摘 要：介紹了冶勒水電站泄洪洞、放空洞、引水隧洞和廠房尾水洞的閘門與啟閉機的總體布置，對放空洞的工作閘門和事故閘門作了重點介紹。
關鍵詞：平面閘門；啟閉機；特點；放空洞；冶勒水電站
1 前言
冶勒水電站為大渡河一級支流南椏河梯級開發(fā)的龍頭水庫電站，正常蓄水位2650．00m，校核水位2651．00m，死水位2600．00m，正常蓄水位下庫容2．98億m3，調(diào)節(jié)庫容2．76億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力。電站水工建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)和地下廠房組成，其中首部樞紐包括125．5m高的瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸泄洪洞和放空（導流）洞，引水系統(tǒng)包括引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道。
閘門、啟閉機設備分別位于泄洪洞、放空（導流）洞、引水隧洞和廠房尾水等水工建筑物內(nèi)，共有閘門10扇、攔污柵3扇、卷揚式啟閉機4臺、液壓啟閉機2臺、移動式電動葫蘆1臺，設備總重量約為780t。
2 閘門、啟閉機的總體布置
2．1 泄洪洞閘門、啟閉機的布置
泄洪洞長466．343m，進水口為有壓短管型式，無壓洞身，通過豎井消能后與放空洞的下游段結合。進口設工作閘門，孔口尺寸為3．4m×4m（寬×高，下同），底坎高程2630．00 m，平臺高程2643．50m，設計水頭21m。該門操作頻繁，并有局部開啟工況，考慮到弧形閘門水流條件相對較好，因此采用弧形閘門作為工作閘門。因閘門需借助啟閉機的下壓力才能關閉，故利用一臺搖擺式雙作用液壓啟閉機操作閘門，啟門容量為320kN，閉門容量為30kN，活塞桿行程6m。
為保證工作閘門因故障不能閉門時能及時截斷水流，使庫區(qū)水位不再降低，在工作閘門上游設事故閘門，孔口尺寸為3．4m×4．5m，底坎高程2630．00m，平臺高程2665．00m，設計水頭21m，當工作閘門檢修維護時，作為檢修閘門擋水。該門采用平面滑動閘門，設計工況為動水閉門，靜水啟門，由一臺固定卷揚式啟閉機操作，啟閉機容量630kN，揚程40m。
2．2 放空（導流）洞閘門、啟閉機的布置
放空洞長1 120．177m，在樁號（放）0＋696．733m處設工作閘門，工作閘門前為有壓洞，后為無壓洞。工作閘門孔口尺寸為3m×4．5m，底坎高程2540．11m，平臺高程2549．50m，設計水頭110．89m。該門的作用主要為放空水庫，但根據(jù)水庫來水流量，要求能在校核水位開門宣泄洪水，因此其操作水頭也為110．89m。經(jīng)過對弧形閘門和窄門槽平面閘門的結構剛度、止水嚴密性、閘室空間布置等方面的比較，并結合具有該門參數(shù)量級的工程應用實例，最終采用窄門槽平面滑動閘門，滑道支承兼作止水?？紤]到孔口處流速大，門槽前后采用鋼板襯護。閘門由一臺垂直式雙作用液壓啟閉機操作，啟門容量2×4 500kN，閉門容量2×3 000kN，活塞桿行程5m。
為保證工作閘門發(fā)生故障不能閉門時能及時截斷水流，使庫區(qū)水位不再降低，在工作閘門上游，樁號（放）0＋519．704m處設事故閘門，孔口尺寸為3m×4．3m，底坎高程2541．75m，檢修平臺高程2652．00m，啟閉機平臺高程2664．00m，設計水頭109．25m，當工作閘門檢修維護時，作為檢修閘門擋水。該門采用平面滑動閘門，設計工況為動水閉門，靜水啟門，由一臺固定卷揚式啟閉機操作，啟閉機容量2 500kN，揚程9m，通過拉桿與閘門連接。
2．3 引水隧洞閘門、啟閉機的布置
引水隧洞位于大壩左岸，全長7 118．78m，進口處設三孔攔污柵，呈拱形布置，孔口中心線間的夾角為60°，底坎高程2590．00m，每孔孔口尺寸為3．6m×8m，按4m水壓差設計。因受地形限制，引水隧洞進口伸入水庫，平臺高程2601．30m，位于正常蓄水位以下約50m處，因此難以布置永久性起吊設備。當水庫運行至死水位時，在平臺上設置臨時起吊設備，對攔污柵進行必要的檢查和維修。
在樁號（引）0＋161．00 m處設工作閘門，底坎高程2590．00m，孔口尺寸為4．6m×4．6m，設計水頭61m。該門的作用為控制進入引水隧洞的水流，當隧洞因故需要維護檢修時，動水關閉閘門截斷水流。由于引水隧洞長，為提高對隧洞充水的效率，閘門為動水開啟，因此考慮為平面工作閘門，動水啟閉，定輪支承，上游止水，閉門需加重。閘門由一臺高揚程固定卷揚式啟閉機操作，容量為2 500kN，揚程75m，啟閉機設置在2674．50m高程的啟閉機房內(nèi)。平時，閘門鎖定在門槽頂部2658．50m高程處。
由于隧洞進口水頭較高，為檢修工作閘門門槽，在工作閘門上游樁號（引）0＋156．27m處設置一扇平面滑動檢修閘門。底坎高程2590．00m，孔口尺寸為4．6m×4．6m，設計水頭61m，下游止水，采用滑道支承。閘門為靜水啟閉，啟門時，先開啟門頂充水閥進行充水，待上、下游水壓差小于3m時啟門，由一臺高揚程固定卷揚式啟閉機操作，容量為630kN，揚程80m，啟閉機設置在2674．50m高程的啟閉機房內(nèi)。平時，閘門鎖定在門槽頂部2658．50m高程處。
電站施工時，通過3個施工支洞對引水隧洞進行施工，考慮到發(fā)電后對隧洞維修檢查方便，在2號、3號施工支洞封堵處留進人門，并安裝封堵閘門。封堵閘門孔口尺寸為2．4m×1．8m，設計水頭為87．1m。閘門為鉸鏈推拉式，封閉時用螺栓與埋件固定。閘門在無水情況下開啟或封閉。
2．4 廠房尾水閘門、啟閉機的布置
地下廠房樞紐為兩洞室，即主、副主廠房洞室和尾水閘門室，水輪機為2臺沖擊式機組。為便于檢修機組和尾水管，在尾水管出口設置檢修閘門。考慮到閘門操作空間較小，為方便使用，在兩孔尾水出口設置兩扇平面滑動檢修閘門。底坎高程1998．28m，校核尾水位2001．40m，孔口尺寸為4．2m×3．6m，設計水頭3．22m，采用滑道支承，上游止水，下游設彈性反輪對水封進行預壓。閘門為靜水啟閉，起門時，閘門小開度充水，待上、下游平壓后，提起閘門。由一臺移動式雙吊點電動葫蘆操作，容量2×50kN，揚程6m，通過拉桿與閘門相連。電動葫蘆軌道安裝在2011．40m高程處梁的底面。平時，閘門鎖定在門槽頂部2004．28m高程平臺上。
3 設計特點
冶勒工程閘門、啟閉機的設計難點主要在放空洞的設備，其余部位的閘門、啟閉機均為常規(guī)設備，難度較低。在此僅對放空洞工作閘門和事故閘門進行論述。
3．1 放空洞工作閘門
放空洞工作閘門孔口尺寸為3×4．5～110．89m，作為放空水庫控制閘門的同時，在洪水期還可能參與泄洪。鑒于該工作閘門的工況，綜合水工水道布置，比較了弧形閘門和平面閘門兩種形式?；⌒伍l門門槽雖然水流條件好，但在高水頭工況下上游止水效果不易得到滿足，需要采取專門的止水設備，如液壓變形止水或偏心鉸壓緊式止水，但構造復雜，檢修維護繁瑣。由于該孔口尺寸不大，閘門承受水平水壓力為16 500kN，故采用窄門槽平面高壓滑動閘門，下游止水，止水為青銅對不銹鋼的硬止水型式，有一定的技術優(yōu)勢。這種型式的閘門在我院設計的二灘工程中有良好的運行效果，因此在冶勒工程中，也采用了這種型式。
窄門槽高壓滑動閘門因最早作為高壓閥門而又稱閘閥，門葉為6根主梁與面板、邊梁組成的剛體結構，面板在上游側(cè)。為保證閘門在動水啟閉過程中水流順暢，避免負壓，底緣設計成45°傾角的斜面并采用圓弧與垂直面板過渡，邊梁為一厚板（195mm）；下游支承面設計有青銅滑道，同時兼作硬止水，其加工精度要求高，與門葉的裝配采用螺栓連接，為保證止水的嚴密，裝配好后用環(huán)氧樹脂充填縫隙。門槽段分為上、下游框架及腰箱，分塊加工，安裝時用螺栓連接成整體結構，與門葉配合面設有材質(zhì)為1Cr13的不銹鋼作為支承面及止水座板。為了保證門葉支承滑道兼硬止水與門槽的配合精度，在門葉焊接后應進行整體退火處理，對配合面整體加工，并在廠內(nèi)整體組裝，廠內(nèi)組裝和工地安裝調(diào)試對配合面的要求均為“用0．03mm塞尺每隔30mm量一次，不得貫穿”。
平面閘門有門槽，高速水流流經(jīng)門槽時由于邊界條件發(fā)生了變化，水力學問題比較突出，因此針對該閘門，委托南科院水工所作了閘門水力學及流激振動試驗，依據(jù)試驗結果，對門槽附近流道體型進行了優(yōu)化，改善了出口壓坡斜度、跌坎高度、挑坎尺寸、擴散角等窄門槽平面滑動閘門的幾個關鍵參數(shù)，提高了門槽的抗空化、空蝕能力，所有測點的門槽空化數(shù)均大于規(guī)范的規(guī)定值（K＝0．4～0．6），并具有一定的安全裕度。
為保證工作閘門門槽后水流上部自由水面挾氣和表面拖曳力產(chǎn)生的輸氣量，以及由于設置跌坎而形成的射流底空腔的輸氣量，在門槽后設有兩處通氣孔，一處在洞頂，一處在跌坎側(cè)面，尺寸分別為圓孔1 000mm和方孔（600×600）mm2。試驗表明，洞頂通氣孔的輸氣量大于跌坎側(cè)面通氣孔的輸氣量，最大輸氣量出現(xiàn)在閘門開度為n＝0．5時，風速分別為50m／s和45m／s，當工作閘門全開時，分別降為16m／s和11m／s，說明通氣孔的尺寸是合適的。
啟閉閘門的設備選用雙缸雙作用式液壓啟閉機，容量為2×4500／2×300kN，油缸安裝在門槽腰箱上端法蘭盤上，為鋼性支座、螺栓連接并設有密封裝置以封水。液壓啟閉機活塞桿上加工有螺紋，直接與門葉上的套筒相連并采用承載螺母固定。啟閉機活塞桿最大行程5m，工作行程4．7 m，缸徑630mm，桿徑300mm；液壓系統(tǒng)采用插裝閥組，先導閥為YUKEN產(chǎn)品，高壓球閥為HYDAC產(chǎn)品，其余閥組均為榆次油研產(chǎn)品；行程監(jiān)測裝置由兩套CAP2000內(nèi)置式傳感器組成，測得的數(shù)據(jù)通過PLC匯總分析，達到監(jiān)測兩個油缸活塞桿位置的目的，從而監(jiān)測閘門的開度。雙缸同步精度要求為10mm，是通過行程監(jiān)測裝置和液壓系統(tǒng)中的旁路糾偏回路以及PLC等控制元件實現(xiàn)的。泵站為臥式布置，兩套電動機—油泵組互為備用，油箱及管路材料均為不銹鋼。
3．2 放空洞事故閘門的設計
放空洞事故閘門孔口尺寸為3×4．3—109．25m，在工作閘門出現(xiàn)故障不能閉門時，需要放下事故閘門及時截斷水流，避免造成水的損失，因此其工況為動水閉門、靜水啟門。事故閘門一般為平面閘門，就支承型式而言有定輪和滑道之分，就封水方式而言有上游封水和下游封水之別。由于水頭高，水壓力達15 450kN，若采用上游封水，僅利用閘門自重動水閉門不能實現(xiàn)，需設置加重，而采用下游止水，可以利用門上水柱動水閉門。該門尺寸較小，定輪裝置結構較復雜，定輪的布置與梁格的布置易產(chǎn)生沖突。最近幾年隨著滑道材料技術的發(fā)展，其摩擦系數(shù)可以達到一個較低的水平（0．08～0．12），計算閉門力時對水柱的利用可以相對較少，而計算 持住力時取較高的最小摩擦系數(shù)有利于降低啟閉機容量。因此，放空洞事故閘門采用了平面滑動閘門。
閘門由5根主梁與下游面板、邊梁組成剛體結構，為使動水閉門過程中水流平順，避免負壓，底緣上游傾角取60°，下游傾角取30°，動水閉門時水柱作用在最下面的主梁上。門槽為Ⅱ型門槽，寬深比為1．683，錯距比為0．05，二期混凝土范圍內(nèi)設有鋼板襯砌。模型試驗表明，該門槽體型抗空化、空蝕能力較強。
事故閘門門槽后洞頂設有通氣孔，尺寸為800mm×2000mm，其運行控制條件為在工作閘門全開情況下，事故閘門局部開啟的輸氣量。模型試驗表明，最大通氣孔風速出現(xiàn)在n＝0．1～0．3開度時，為65m／s，已經(jīng)超出了隧洞設計規(guī)范要求的60m／s、閘門設計規(guī)范要求的40～50m／s之值。這是由于閘后流態(tài)特殊，閉門過程中水流沖擊門槽后產(chǎn)生反彈，加劇了紊動，導致水流挾氣顯著增加而致。由于閘門底緣負壓量實測值在常規(guī)范圍內(nèi)，且該門的事故閉門工況較少出現(xiàn)，因此通氣孔的尺寸是適宜的。
操作事故閘門的啟閉設備為固定卷揚式啟閉機。由于閘門為下游止水，啟閉機鋼絲繩有可能長期浸入水中，為保證動水閉門過程中與閘門的連接可靠，采用拉桿裝置與閘門門葉相連。經(jīng)計算，初選啟閉機容量為2 000kN。由于該啟閉機容量的控制為動水閉門過程中的閘門持住力，不同的開度，持住力的變化較大，根據(jù)模型試驗得出的閘門在閉門過程中的凈動水作用力，包括水柱重量、上托力、下吸力，以及不同開度水平方向的水壓力等，以滑動副的摩擦系數(shù)計算得出啟閉機的容量應增加到2 500kN。
4 結束語
冶勒水電站裝機容量為240 MW，是南椏河的龍頭水庫，大壩為心墻堆石壩，泄洪系統(tǒng)僅靠一條泄洪洞和一條放空洞實現(xiàn)，雖然閘門、啟閉機等設備總量并不大，但就放空洞而言，工作閘門和事故閘門的擋水水頭、運行水頭等技術參數(shù)較高，設計有一定的難度，在設計院、科研單位、制造廠、工程局等的努力下，圓滿地完成了設計、制造、安裝。目前放空洞（導流洞）處于施工導流工況，閘門、啟閉機還有待在水庫正式蓄水后考驗。
（轉(zhuǎn)載）
