马鹿塘水电站一期工程溢洪道的金属结构.doc

马鹿塘水电站一期工程溢洪道的金属结构国家电力公司昆明勘测设计研究院 冯晓祥1 概述马鹿塘水电站一期工程位于云南省文山州麻栗坡县境内，是盘龙河干流上的第八个梯级电站，云南省重点工程之一。距麻栗坡、文山、昆明分别为36km、116km和446km。主体建筑物由混凝土重力坝、有压引水隧洞、调压井及地面厂房组成。电站为低坝引水式发电，坝高40m，库容4.15106m3。装设2台50MW混流式机组，保证出力39.2MW，年利用小时6.97103h，年发电量6.97103kwh。电站金属结构根据水工建筑物布置分为引水发电系统、导流冲沙系统、溢流系统。首部建筑物正常设计水位(P=1%)515.00m，校核洪水位(P=0.2%)516.934m。电站投运后表孔将承担79%的总泄洪量(其余21%由导流洞改建后渲泄)。因此，表孔闸门及启闭机的选型、设计布置必须保证安全可靠、先进合理、经济实用的原则。2 溢流坝金属结构的设计布置特点2.1 方案比选根据水工建筑物布置，适合的闸门型式有平面闸门、弧形闸门，并对两种方案的工作闸门进行了技术经济比较。弧形闸门、平面闸门技术经济比较见下表：项目方案技术指标安全可靠性经济指标（万元）设备参数数量工程量（t）泄洪系统中采用最广泛的门型，运行安全可靠。制作安装合计弧门方案工作闸门10m7m-7m(宽高-设计水头)4扇4孔16017620461工作门槽40356启闭设备油机2800KN4套(八台)5620024泵组4套闸平门方案工作闸门10m7m-7m(宽高-设计水头)4扇4孔106同规模工程很少采用。二级活塞杆全行程下的抗侧向稳定是设计的关键，油机结构改进和采取导轨措施，安全系数满足设计规范，技术措施合理，安全可靠，经济实用。12132242工作门槽22.2启闭设备二级柱塞油液压启闭机21000KN4套(八台)3689泵组4套一般弧形闸门无门槽，水流条件较好，超泄能力较强，但闸室（敦）尺寸较大，支饺传递荷载集中；而平面闸门易提离孔口，安装检修方便，但门槽附近水流条件较差。结合本工程的布置特点和技术经济比较结果，经多方的论证和评估。最终选定“平门柱塞油机”方案。平面定轮闸门、二级柱塞式液压启闭机的布置选用，在云南省乃至西南地区的同等规模工程中甚为少见，设计思路新颖、坝面布置简洁“见门不见架”、节约投资、减少工期。溢流坝段位于大坝的中部，坝段长65.5m，坝面检修通道净宽4.5m。工作闸门承担的总泄洪流量为2200m3/s，闸门全开时流速约8 m/s。在坝横0+002.500处设有4个闸孔，布置4孔10m7m的表孔平面定轮工作闸门，设计水头7m，动水启闭，可作局部开启，由四套（八台）二级柱塞式液压启闭机操作。闸门底槛高程为507.975m，液压启闭机布置于两侧闸墩门槽之中，泵房布置在高程为518.00m溢流坝段的左、右两侧。2.2平面闸门结构及启闭设备2.2.1 闸门结构采用主横梁和多根小横梁单层结构的方案，以保证闸门有较大的整体刚度。为了节约投资，主横梁结构采用变截面的工字钢型式，材料为16Mn。从运输需要考虑，门叶沿高度方向分为2节，中间封水连接。为了防止闸门在运行过程中的卡阻、歪斜、扭曲和不利于同步运行。在闸门两侧设置了侧向装置，且保证不同开度均有两对的侧轮在门槽中。常规的封水效果依赖制作、安装的精度和水封的设计压缩量。而侧向封水装置的设计使用，是该闸门的一个特点，既减少了制作、安装误差对封水效果的影响；又减小摩阻力，降低了启门容量。水封采用“L”形橡塑水封，当闸门关闭过程中，随着闸门的下降，水封上形成水压力压缩水封止水；而启门过程中，水封逐渐脱离座板，减小了摩阻力。定轮闸门的支承为重要部件，以其轴承型式的不同，通常有滑动、滚动二种型式。选用原则是：轴承转动灵活，摩擦阻力小，减小启门力；承载能力大且易布置。根据上述要求结合本工程的特点，选用SKF的滚动轴承，其特点是自动调整能力强，在一定范围内可矫正制造和安装误差，润滑效果良好，转动灵活。2.2.2 启闭设备经过充分的比较和论证，该表孔平面闸门启闭设备选用液压启闭机，型号为：QPPYI-2300KN-9m。其主要参数如下：启门力 2300kN数量 4台套启门速度 0.5m/min工作行程 8.5m最大行程 9m一级油缸径参数 200mm/168mm二级油缸径参数 250mm/215mm工作压力 9.8MPa考虑到柱塞油压启闭机布置于闸墩内，设备的维修和更换部件有一定的难度，因此四台套的柱塞油压启闭机均选用徳国Merker公司的组合密封，其特点是密封可靠、寿命长和安装方便。液压系统所有阀（组）件亦选用进口件，以保证系统动作的可靠性。系统中采用了进口的带绝对编码器的行程显示仪和由PLC控制的同步自动纠偏系统，以满足两只油缸的不同步误差小于10mm。系统中还设置了“安全锁锭阀组”，以防油液泄漏造成闸门自动关闭事故。“一对一”闸门、泵组的设置，具有良好的操控性和安全、可靠性。由两个可变量的轴塞油泵以并联的方式连接来保证，在正常的操作过程中，一台工作，一台备用。油泵、液压元件被安装在油箱上，布局具有良好的开敞性，便于阀件的装卸、调试和维护。3 溢流坝工作闸门及启闭机的同步调试当溢流阀组电磁换向阀的电磁铁YV1(未示出)和控制阀组电磁换向阀的电磁铁YV3得电时，油泵压出的压力油流向两油缸的无杆腔。与此同时，柱塞杆伸出，将闸门顶开。当溢流阀组电磁换向阀的电磁铁YV2(未示出)和控制阀组电磁换向阀的电磁铁YV4得电时，油缸的无杆腔的压力油经过控制阀组及回油滤油器流回油箱，闸门靠自重下落。大孔口、双吊点的表孔闸门的同步问题一直是国内同行关注的焦点，是系统的工程。涉及的因素较多，应在设计、制作、安装、运行实施过程中综合考虑。闸门的设计吊点距为10.12m，同步首先是靠闸门上的平衡梁和两油缸平行结构的高刚度连接获得的，随后通过调速阀和两个旁路纠偏阀，使得流入两油缸的流量相等。产生不同步的原因首先是构件的制作、安装精度，其次是液压元件（如调速阀）的流量偏差等。无论何种因素的偏差，一旦被行程位置的测量系统检测到，偏差信号会反馈至控制系统，由纠偏阀YV5和YV6执行纠偏动作，促使偏差量最小化。每个油缸的的行程、不同步量、闸门的实际位置均在现场控制柜上集中显示。当不同步量超过预设值9.9mm，油缸将自动停止。在调试过程中，曾出现油缸的抖动、非排气不净的爬行和自动停止的现象，检测偏差量在10mm10.1mm之间。经检查、分析和充分论证，产生不同步偏差量的主要根源在于调速阀至两油缸之间的管路长度相差14m，且管接头为直角弯头，管路局部和沿程损失存在差异，以及21.1和21.2液控单向阀的流量偏差等。在上述因素的作用下，造成了同等时间内流入两油缸的流量不相等；因而，液控系统的改造势在必行，从改造前后的纠偏系统不难发现，即消除了大偏差量的根源，同时亦满足设计要求。最具有说服力的是四台套油机的不同步偏差量为：6mm、5.6mm、4mm、5.2mm。4 运行效果和评价马鹿塘水电站一期工程溢流坝表孔工作闸门于2004年9月25日安装完毕，10月8日下闸蓄水。经过安装调试和实际运行，证明闸门的整体结构在设计及其构想、制造、安装等方面已达到规范和设计要求，闸门及启闭机操控自如，运行平稳，液压启闭机双吊点同步误差理想。在多次的局开和全开的运行考验，油机未发生任何异常现象，证明