张广江

(贵州省六盘水市水务有限责任公司，贵州 六盘水 553000)

基于水电站工程中闸门设计

张广江

(贵州省六盘水市水务有限责任公司，贵州 六盘水 553000)

闸门是挡水、引水、泄水与排沙重要的水工建筑物。文章以位于贵州省水城县东南的猴场电站工程实例，对水电站闸门设计进行论述，并从闸门设计及启闭机选型进行分析，且根据笔者多年来的工作经验和相关知识作以探讨。

水电站；闸门设计；设计依据；计算方法；启闭机选型

1 工程概况

猴场电站位于水城县东南部猴场乡境内月亮河上，是月亮河的末级电站。电站装机容量9.6 MW，年发电量3 760 万 kW·h。金属结构设备包括引水发电系统、泄水冲沙系统等，其中引水系统金属结构设备包括取水口拦污栅1道、工作闸门1扇，固定式卷扬机2套[1]。

泄水系统的金属结构设备包括溢洪道检修闸门1扇，工作闸门1扇，冲沙、放空底孔事故闸门1扇，工作闸门1扇，固定式卷扬机4套[2]。

2 设计依据文件和规范

2.1 主要设计规范

1)水利水电工程钢闸门设计规范 SL74—95。

2)水利水电工程启闭机设计规范 DL/T 5167—2002。

3)水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范 DL/T5018—2004。

4)水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范 SL 381—2007。

5)水工金属结构防腐蚀技术规程SL 105—2007。

2.2 设计参考资料

1)核洪水位：822.73 m。

2)设计洪水位：821.15 m。

3)常蓄水位：818.50 m。

4)死水位：816.50 m。

5)水口底板高程：815.50 m。

6)底孔底板高程：812.00 m。

7)《水电站机电设计手册金属结构》(一)、(二)，水利电力出版社。

8)《水工钢闸门设计》，水利电力出版社。

3 计算方法

采用容许应力法进行结构计算。计算步骤：

1)设计水头选定。

2)总水压力计算。

3)结构布置。

4)面板计算。

5)次梁选定及应力、刚度验算。

6)主梁选定及强度、刚度、稳定性验算。

7)纵向隔板选定及强度、刚度、稳定性验算。

8)边梁选定及强度、刚度、稳定性验算。

9)零部件计算。

10)启闭力计算。

11)埋件计算。

4 闸门设计及启闭机选型

4.1 引水发电系统

引水发电系统主要包括了：取水口拦污栅及启闭设备和取水口事故闸门及启闭设备。

4.1.1 取水口拦污栅及启闭设备

取水口拦污栅设置在引水隧洞进口喇叭口处，孔口尺寸为7.4 m×5.0 m，底槛高程：814.50 m，1孔，设计引用流量21.0 m3/s，过栅流速为0.757 m/s，设计水头3.0 m，型式为平面滑动式拦污栅，栅体重9.0 t，栅槽埋件重2.0 t。

根据大坝上游库区内自然环境状况，设一道拦污栅，拦污栅平常放置在孔口栅槽拦污，一旦有清污或检修要求时，先动水关闭其后工作闸门，再利用设置在▽828.80 m固定式卷扬式启闭机将拦污栅启吊至检修平台高程进行清污或检修维护，待上述工作完成后，先放下拦污栅挡污，然后启吊工作闸门锁定于检修平台上[3-4]。

隧洞进口处设置有可靠的测压装置，以监视拦污栅前后水位差，及时提栅清污，避免出现超过设计水头的运行工况，防止事故的发生。

拦污栅主支承是增强四氟NL150CHI型滑块，最大的线荷载为25 kN/cm，反向支承是钢滑块。栅条间距50 mm。栅体主材为Q235B，内力分析计算结果见表1。

4.1.2 取水口事故闸门及启闭设备

在拦污栅的下游设置1扇工作闸门，孔口尺寸为2.8 m×3.0 m，设计水头7.5 m，闸门型式为平面定轮钢闸门，选用1台设置在▽828.80 m上的QPQ160kN-13 m的固定式卷扬机控制闸门，操作运行条件为动水启闭，启闭机上设置小开度的行程控制开关[5]。

由于引水隧洞是无压洞，当上游水位高于正常高水位818.50 m时需要工作闸门下闸挡水控制流量，当其后无压隧洞和压力前池出现事故需要检修或上游的拦污栅有清污时，动水闭门截断水流，检修工作完成后，待闸门前后水压差≤3 m时提升闸门，并锁锭于823.50m检修平台上备用。

表1 内分分析计算结果(一)

闸门由门叶结构(焊接件)、水封装置、4个悬臂主轮支承、4个反向支承滑块和4个侧向限位装置等所组成[6]。

受力计算采用假设平面体系，按照实际可能发生的最不利荷载组合情况，进行强度、刚度和稳定性验算。

闸门在设计水头下动水操作会受到不同程度的动力荷载，动力系数取1.1。门体材料为Q235B，内力分析计算结果见表2。

表2 内力分析计算结果(二)

门槽埋件由主轨、反轨、侧轨、门楣、底槛等组成。

其中主轨长度为8.1m，主轨、反轨、门楣等均由Q235B钢板和型钢组焊而成。

4.2 泄水系统闸门及启闭设备

泄水系统闸门及启闭设备包含了：溢洪道检修闸门、溢洪道工作闸门、底孔进口事故闸门和底孔进口工作闸门。

4.2.1 溢洪道检修闸门

溢洪道三孔工作闸门前共设置3孔平板检修闸门槽，共用一扇孔口尺寸为9.0 m×1.5 m的平板检修门，底槛高程：815.00 m，设计水头1 m，采用小开度提门充水平压。闸门操作运行条件为静水启闭，门体重3.81 t，单孔闸槽埋件重0.82 t，埋件合计重2.54 t。

选用1台CD-2X50kN-13m双钩同步移动电动葫芦控制。枯水期间当其后平板工作闸门需要检修时，放下检修闸门挡水待检修工作完成后静水启门，提升并锁定于检修平台高程[7]。

闸门由门叶结构(焊接件)、水封装置、4个主支承滑块(弧形滑块，弧面半径是R300 mm，主滑块与主轨的摩擦系数取0.15)、4个反向支承滑块和4个侧向限位装置等所组成。

受力计算采用假设平面体系，按照实际可能发生的最不利荷载组合情况，进行强度、刚度和稳定性验算。

闸门在设计水头下动水操作会受到不同程度的动力荷载，动力系数取1.1。门体材料为Q235B，内力分析计算结果见表3。

表3 内力分析计算结果(三)

门槽埋件由主轨、反轨、侧轨、底槛等组成。其中主轨长度为4.1 m，主轨、反轨等均由Q235B钢板和型钢组焊而成。

4.2.2 溢洪道工作闸门

溢洪道检修闸门后面设置3扇9.0 m×4.0 m的平板工作闸门，设计水头3.8 m，底槛高程：814.734 m。

闸门操作运行条件为动水启闭，单扇闸门门体重10.82 t，合计重32.46 t，单孔闸槽埋件重4.01 t，合计重12.03 t。选用3台QPQ2X80kN-13 m卷扬机控制。

该启闭机除保证常用电源可靠外，还应设置备用动力，能及时提升闸门宣泄洪水，确保枢纽安全运行。

闸门由门叶结构(焊接件)、水封装置、4个悬臂主轮支承、4个反向支承滑块和4个侧向限位装置等所组成。

受力计算采用假设平面体系，按照实际可能发生的最不利荷载组合情况，进行强度、刚度和稳定性验算。闸门在设计水头下动水操作会受到不同程度的动力荷载，动力系数取1.1。门体材料为Q235B，内力分析计算结果见表5。

表4 内力分析计算结果(四)

门槽埋件由主轨、反轨、侧轨、底槛等组成。其中主轨材料为16 Mn，长度为8.95 m，反轨、底槛等均由Q235B钢板和型钢组焊而成。

坝上用电电源：一回采用施工用电电源，另一回采用柴油发电机发电。正常情况下施工电源作为永久电源，柴油发电机作为备用电源；现场控制闸门启闭。

4.2.3 底孔进口事故闸门

放空冲砂底孔进口设置一扇事故闸门，孔口尺寸为2.0 m×2.0 m，底槛高程为812.00 m，设计水头11.0 m，闸门型式为平面定轮钢闸门，门体重2.4 t，埋件重3.65 t，选用1台QPQ160kN-13m的卷扬式启闭机控制，操作运行条件为动闭静启，启闭机上设置小开度的行程控制开关，考虑小开度提门充水平压。

当其后的工作闸门需要检修时，动水下闸挡水，待检修工作完成后静水启门，提升并锁定于检修平台高程。

闸门由门叶结构(焊接件)、水封装置、4个悬臂轮主支承(同时兼做反向支承)、4个侧向限位装置等所组成。

受力计算采用假设平面体系，按照实际可能发生的最不利荷载组合情况，进行强度、刚度和稳定性验算。

闸门在设计水头下动水操作会受到不同程度的动力荷载，动力系数取1.1。门体主材为Q235B，内力分析计算结果见表6。

表5 内力分析计算结果(五)

门槽埋件由主轨、反轨、侧轨、门楣、底槛等组成。其中主轨材料为16 Mn，长度为11.6 m，反轨、门楣等均由Q235B钢板和型钢组焊而成。

4.2.4 底孔进口工作闸门

放空冲砂底孔在进口事故闸门下游侧设置一扇工作闸门，孔口尺寸为2.0 m×2.0 m，底槛高程为812.00 m，设计水头11.0m，闸门型式为平面定轮钢闸门，门体重5.27 t(含2.75 t加重块)，埋件重3.78 t，选用1台QPQ125kN-13m的卷扬式启闭机控制，操作运行条件为动水启闭。当水库需要冲沙、放空时，开启工作闸门冲砂、放水，待冲砂、放空完成后关闭闸门，放空冲砂底孔工作闸门长期处于关闭状态。

闸门由门叶结构(焊接件)、水封装置、4个悬臂轮主支承(同时兼做反向支承)、4个侧向限位装置等所组成。

受力计算采用假设平面体系，按照实际可能发生的最不利荷载组合情况，进行强度、刚度和稳定性验算。

闸门在实际操作中会受到不同程度的动力荷载，动力系数取1.1。门体主材为Q235B，内力分析计算结果见表6。

表6 内力分析计算结果(六)

门槽埋件由主轨、反轨、侧轨、门楣、底槛等组成。其中主轨材料为16 Mn，长度为11.6 m，反轨、门楣等均由Q235B钢板和型钢组焊而成。

5 总 结

猴场水电站引水发电系统、泄水系统闸(栅)门的金属结构设计严格遵循《水利水电钢闸门设计规范》SL74—95进行，主要受力构件的强度、刚度及稳定性均满足规范要求，选型布置合理，能满足电站的蓄水安全要求。

[1]李彦彬，徐建新.叠梁闸门设计新思路[J].人民黄河，2006,28(01)：65-66.

[2]杨贵海，陈美芬.钢闸门设计缺陷形成原因及解决方案研究[J].科技广场，2014(06)：83-88.

[3]邹柏青，李德.三峡电站进水口快速闸门设计[J].人民长江，1998(S1)：55-56.

[4]徐国宾，周富满，高仕赵.基于VB的平面钢闸门设计平台开发[J].水资源雨水工程学报，2013,24(03)：7-9.

[5]张文武.水工钢闸门设计初探[J].中国高新技术企业，2009(08)：16-18.

[6]刘永胜，贾爱军，吕念东.大渡河龙头石水电站导流洞封堵闸门设计[J].东北水利水电，2011(10)：8-9.

[7]刘雷.人字门在松江银河泵闸工程中的应用[J].城市到桥与防洪，2013(10)：75-78.

GateDesignforHydropowerStation

ZHANG Guang-jiang

(Guizhou Province Liupanshui Water Affairs Co.，Ltd，Liupanshui 553000，China)

Gate is an important hydraulic structure for water retaining，water diversion，water discharge and sediment discharge.Taking Houchang Hydropower Station，located at the southeastern part of Shuicheng County，Guizhou Province，as an example，the design of hydropower station gate is discussed and hoist type selection is analyzed，then the relevant problems are discussed according to writer′s experience over the years.

hydropower station；gate design；design basis；calculation method；hoist type selection

1007-7596(2014)12-0047-04

2014-05-29

张广江(1975-)，男，贵州安顺人，工程师，从事水库管理工作。

TV663

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