充壓伸縮式水封系統(tǒng)在錦屏一級大壩工程的應(yīng)用

趙海峰，梁小飛，楊維平

（雅礱江水電流域開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)電廠，四川省西昌市 615000）

充壓伸縮式水封系統(tǒng)在錦屏一級大壩工程的應(yīng)用

趙海峰，梁小飛，楊維平

（雅礱江水電流域開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)電廠，四川省西昌市 615000）

充壓伸縮式水封廣泛地應(yīng)用于各水電工程建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)踐證明，對于高水頭弧形閘門，充壓伸縮式水封具有良好的止水效果。針對充壓伸縮式水封系統(tǒng)在錦屏一級大壩工程中應(yīng)用情況，重點(diǎn)介紹了伸縮式水封的結(jié)構(gòu)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝改造、控制流程，為其他水電工程充壓泄壓水封設(shè)備的設(shè)計(jì)與改造提供了參考。

錦屏一級大壩；充壓伸縮式水封；改造；優(yōu)化；控制流程

0 概述

錦屏一級大壩位于四川省鹽源縣、木里縣交界的雅礱江干流，是雅礱江水能資源最富集的中、下游河段五級水電開發(fā)中的第一級，正常庫容為77.6億m3，調(diào)節(jié)庫容為49.1億m3，梯級補(bǔ)償效益顯著，是雅礱江梯級滾動開發(fā)的控制性工程。

錦屏一級水電站樞紐主要建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電建筑物組成。混凝土雙曲拱壩高305m，拱壩壩身布置有4個表孔、5個深孔、2個放空底孔和5個導(dǎo)流底孔。其中大壩深孔以及放空底孔均采用單吊點(diǎn)弧形工作閘門，設(shè)計(jì)水頭分別為91、131m，工作閘門采用充壓伸縮式水封作為主止水，工作閘門頂水封采用轉(zhuǎn)鉸式實(shí)心橡膠P60A水封、側(cè)水封采用橡塑實(shí)心復(fù)合橡膠P60B水封、底水封采用條形橡膠水封作為輔助止水。

1 充壓伸縮式水封結(jié)構(gòu)及工作原理

充壓伸縮式水封結(jié)構(gòu)主要包括水封橡膠、壓板、充壓腔及水封金屬底座，當(dāng)閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時，壓力系統(tǒng)向水封的充壓腔充壓，伸縮式水封借助于充壓腔的背壓，壓緊在弧形閘門的面板上，以達(dá)到止水的目的，有效避免縫隙射流引起的閘門空蝕[1]。閘門開啟前，壓力系統(tǒng)泄壓并對充壓腔抽真空，橡膠頭部縮回，并與閘門面板脫離，這樣既有利于避免閘門動作過程由于摩擦引起的水封損壞，也減少了啟閉機(jī)容量。水封充壓與泄壓狀態(tài)見圖1。

錦屏一級大壩深孔及放空底孔充壓伸縮式水封為“山”型組合材質(zhì)型橡膠水封。經(jīng)武漢大學(xué)力學(xué)試驗(yàn)中心材料力學(xué)試驗(yàn)篩選確定，水封斷面由三種不同硬度的橡膠材料組合而成，其中水封封頭采用硬度和壓縮模量相對較高的SD006材料，以提高水封頭部與閘門門葉面板的接觸應(yīng)力， 減小水封偏頭， 降低水封止水背壓，水封肢體采用硬度和壓縮模量相對較低的SD007材料，有利水封外伸， 降低水封止水所需背壓[2]，水封翼頭采用硬度和壓縮模量相對適中的SD005材料，水封封頭的兩側(cè)面粘貼一層厚度為0.4～0.6mm的聚四氟乙烯材料，用于降低封頭運(yùn)動過程中與水封座、壓板的摩擦系數(shù)。試驗(yàn)證明，水封不同部位采用不同特性的橡膠，較能適應(yīng)變形，在相同背壓作用下的變形量比單一橡膠材質(zhì)的大[3]。

圖1 水封泄壓與充壓狀態(tài)

2 錦屏一級大壩深孔及放空底孔充壓伸縮式水封系統(tǒng)

2.1 總體設(shè)計(jì)

錦屏一級水電站大壩深孔及放空底孔充壓水封系統(tǒng)供水總管、供氣總管、真空泵吸水總管采取獨(dú)立設(shè)計(jì)，7孔閘門分別引出支管與總管相連，支管上分別設(shè)置電動充水閥DQFi-1、電動充氣閥DQFi-2、電動排氣閥DQFi-3、電動抽氣閥DQFi-4、電動排水閥DQFi-5、水封壓力變送器PTi、手動排水閥QFi-6（i=1、2、3、4、5、6、7，代表七孔閘門）以及相應(yīng)的檢修球閥、止回閥。水封保壓用水取至大壩高位水池，依次經(jīng)過高位水箱、濾水器后供給水封，備用供水取自大壩壩前，抽真空設(shè)備是兩臺水環(huán)式真空泵，抽氣時流量為27m3/h，中壓氣系統(tǒng)包括一個3.0m3壓力氣罐、兩臺排氣量為1.5m3/min的空壓機(jī)，用于退水封時的充氣排水流程。單孔閘門水封系統(tǒng)管路布置見圖2。

圖2 單孔閘門水封系統(tǒng)管路布置圖

2.2 充壓水封控制系統(tǒng)

錦屏一級大壩深孔及放空底孔充壓水封采用一套水封控制系統(tǒng)，分別控制空壓機(jī)、真空泵的啟停以及電動閥的啟閉，并與每孔閘門啟閉控制系統(tǒng)互相聯(lián)動、相互閉鎖。水封系統(tǒng)信號控制原理圖見圖3。

2.3 安裝調(diào)試過程存在的問題及改造優(yōu)化

2.3.1 水封泄壓時，部分管路排水不凈

在充壓水封調(diào)試初期，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時忽略了水封的排水管結(jié)構(gòu)以及水封連接管埋管布置細(xì)節(jié)，導(dǎo)致水封泄壓時對水封進(jìn)行充氣排水，水封壓力變送器PTi下部垂直段管路中的水無法排凈，從而使水封壓力變送器PTi無法正確反映水封密封腔的真實(shí)壓力。經(jīng)過研究，決定應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)知識，調(diào)整水封接管，將PTi下部管路與排水閥DQFi-5所在排水管路相連，從而能順利排空壓力變送器PTi下部管路中的水。

2.3.2 水封泄壓時，需人工打開手動排水球閥QFi-6，才能進(jìn)行完全排水

水封管路的調(diào)整后，水封泄壓排水，仍然有排水不凈的情況，開啟弧門時，可能因水封內(nèi)余水的重量壓在水封底部，部分水封頭與弧門可能存在摩擦，進(jìn)而擦傷水封頭，只有通過人工打開手動排水球閥QFi-6才能進(jìn)行完全排水。根據(jù)電站自動化控制要求，在QFi-6出口增加電動球閥DQFi-6，并完善相應(yīng)控制程序，自動控制DQFi-6進(jìn)行完全排水，原手動閥QFi-6成為檢修常開球閥。此次改造后，實(shí)現(xiàn)了水封系統(tǒng)自動充壓及泄壓，為遠(yuǎn)程自動啟閉閘門打下基礎(chǔ)。修改后的水封系統(tǒng)管路布置圖見圖4。

圖3 水封系統(tǒng)信號控制原理圖

圖4 改造后的水封系統(tǒng)管路布置圖

2.4 水封充壓、泄壓控制流程

在水庫蓄水之前，大壩弧門水封充壓系統(tǒng)的壩前取水口不能取水，進(jìn)行弧門水封充水保壓無水調(diào)試的用水，取自施工用水水源，由于水壓較低，在投入水封時需要在水封充水完畢后進(jìn)行充氣保壓。

水庫蓄水完成后，大壩弧門水封充壓系統(tǒng)管路形成，水封控制系統(tǒng)投入自動運(yùn)行。閘門全關(guān)時執(zhí)行投入水封流程，在水封充水完畢后直接進(jìn)入充水保壓流程。閘門退水封流程分為閘門開啟退水封流程、閘門關(guān)閉退水封流程。閘門開啟退水封分為自然排水過程、充氣排水過程、抽真空過程；閘門閉門退水封將直接進(jìn)入抽真空過程。為了避免供氣管、供水管閥門存在泄漏，導(dǎo)致動門期間橡膠水封充壓伸出，造成水封的磨損，閘門動作期間真空泵一直保持運(yùn)行。水封系統(tǒng)控制流程圖見圖5。

圖5 水封系統(tǒng)控制流程圖

3 結(jié)束語

錦屏一級大壩深孔及放空底孔充壓伸縮式水封系統(tǒng)根據(jù)工程實(shí)際，改進(jìn)管路安裝布置，優(yōu)化調(diào)試流程，解決了排水不凈以及自動充壓泄壓問題，順利實(shí)現(xiàn)水封系統(tǒng)充壓與泄壓的自動控制，向?qū)崿F(xiàn)錦屏一級大壩閘門操作的遠(yuǎn)方調(diào)控邁出可喜的一步。

[1] 席前偉，賈鑫．溪洛渡深孔弧門充壓水封運(yùn)用預(yù)控措施研究 [J]．水力發(fā)電，2013，39（8）：33-35，49．

[2] 白紹學(xué)， 張紹春， 李一兵，等．高水頭弧形閘門伸縮式水封止水試驗(yàn)研究[J]．云南水力發(fā)電，2009，25（5）：15-20．

[3] 徐錫榮，唐洪武，肖洋．充壓伸縮式水封特性探討[J]．人民長江，2002，33（11）：32-34．

趙海峰（1986—），男，工程師，主要研究方向：主要從事水電站自動化設(shè)備檢修維護(hù)工作。E-mail：zhaohaifeng@ehdc．com．cn

梁小飛（1985—），男，工程師，主要研究方向：主要從事水電站大壩金屬結(jié)構(gòu)檢修維護(hù)工作。E-mail：liangxiaofei@ehdc．com．cn

楊維平（1986—），男，助工，主要研究方向：主要從事水電站自動化設(shè)備維護(hù)管理工作。E-mail： yangweiping@ehdc．com．cn

The Application of Pressurized Expansion Water Seal System in the JinpingⅠHydropower Dam

ZHAO Haifeng，LIANG Xiaofei，YANG Weiping
（Jinping Hydropower Station，Xichang 615000，China）

Pressurized expansion water seal is widely used in various hydropower construction projects，practice has proved that pressurized expansion water seal has good sealing effect on the high head radial gate， For the application of pressurized expansion water seal system in the Jinping I hydropower dam， the article focuses on the structures， working principle，overall design， installation and reform， control flow of the expansion water seal， providing a reference for the design and improvement of pressurized water seal system in other construction projects.

Jinping I hydropower dam; pressurized expansion water seal; reform; optimization; control flow