水力自控翻板閘門在龍勝?gòu)V南水電站中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘要：通過介紹水力自動(dòng)翻板閘門在龍勝?gòu)V南水電站中應(yīng)用情況，介紹設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 水力；自動(dòng)翻板閘門；水電站；應(yīng)用；設(shè)計(jì)

1 工程概況

廣南水電站位于龍勝縣平等鄉(xiāng)廣南村上游約1km處的平等河上，位于平等河中游，電站距縣城60km ，壩址集水面積342km2，壩址以上主河道長(zhǎng)48.2km，坡降17.9‰。工程主要由攔河壩、進(jìn)水口、左岸河床式發(fā)電廠房、尾水渠及升壓站組成。總裝機(jī)3×800kW，總庫(kù)容97萬m3，大壩采用C15混凝土砌石壩，溢流壩段長(zhǎng)60.0m，最大壩高15.6m，為單純發(fā)電的河床式電站，多年平均發(fā)電量：1256.3萬kW·h。工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取100年一遇。設(shè)計(jì)洪水時(shí)最大泄流量為1520m3/s，校核洪水時(shí)最大泄流量為2220m3/s。

2 水文氣象和工程地質(zhì)

2.1 水文氣象

廣南水電站壩址以上流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)區(qū)，氣候溫和，濕度較大。從流域附近各雨量站及水文站的雨量資料來看，降雨多集中在3月～8月，占全年降雨量的70%左右。設(shè)計(jì)流域內(nèi)無氣候特征資料，移用壩址附近的龍勝縣氣象局觀測(cè)的龍勝縣城有關(guān)氣候特征值，做為本設(shè)計(jì)的氣象設(shè)計(jì)依據(jù)，該氣象局有氣象資料30多年，其多年平均氣溫18.1℃，極端最高氣溫為39.5℃，極端最低氣溫為-4.8℃，多年平均風(fēng)速為2.1m/s，歷年最大風(fēng)速28m/s。多年平均最大風(fēng)速18.1m/s。流域內(nèi)日照短，年平均日照時(shí)數(shù)為1200h，占可照時(shí)數(shù)的28%；多年平均蒸發(fā)量為1200mm，最大年蒸發(fā)量為1400mm；濕度較大，年平均濕度達(dá)80%以上。

2.2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)地殼比較穩(wěn)定，地震活動(dòng)微弱，歷史上無地震災(zāi)害記載，本工程區(qū)大地構(gòu)造屬南華準(zhǔn)地臺(tái)桂北臺(tái)隆龍勝褶斷帶，區(qū)內(nèi)無活動(dòng)性及發(fā)震斷裂存在，區(qū)域穩(wěn)定性良好。地震基本烈度為小于Ⅵ度區(qū)。工程設(shè)計(jì)可不作抗震計(jì)算。工程區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，地下水類型主要為基巖裂隙水，第四系零散分布有少許孔隙水，受大氣降水的補(bǔ)給，向就近溪河排泄，地表徑流大，地表水及地下水屬偏碳酸鈣鎂型水，對(duì)混凝土無腐蝕性，工程區(qū)主要為變質(zhì)砂巖，屬弱透水巖石。壩址區(qū)河谷呈“V”字型，為中低山構(gòu)造剝蝕地貌，該壩址河段平直，河流由自北東向南西流，河床寬度35m～50m，右岸自然邊坡30°～40°，左岸自然邊坡40°～50°，左岸有公路沿河經(jīng)過，岸坡大部分為開挖公路棄渣堆填，較松散，厚2m ～3m，右岸邊坡大部分為第四系覆蓋層，厚1m ～2m，兩岸坡部分出露強(qiáng)風(fēng)化基巖，河床為沖洪積層厚約3.5m ～6.0m，主要由漂石、砂卵石混雜而成。壩址區(qū)范圍內(nèi)未見區(qū)域性大斷裂通過。

3 閘門設(shè)計(jì)方案比較

由于廣南水電站壩址以上集水面積大，洪峰流量較大，要求擋水建筑物泄洪能力強(qiáng)，為了較好地解決泄洪與壅水發(fā)電的矛盾，設(shè)計(jì)采用閘門來控制和調(diào)節(jié)壩前水位。在閘門型式的選擇中，設(shè)計(jì)作了定輪平面鋼閘門和液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門兩個(gè)方案的比較。液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)投資相對(duì)節(jié)省，施工方便，運(yùn)行維護(hù)管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低，且加裝液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)，提高閘門的運(yùn)行安全度和靈活度；定輪平板鋼閘門技術(shù)、結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計(jì)均采用常規(guī)方法，但建設(shè)投資與運(yùn)行費(fèi)用較高，且還需增加交通橋及啟閉機(jī)，施工難度大，時(shí)間長(zhǎng)。定輪平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門方案工程量及投資比較表詳見表3.1-1。

從表3.1.1可看出，兩方案攔河壩的土建工程量及投資相差不大，但定輪平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門方案多了57.5萬元， 攔河壩總投資定輪平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門方案多了258.868萬元；在結(jié)構(gòu)型式相同的情況下，定輪平面鋼閘門方案的進(jìn)水口、發(fā)電廠房、尾水渠的土石方開挖量比液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門方案少4970 m3，投資只少12.69萬元，故平面鋼閘門方案比液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門方案總投資多了246.178萬元。 經(jīng)綜合分析比較，設(shè)計(jì)擬采用液壓同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門。選定方案攔河壩下游立視圖見圖1：

4 液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門主要優(yōu)點(diǎn)

液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門主要優(yōu)點(diǎn)有：①開關(guān)控制系統(tǒng)先進(jìn)。在任何水位下均能夠安全開啟和關(guān)閉，以及在未開動(dòng)液壓系統(tǒng)前提下，達(dá)到相應(yīng)水位后仍能進(jìn)行正常開啟和關(guān)閉；在閘門運(yùn)行時(shí)既能在水力及自重作用下平穩(wěn)開關(guān)，也可借助液控同步啟動(dòng)系統(tǒng)隨意開啟或關(guān)閉閘門。②液壓控制系統(tǒng)優(yōu)良。翻板閘門的液壓缸具有減振作用，可以有效消除翻板閘門運(yùn)行過程中拍打、失穩(wěn)；通過液壓控制解決了雜物卡住而造成的漏水、維修，以及清淤泥等難度大的問題。③整體運(yùn)行性能安全可靠。雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘液壓控制同步啟動(dòng)，是在最新型翻板閘門的基礎(chǔ)上增設(shè)的，其性能在運(yùn)行中更可靠、更安全。④具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該產(chǎn)品能極大地提高工程的自身安全性，便于管理，使用壽命長(zhǎng)、投資成本低。

5 水力自動(dòng)翻板閘門過閘流量的計(jì)算原理及成果

目前水力自動(dòng)翻板閘門過水能力的計(jì)算方法是把閘孔出流加堰流和堰流兩種流態(tài)進(jìn)行計(jì)算。一般認(rèn)為，當(dāng)H >1.2～1.3時(shí)，按閘孔出流加堰流的情況計(jì)算；當(dāng)H0 <1.2～1.3時(shí)，按堰流計(jì)算（Ho為閘前水頭，m；e為閘孔開啟高度，m）。本工程采用門上按傾斜薄壁堰自由出流和門下按閘孔出流的計(jì)算方法，計(jì)算公式為：Q1=mσaBh堰3/2 ①；Q2=m孔σsBe （2gH0 ） 1/2 ②；Q=Ql+Q2 ③ ；式中Q1為堰流流量（m3/s）；Q2為孔流流量（m3/s）；Q為總的過閘流量（m3/s）；m 為薄壁堰流量系數(shù)；a為閘門面板與水平面的夾角（。）；B為閘門寬（m）；h堰為堰上水頭（m）；m孔孔為閘孔流量系數(shù)，m孔=0.626一0.624 e/ H。；σs為淹沒系數(shù)；H。為閘前水頭（m）；e為閘孔開啟高度（m）。單扇閘門過流量計(jì)算成果見自控翻板門流量關(guān)系曲線。

5 結(jié)束語(yǔ)

本水電站工程自2009年建成運(yùn)行至今，液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自控翻板閘門運(yùn)行狀態(tài)良好，有效解決了影響閘門運(yùn)行穩(wěn)定的因素，使閘門的穩(wěn)定性有了極大的改善，基本不會(huì)發(fā)生拍打現(xiàn)象，為工程建設(shè)及運(yùn)行管理節(jié)約大量資金。同時(shí)項(xiàng)目建成后投入桂林電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)緩解桂林市電力供應(yīng)緊張狀況，促進(jìn)龍勝縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極作用。