值比 实际值小外，其余大部分测点计算值与 实测值较接近。见下表 1： 表 1 闸门主要构件的应力计算值 与实测值比较（MPa） 构件部位（测点） 实测值 计算 值 支臂内侧翼缘（Y1） -101.3 - 95.43 支铰（A1） 切向 19.03 8.052 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 径向 -12.5 -17.369 纵隔板上部（点 2） -62.75 - 57.498 纵隔板下部（点 11） 120.75 96.53 上主横梁后翼缘（点 15） 49.34 64.52 下主横梁后翼缘（点 15） 105.11 64.52 结论与建议： 在 15m 设计水头下，弧门门 叶上悬臂最大位移为 12.618mm（位于 闸门面板顶部） ，主横梁以上的面板部 分悬臂变形效应较明显。上主横梁跨中 挠度为 3.026mm，下主横梁跨中挠度为 2.674mm，均小于允许挠度 10.8mm， 闸门主梁刚度满足规范要求； 在 15m 设计水头下，闸门主 要构件应力满足要求，有限元计算结果 与实测值大部分比较接近，相互得到验 证； 无水情况下闸门第 1 阶自由 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 振动频率为 12.212Hz，由于水体的附加 质量，有水时闸门的自由振动频率比无 水时低； 闸门结构设计合理，并有一 定的安全储备。 3、溢洪道弧门启闭机改造设计 由于闸门加高后，其总水压力增 加了 411t，经复核，原 21250kN 液压 启闭机容量已经不能满足新的启门力的 要求，因此，启闭机应予以更换。计算 采用容量为 21500kN 液压启闭机，启 闭机工作行程为 6.32m。由于工作行程 变化，且启闭机容量变化，原来的液压 油缸和活塞杆无法保留，必须更换，但 考虑到启闭机容量仅增加 20%，经复核， 液压系统额定压力为 17.1MPa，原液压 泵站和液压系统仍然能够满足要求，可 以保留继续使用。液压油缸的下吊点位 置不变，仍按原来的设在下主梁的悬臂 段；连接液压油缸的支铰埋件予以更换， 打锚杆固定，并增设抗剪梁，液压油缸 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 的旋转中心略有调整。 表 2 21500kN 液压启闭机主要 技术特性 序号 名 称 参 数 备 注 1 额定启门力 21500 kN 2 工作行程 6 .321m 3 最大行程 6.500m 4 吊点间距 11.0 m 5 启门速度 0.4 m/min 可调 6 闭门速度 0.3 m/min 可调 7 操作条件 动水启闭，可局部 开启 4、结语 在改造工程中，怎样从投资最省、 施工方便、满足工期、结合现状等角度 去考虑方案的选择，是我们在设计中常 遇到的问题。有时候无法兼顾，但怎样 做到最佳选择可能不仅仅是设计方单独 的面临问题，需要业主、施工方的共同 努力。在本案中，从投资上讲，技施设 计方案不是投资最省的方案；从施工难 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 度而言，本方案切割面较多，要求割口 平整，焊前打坡口，对接焊缝较多，要 求焊透、探伤