西霞院反调节水库排沙洞排沙底孔工作闸门设计（侯庆宏 陈丽晔 王春）

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1、西霞院反调节水库排沙洞排沙底孔工作闸门设计（侯庆宏陈丽晔王春） 　　图1［摘要］西霞院排沙洞排沙底孔工作闸门是一种双向挡水的闸阀式插板门，本文结合多泥沙河流设备的布置特点，重点分析和研究了闸门的运用方式，通过对闸门的布置及选型、结构设计、支承设计、止水及埋件设计等主要技术难点的设计研究，解决了多泥沙河流尾水较高的情况下挡上游水、下游水沙的难题，也为水工结构的优化布置创造了条件，为后期工程运行带来了便利，同时节约了成本。 　　［关键词］排沙洞工作闸门闸阀式插板门双向挡水西霞院 1概述 　　黄河小浪

2、底水利枢纽配套工程——西霞院反调节水库为河床式径流水电站，装有4台35MW轴流式水轮发电机组。为了在电站进口前形成冲沙漏斗，保证电站正常引水发电，在电站的左、右侧分别布置了3条排沙洞，并在4台机组间设置了3条排沙底孔，进口高程均低于发电洞进口高程8m，以满足排沙比降的要求。6条排沙洞和3条排沙底孔构成了枢纽的排沙系统，除满足正常的排沙冲沙运用要求外，在汛期还兼顾承担枢纽的泄洪任务。排沙系统的金属结构布置型式与运用方式完全相同，仅孔口尺寸不同。下面仅以排沙洞为例来介绍排沙系统工作闸门的设计。 2闸

3、门布置与选型 2.1闸门的布置型式和运用方式 　　由于黄河泥沙的特殊性，在流道停泄时，上下游均有泥 　　沙淤积。为保证流道通畅、不被泥沙淤积，排沙洞的进口设有进口检修闸门和事故闸门，出口设有工作闸门和检修闸门(见图1)。 　　为了调节下泄流量和保证泄水建筑物前形成冲沙漏斗，工作闸门需要经常局部开启拉沙。具体运用方式为：当排沙或泄流时工作门动水启门，由液压启闭机自锁于孔口上方；停泄时工作门动水闭门挡下游淤沙，静水关闭事故门挡上游淤沙，防止上下游淤沙进入洞内；当流道需要检修时，为避免操作繁琐，可由工

4、作门代替出口检修门挡下游水沙。故工作闸门兼有挡上游水和下游水沙的双重任务。 2.2门型选择 　　工作闸门孔口尺寸4.5m×3.8m(宽×高)，上游最大挡水水头28m，下游最低挡水水头为14.03m；工作闸门经常局部开启拉沙。弧形闸门虽然具有启闭力小、闸门局部开启运行安全可靠的优点，但弧形闸门闸室空间大，要求闸后明流，且不能满足双向挡水要求。平面闸门在水流方向上占用空间 　　小、闸门结构简单、可挡上游水及下游水沙，缺点是局部开启时容易产生振动。液压启闭机具有缓冲和减振作用，有下压力，控制精度高，易

5、于实现集中控制和远方自动化控制，且可布置在距门顶约1倍门高的门井内，启闭机室占用空间较小，可满足水工布置要求。因此工作闸门选用液压启闭机操作。 　　经综合比较，工作闸门采用闸阀式结构布置，启闭机室可设在尾水门机下距门顶约1倍门高的门井内。机架与门槽顶部及油缸之间设有密封，防止库水及尾水进入启闭机室。从而降低启闭机安装高度，减小了尾水平台土建工程量，节省了投资。在设计时主要解决如下问题：①闸门的振动问题；②双向挡水的止水、支承设计；③闸门井进、出气问题。 3闸门设计 3.1闸门结构设计 　　闸门结

6、构设计时考虑了闸门挡水、隧洞检修和闸门局开3种工况：闸门挡水时，按上游正常蓄水位134.0m，下游最低尾水位120.03m；隧洞检修时，按上游无水，下游正常尾水位120.8m，淤沙高度4m；闸门局开时，承受较大的脉动压力，从水工模型试验可以看到，由于门后不稳定的旋滚水流，闸门下游胸墙出现负压现象，且该闸门经常局部开启拉 　　沙。经综合分析，确定设计水头时按闸后无水考虑。 　　闸门门体由门叶焊接件、止水装配件、主轮装配件、滑块装配件和侧向装置组成。门叶主材为Q345-B。面板布置在下游面，厚度为1

7、6mm。门叶共设有3根主横梁，其中底主梁为双腹板焊接箱形梁，其它为焊接工字梁，梁高为800mm，支承跨度为5100mm。两主梁之间水平次梁为焊接工字钢，底部水平次梁为焊接T型梁。纵向隔板为组合工字梁断面，边梁为双腹板焊接箱形梁，与主梁等高。 　　门叶整节制造，整体退火，以减少制造、安装及运输过程中变形，达到理想的封水效果。 3.2支承设计 　　闸门挡上游水时水头较高，考虑减小启闭力及运行可靠性，选用简支式定轮作为支承。闸门挡下游沙时水位较低，经过比较选用结构简单、维修方便、自重较轻，且闸门轨道受

8、力均匀的滑块支承。因此，挡上游水时定轮作为主支承，挡下游水沙时滑块作为主支承。为适应正、反轨道的安装误差，主轮采用了偏心距为5mm的偏心轴。安装前可根据反轨及主轨安装误差调整偏心轴，以保证闸门在工作位置时，在上游水压作用下每个轮子踏面均与主轨接触，在尾水和泥沙压力作用下每个滑块均与反轨接触，保证承压状态受力均匀。 　　闸门共设4个主轮，每个主轮受力基本相同，按2000kN设计。由于主轮处于水下工作且库水含沙量较大，轴套选用铜基镶嵌自润滑材料，该材料具有承载力高，减摩耐磨性能好，耐腐蚀、可靠性高、