紅花水電站金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、1紅花水電站金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)紅花水電站金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)黎子球（中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)公司廣東廣州510610）摘要：根據(jù)紅花水電站工程的特點(diǎn)，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的選型、結(jié)構(gòu)型式、材料等進(jìn)行比選優(yōu)化，從而確定較佳方案，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品安全、可靠、方便、實(shí)用。關(guān)鍵詞：紅花水電站；金屬結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)一、電站金屬結(jié)構(gòu)總體設(shè)置一、電站金屬結(jié)構(gòu)總體設(shè)置紅花水電站位于廣西柳江縣，工程總庫(kù)容30億立方米，裝機(jī)220MW，是一座以發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉、旅游、養(yǎng)殖等

2、的綜合性大型Ⅰ等水利工程。紅花水電站金屬結(jié)構(gòu)包括泄水閘、廠房和船閘三部分。泄水閘共18孔，孔口寬度16米，設(shè)上游檢修閘門(mén)2扇，啟閉設(shè)備為壩頂門(mén)機(jī)；工作閘門(mén)18扇，啟閉設(shè)備為固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)；下游檢修閘門(mén)1扇，啟閉設(shè)備為手拉葫蘆。廠房部分設(shè)進(jìn)水口前沿浮式攔污排；進(jìn)水口攔污柵，啟閉設(shè)備為耙斗式清污機(jī)；進(jìn)口檢修閘門(mén)，啟閉設(shè)備為壩頂門(mén)機(jī)；尾水事故檢修閘門(mén)，啟閉設(shè)備為臺(tái)車(chē)。船閘為單線(xiàn)一級(jí)1000噸級(jí)船閘，船閘凈寬18米，設(shè)有上閘首工作閘門(mén)和下閘首工作

3、閘門(mén)，啟閉設(shè)備為液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；上閘首擋洪檢修閘門(mén)，啟閉設(shè)備為壩頂門(mén)機(jī)；下閘首檢修閘門(mén)，啟閉設(shè)備為電動(dòng)葫蘆；輸水廊道工作閘門(mén)，啟閉設(shè)備為液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；輸水廊道檢修閘門(mén)，啟閉設(shè)備為電動(dòng)葫蘆等。整個(gè)電站共計(jì)有各種閘門(mén)49扇，傾斜式滑動(dòng)攔污柵12扇，浮式攔污排1條，各種啟閉設(shè)備共有26臺(tái)?？偣こ塘繛?2320噸。二、金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)二、金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)紅花水電站總體規(guī)模雖然不是很大，但其金屬結(jié)構(gòu)卻有它獨(dú)特的地方，如：21600kN壩頂雙向門(mén)機(jī)，容量

4、雖然不算很大，但其功能多；軌上揚(yáng)程大，而軌距卻小。船閘輸水廊道工作閘門(mén)，孔口尺寸和設(shè)計(jì)水頭雖然不大，但工作水頭處于空化臨界狀態(tài)。此外，紅花水電站有不少金屬結(jié)構(gòu)是超大型的，如泄水閘工作閘門(mén)，孔口尺寸（寬高）為1618米；廠房進(jìn)口檢修閘門(mén)，孔口尺寸（寬高）為12.1514.21米，設(shè)計(jì)水頭43.855米。廠房尾水事故閘門(mén)，孔口尺寸（寬高）為12.1510.34米，設(shè)計(jì)水頭41米。廠房進(jìn)水口前沿?cái)r漂最大跨度（直線(xiàn)距離）275m，設(shè)計(jì)最大拉力1

5、400kN等。所有這些，設(shè)計(jì)都有一定32泄水閘工作閘門(mén)泄水閘工作閘門(mén)紅花水電站泄水閘共18孔，主要起擋、泄水作用，最大泄洪流量達(dá)44800m3s。泄水閘工作閘門(mén)采用平面定輪鋼閘門(mén)，孔口尺寸（寬高設(shè)計(jì)水頭）為16m18m17.598m，18孔18扇，采用22000kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作，一門(mén)一機(jī)布置。（1）泄水閘工作閘門(mén)門(mén)型選擇。紅花水電站泄水閘工作閘門(mén)設(shè)計(jì)水頭乘孔口尺寸達(dá)5068m3，屬于超大型閘門(mén)。由于水庫(kù)流量調(diào)度比較復(fù)雜，泄水閘工

6、作閘門(mén)局部開(kāi)啟控泄頻繁，曾考慮采用弧門(mén)方案，以改善工作閘門(mén)的水流流態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：弧門(mén)支鉸宜布置在過(guò)流時(shí)支鉸不受水流及漂浮物沖擊的高程上。由于本工程上、下游泄洪水位高出正常蓄水位較多（上游設(shè)計(jì)洪水位為86.43m，下游設(shè)計(jì)洪水位為86.05m，正常蓄水位為77.5m），若要滿(mǎn)足規(guī)范推薦方式布置，必須增大弧門(mén)面板曲率半徑，支臂長(zhǎng)度將大大增加。因此，弧門(mén)方案不管是金屬結(jié)構(gòu)工程量還是土建工程量都比平面門(mén)方案高，大大增加工程投資。通過(guò)參考

7、國(guó)內(nèi)已建同類(lèi)工程，在總結(jié)分析已建工程實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程具體的工況，設(shè)計(jì)中采用新技術(shù)、新材料，以解決平板閘門(mén)的弊端。紅花水電站泄水閘工作閘門(mén)門(mén)型選定為平面定輪鋼閘門(mén)，大大節(jié)省了工程量。（2）門(mén)槽型式國(guó)內(nèi)外大量的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：平面閘門(mén)門(mén)槽空化空蝕問(wèn)題十分嚴(yán)重，甚至造成嚴(yán)重事故。因此，選擇適當(dāng)?shù)拈T(mén)槽形式以改善門(mén)槽附近的水力學(xué)條件，緩解空化空蝕問(wèn)題非常重要。紅花水電站泄水閘工作閘門(mén)門(mén)槽采用Ⅱ型門(mén)槽。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范、已有科研成果及

8、工程實(shí)例，Ⅱ型門(mén)槽初生空穴數(shù)Ki=0.4~0.6，當(dāng)實(shí)際工程中門(mén)槽附近的水流空穴數(shù)K＞Ki時(shí)，門(mén)槽一般不至于發(fā)生空蝕。從本工程模型試驗(yàn)結(jié)果可以看出：設(shè)計(jì)所采用的門(mén)槽體型是可行的。在敞開(kāi)泄洪中門(mén)槽水流空穴數(shù)高，不會(huì)出現(xiàn)空化空蝕問(wèn)題；而當(dāng)閘門(mén)作局部開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)，工作門(mén)門(mén)槽在大部分工況下具有一定的抗空化空蝕能力，但少部分小開(kāi)度閘下自由出流工況下的門(mén)槽空化數(shù)安全裕度不大。因此，盡量避免在1.5m以下的閘門(mén)小開(kāi)度狀態(tài)下運(yùn)行可基本保證門(mén)槽的運(yùn)行安全。