6崔家营初设金结合稿解析.docx
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6崔家营初设金结合稿解析
湖北汉江
崔家营航电枢纽工程初步设计
金结专业报告
J034c-52-001
水利部
水利水电勘测设计研究院
湖南省
二○○五年四月
崔家营航电枢纽工程初步设计
金属结构专业报告
批准:
核定:
审查:
校核:
编写:
6.5金属结构
6.5.1概述
崔家营航电枢纽工程金属结构包括三大部分:
泄水建筑物金属结构;电站建筑物金属结构;船闸金属结构。
电站厂房靠左岸布置,装设6台竖井贯流机组。
闸门和启闭机主要设计依据:
SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》,SL41-93《水利水电工程启闭机设计规范》及有关文件。
为提高设备的安全性、可靠性及延长设备的检修周期,设计中尽量采用先进技术和新材料;主体材料均为Q345,电站建筑物金属结构总工程量约为4809t,其中结构件2731t,机械设备838t,临时设施1240t。
6.5.2泄水建筑物金属结构
泄水建筑物金属结构包括:
20扇20×15m泄水闸弧门及启闭机;2扇20×15m叠式检修门(20孔门槽);2扇20×9m浮箱式检修门(20孔门槽)。
一、泄水闸弧形工作闸门及启闭机
泄水闸设20孔泄水孔,孔口宽度为20m,闸顶高程EL.71.5m,底坎高程48.23m,弧形门封水尺寸20.0x15.0m,其最大开启高度为16.77m;上游设计正常蓄水位62.73m,设计洪水位63.15m,校核洪水位64.25m;下游设计洪水位62.80m,校核洪水位63.69m,最低通航水位53.93m。
弧形门结构采用双主横梁、斜支臂型式,弧面半径为18.5m,门叶结构为等高连接;支臂与门叶连接采用螺栓连接,并在主横梁上设抗剪板,支臂与支铰活动铰链亦为螺栓连接;主横梁和支臂均为焊接箱型梁结构,闸门支铰高程为63.03m。
考虑到闸墙的不均匀沉降对闸门的影响,支铰采用自润滑免维护球铰型式,支铰间距18.20m。
弧形门设置侧止水与底止水,侧止水采用“P”型橡皮,橡皮沿门叶弧面曲线分别布置于门叶两侧,止水座埋件埋设于两侧闸墙上,P型橡皮依托水压力压缩在止水座上,达到止水目的;底止水采用“I”型橡皮,橡皮布置在门叶底部面板后,依托门重将橡皮紧密压缩在埋设于底坎的止水座埋件,达到止水目的。
弧形门启闭采用双吊点后拉式液压启闭型式,吊点间距18.80m,采用“一孔一泵站”的布置方式,每扇弧形门由各自的泵站系统控制,泵站油箱及油管均为不锈钢,每套泵站备两套油泵,一台工作,一台备用。
其使用条件为动水启闭,启闭机选用露顶式弧形闸门液压启闭机,其型号为QHLY-2x2500-8.0。
泄水闸弧形门总体布置图见图。
泄水闸弧门主要技术参数:
型式露顶式
孔口尺寸20×15.0m
封水尺寸20×15.0m
弧面半径18.5m
支铰高度14.8m
设计水头8.8m
总水压力22872.21kN
启闭机QHLY-2×2500-8.0
启闭机数量20×2油缸+20泵站
孔口数量20
闸门数量20
二、泄水闸上游检修闸门—平板叠梁门
泄水闸的每个闸孔的弧形门上游侧均设检修门槽,20闸孔配设两套上游检修闸门。
检修闸门为4节平板叠梁门,底坎高程48.23m,上游设计检修水位62.73m,下游无水。
4节平板迭梁门分为A、B型。
A型门布置上部挡水,B型门布置下部挡水,平压充水方式为节间充水。
A、B型门结构均采用实腹式多主横梁型式,主横梁与纵横次梁采用等高齐平连接,边柱采用双腹板结构,面板置于上游面。
A、B型门均设置侧止水与底止水(节间止水),侧止水采用“P”型橡皮,橡皮沿门叶边柱分别布置于门叶两侧上游,止水宽度20.0m,止水座埋件埋设于两侧闸墙上面,P型橡皮依托水压力压缩在止水座上,达到止水目的;底止水(节间止水)采用“I”型橡皮,橡皮布置在门叶底部面板后,依托门重将橡皮紧密压缩在埋设于底坎的止水座埋件或下部门叶上,达到止水目的。
叠梁平板门的启闭利用坝顶门机辅以自动吊梁分节启闭,门叶上的吊点间距11.0m。
泄水闸上游叠梁检修门总体布置图见图。
泄水闸上游检修门(叠梁门)主要技术参数:
型式露顶式
孔口尺寸20.0×15.0m
封水尺寸20.0×15.0m
设计水头14.5m
水封型式上游止水
操作方式静水启闭
启闭机坝顶1600kN双向门机
启闭容量1000kN
吊点间距11.0m
吊点型式通过自动吊梁转换成双吊点
孔口数量20
闸门数量2
三、泄水闸下游检修闸门—浮式检修门
泄水闸的每个闸孔的弧形门下游侧均设检修门槽,20闸孔配设两扇下游检修闸门。
下游检修闸门为浮式检修门,底坎高程47.43m,下游设计检修水位56.00,上游无水。
闸门使用条件为静水启闭。
浮式检修门采用多主横梁(混合型)双面板结构,共设置九根主横梁,底横梁(一号主横梁)为焊接箱型结构,三~六号主横梁为桁架结构,其余均为焊接工字结构;门叶面板中部(三~六号主横梁)为曲面结构,曲面半径2.50m。
门叶内浇筑砼加生铁块用以调整门体重心及门体的平行、垂直,并在门叶内加横隔板用以分隔压舱水,满足闸门运行的稳定性。
闸门侧止水采用“P”型橡皮,侧止水宽度20.12m,橡皮依托水压力紧压缩在埋于“L”型门槽的埋件上,侧止水布置于门叶上游面;底止水设置于闸门底部中央沿门叶横轴线方向布置,依托门重将橡皮压缩在底坎埋件上,达到止水目的。
浮式检修门的启闭由其自身浮沉实现。
闸门的沉降依托设置在门叶下部的两个进水阀向门叶内灌水,以克服自身浮力就位;闸门的浮升依靠设置在门叶内的两台潜水泵从门顶排水,利用自身浮力浮离工作位。
泄水闸下游浮式检修门总体布置图见图。
型式露顶式
孔口尺寸20.0×9.0m
封水尺寸20.0×9.0m
设计水头8.75m
水封型式上游止水
操作方式静水启闭
启闭机自身浮沉
轻载吃水3.50m
重载最小灌水量380.0m
孔口数量20
闸门数量2
6.5.3电站建筑物金属结构
引水发电建筑物金属结构包括:
浮式拦污排、进水口拦污栅、清污机、进水口检修门、厂坝共用双向门机、尾水事故检修门及启闭门机、厂房屋盖及厂房临时封堵闸门等。
一.浮式拦污排
为减轻电站进口固定式拦污栅的污物压力和清污机的工作负担,在电站进水口前设置浮式拦污排。
拦污排斜拉于电站厂房右侧导墙与左岸防洪墙上的浮式支座之间,浮式拦污排轴线与坝轴线的夹角约65°,轴线总长度约为310m,悬链弧垂15m,拦污排的拦污深度为1.5m。
拦污排拦截的表面污物由专用推(捞)污船推至1号泄水闸孔前,利用泄水闸检修门配合泄水闸弧门进行排污。
浮式拦污排布置参见水工枢纽平面布置图。
二.进水口拦污栅
为加大过栅断面,降低过栅流速,方便清污机清污,进水口拦污栅布置于进水口闸墩前部,与水平面夹角为75°;采用反扣式栅槽,使所有拦污栅面形成一整体平面;每孔流道中间设支承钢柱,即每台机组进水口布置2扇拦污栅。
拦污栅底坎高程EL.39.22m,孔口宽度10.5m,孔口高度21.66m(斜长),结构设计水头3m。
每扇拦污栅由5节栅页组成,上部设两节清污机齿耙导向板,用于清污机齿耙机构导向。
栅页为焊接结构,栅条净距为200mm,栅页由滑块支承在栅槽中主轨上。
拦污栅共用1600kN坝顶双向门机通过导向架斜拉操作。
拦污栅布置见电站厂房金结布置图。
拦污栅主要技术参数
型式潜孔
孔口尺寸10.5×21.66m
设计水头3m
吊点型式双吊点
操作方式静水启闭
操作设备1600KN坝顶双向门机(共用)
孔口数量12孔
拦污栅数12套
三.耙斗式清污机
清污机安装在进水口EL.68.5m平台上,清污机由起升机构,开合机构,耙斗,机架,行走机构等组成。
为提高清污机工作稳定性和可靠性,起升机构采用全封闭减速器,行走机构采用“三合一”驱动装置。
电气拖动采用可编程控制器(PLC),所有电动机均采用变频调速控制。
清污机布置见电站厂房金结布置图。
清污机主要技术参数:
清污宽度~3.75m
耙斗容积~2.5m3
额定起重量2×80kN
总起升高度35.0m
清污深度轨下30.5m
轨距4.0m
起升速度5~30m
行走速度3~30m
工作级别Q3-中
轨道型号P38
四.进水口检修门
拦污栅和机组之间设有检修闸门,6台机组共用2套叠梁式检修门,主要用于机组检修。
检修门孔口尺寸为14.5m×17.4m,底坎高程EL.39.22m,闸门按正常水位EL.62.73m设计,按施工期20年一遇洪水位EL.63.73m校核,检修门为4节叠梁实腹式滑块支承平面钢闸门,等高连接;闸门采用下游侧止水,水封为“P”橡皮。
该门为静水启闭,上节叠梁门设有2只平压充水阀。
检修门共用1600kN坝顶双向门机通过自动吊梁进行操作。
闸门不工作时,分节锁定在门槽上部和放在相应存放槽内。
检修门布置见电站厂房金结布置图。
检修门主要技术参数
型式潜孔叠梁式平面门
门页节数4
孔口尺寸14.5m×17.4m
封水尺寸14.62m×17.46m
底坎高程39.22m
设计水位62.73m
设计水头23.51m
校核水头24.51m
操作要求静水启闭
平压方式平压阀
吊点型式双吊点
启闭机1600kN坝顶双向门机(共用)
孔口数量6
闸门数量2
五.厂坝共用1600kN双向门机
本门机布置在EL.71.5m泄水闸及主厂房顶部,沿坝轴线全长均可工作(~690m),主要用于电站进水口检修门和拦污栅的安装、启闭及水平运输;泄水闸检修门的安装、启闭及水平运输;泄水闸弧形工作门的安装和检修;弧形门液压启闭设备的安装和检修;主厂房发电机组及附属设备在安装、检修时的起吊和水平搬运及施工、检修期其他设施的临时起吊搬运。
门机另外挂电动葫芦,可沿门机大梁全长方向运行,方便小件物品的调运。
门机由主起升机构,外挂电动葫芦,小车架,小车运行机构,门架,大车运行机构等部件组成。
为减小小车内布置尺寸,提高安全性、可靠性,起升机构减速器采用星轮减速器,起升机构采用两套制动装置;大、小车行走机构采用星轮“三合一”驱动装置。
电气拖动控制采用可编程控制器(PLC),变频调速器,变频调速器控制对象为主起升机构电机和大小车行走机构电机。
门机布置型式见溢流坝金结布置图和电站厂房金结布置图。
门机主要技术参数:
起重量
主钩1600kN
副钩100kN
起升高度48m
其中:
轨上18m
轨下30m
主钩起升速度0.3~3m/min
副钩起升速度1~10m/min
大车运行速度2~30m/min
小车运行速度1~10m/min
大车运行距离~680m
大车轨道型号QU120
门机工作级别Q3-中
六.尾水事故检修闸门
尾水事故检修门用途为:
当机组事故或检修时下放孔口挡水,防止事故扩大和下游尾水进入蜗壳及尾水管内。
6台机组共设置6套尾水闸门槽,共用2套尾水闸门。
尾水检修门孔口尺寸为15m×12.78m,底坎高程EL.40.91m,考虑施工期挡水,该门按EL.57.429m水位设计,施工期20年一遇洪水位EL.63.23m校核。
尾水闸门也采用叠梁结构,闸门分为四节。
考虑贯流式机组尾水门兼有事故保护作用,闸门采用双向止水,均为轮式支承,按动下静启的方式操作,小开度提门平压。
各叠梁为实腹式等高联接焊接结构。
闸门由安装在EL65.4m尾水平台上的2×500kN双向门机通过自动吊梁操作。
该门不工作时,门页分别锁定在各自门槽顶部或放在相应存放槽内。
尾水门布置见电站厂房金结布置图。
尾水门主要技术参数
闸门型式潜孔式叠梁门
孔口尺寸15m×12.78m
封水尺寸
上游15.12m×12.84m
下游15.32m×12.94m
设计水头16.519m
校核水头22.32m
门页节数4
吊点型式双吊点
止水方式上游侧双向止水
操作条件动闭静启
充水方式上节叠梁小开度提门充水平压
启闭设备2×500kN双向门机
孔口数量6孔
闸门数量2套
七.尾水门启闭门机
本门机设于尾水EL.65.40m平台上,容量为2×500kN,主要用于尾水闸门操作和检修,同时兼顾该平台上其他物品的临时吊运。
门机由起升机构,小车架,小车运行机构,门架,大车运行机构等部件组成。
为提高安全性、可靠性,起升机构采用两套制动装置,大、小车行走机构采用“三合一”驱动装置。
电气拖动控制采用变频调速器,变频调速器控制对象为起升机构电机,大、小车行走机构电机。
门机布置见电站厂房金结布置图。
门机主要技术参数:
起重容量2×500kN
起升高度30m
其中:
轨上7m
轨下23m
轨距5.5m
起升速度0.5~5m/min
大车运行速度2~20m/min
小车运行速度1~10m/min
大车轨道型号QU80
门机工作级别Q2-轻
八.厂房屋盖
厂房屋盖分为固定屋盖和自行式活动屋盖。
厂房每台机组段段设有孔口尺寸为17m×5.5m的固定屋盖2块和孔口尺为17m×10m的自行式活动屋盖1块;安装场段设有孔口尺寸为17m×7m固定屋盖2块和孔口尺寸为17m×20.5m自行式活动屋盖1块。
为提高刚度,厂房屋盖采用实腹式板梁结构,支承跨度为17.5m;屋面采用轻型复合隔热材料。
屋盖轨道长度为约2×164m,7块活动屋盖共轨,每块活动顶盖均配有行走机构。
九.厂房临时封堵闸门
考虑机组安装期间的流道挡水,电站进口和尾水尚需设置临时封堵闸门各4套,闸门设计条件同电站进口检修门和尾水检修门,适当简化闸门支承结构等,以减少临时工程量。
十.鱼道闸门
为保护洄游鱼类,枢纽设有鱼道,其中金结项目设有鱼道进口闸门、鱼道出口闸门和引水渠进、出口闸门及启闭机等共5套。
因闸门孔口尺寸小,设计水头低,闸门选用防腐性能好,运行维护简单的铸铁闸门,配套启闭机为手电两用螺杆式启闭机。
6.5.4船闸金属结构
船闸金属结构包括船闸上、下闸首工作闸门、浮式检修闸门、船闸输水廊道阀门、检修阀门和进出水口拦污栅、闸室浮式系船柱等。
6.5.4.1设计依据
(一)闸门级别
船闸上闸首工作闸门封孔面积269.1m2,下闸首工作闸门封孔面积308.2m2,根据船闸设计规范(JTJ308-2003)第2.2条,船闸工作闸门级别以封孔面积最大者为准,并不低于同一枢纽挡水线上泄水闸闸门的级别规定,船闸工作闸门、工作阀门同属一级大型闸门。
检修阀门按规定可以取低一等级,但由于数量不多,结构尺寸与工作阀门相同,为便于管理、使用维护,也取用同一标准。
船闸浮式检修门因不同于一般常见检修门,结构复杂,也采用大型闸门这一标准。
(二)水位及组合
表5-3-5-1设计水位表
分项
正常运用
校核运用
闸室检修
上游水位(m)
62.73
62.73
62.73
下游水位(m)
53.93
53.43
56.0
水位差(m)
8.8
9.3
闸室无水
上游检修阀门和浮式检修门按闸室无水状态条件下设计。
闸阀门设计按62.73m水位运行要求设计。
(三)孔口净宽和孔口高程
船闸孔口净宽23m,上闸首墩顶面挡水前沿高程67.0m,底槛高程53.5m;下闸首墩顶高程64.40m,底槛高程50.4m。
输水阀门处廊道断面尺寸为3.2×3.5m,其廊道底高程上、下闸首分别为49.6m和47.9m。
浮式检修门上、下游底槛高程分别为53.5m和50.9m。
6.5.4.2结构型式和布置
(一)工作闸门
人字门门体结构采用主横梁方式布置,与面板、门轴柱、斜接柱等构成门叶挡水支承系统。
人字门关闭时三铰拱轴线倾角θ=22.5°,上下闸门厚度均为150cm,门顶设有工作桥。
上下闸首人字门主横纵次梁均为实腹工字(或T型)组合梁,采用齐平等高连接,门叶门轴柱和斜接柱均采用开口式截面。
推力隔板之间另按一定间距布置三道纵向隔板,门叶背水一侧布置十字交叉背拉系杆件,以保证整体刚度。
纵向隔板之间布置有竖向纵次梁以控制面板跨度尺寸。
为便于维护,上下闸门支承运转主要部件尽可能采用统一规格。
三铰拱人字门采用连续支承方式将反力传递于闸首边墩,并兼作侧止水。
门扇旋转中心位于门龛边墩墙面内1002mm,与三铰拱反力轴线距离为72mm。
底枢为固定式,球径360mm,颈轴直径为320mm,承台直径为680mm。
闸门顶枢采用三角桁架式,顶枢轴径为220mm,拉杆轴线夹角α=65°,纵向拉杆与船闸轴线的内偏角为5°。
上下闸首人字门均采用水平直推式液压启闭机,为充分利用泵站工时效率,全闸分左右岸各设置一组泵站于下闸首墩顶机房,同时为输水阀门提供动力。
左右岸同步动作由电气控制解决,液压活塞杆与闸门连结均位于闸门门顶主梁,门叶旋转中心与铰结点距离为3500mm,活塞推杆行程3780mm。
其使用条件为静水启闭,且按剩余水头差0.1m考虑。
船闸上下闸首人字门总体布置图见图。
船闸上下闸首工作闸门—人字门主要技术参数:
上闸首下闸首
型式露顶式露顶式
孔口尺寸23.0x12.5m23.0x14.0m
闸门尺寸13.532x11.55x1.5m13.532x13.250x1.5m
设计水头8.80m8.80m
门槛标高53.50m50.40m
底枢高程53.40m50.30m
止水型式连续钢性止水连续钢性止水
操作方式静水启闭静水启闭
启闭型式液压直推式液压直推式
启闭机QRWY-2x5000/2x200-4.0QRWY-2x6300/2x250-4.0
闸门数量1x21x2
(二)输水阀门
船闸上下闸首输水阀门均采用平板提升闸门,其封口尺寸为3.2×3.5m,阀门结构为主横梁结构,主横梁为实腹式组合工字梁,纵梁为实腹式T型组合梁;主横纵次梁采用齐平等高连接,面板布置于下游面;边柱为双腹板截面,每侧布置2个悬臂式主轮,主轮直径600mm,侧轮布置于上游面,直径300mm。
阀门顶侧止水全部布置于下游面。
顶侧止水均采用“P”型橡皮,侧止水宽度为3.340m,顶止水的高程53.60m(下闸首阀门为51.60m),底止水采用“I”型橡皮,沿阀门横轴线方向布置于底主梁下部,通过底侧止水与顶侧止水形成封闭止水线。
阀门的启闭采用垂直直推式液压启闭机,单吊点;操作方式为动水启闭。
船闸上下闸首阀门总体布置图见图。
船闸上下闸首输水阀门主要技术参数:
上闸首下闸首
型式潜孔式潜孔式
孔口尺寸3.2x3.5m3.2x3.5m
闸门尺寸3.40x4.10x0.60m3.40x4.10x0.60m
设计水头8.80m8.80m
底止水高程49.60m47.90m
顶止水高程53.60m51.90m
水封型式下游止水下游止水
操作方式动水启闭动水启闭
启闭型式液压直推式液压直推式
启闭机QPPYⅡ-500QPPYⅡ-630
闸门数量22
船闸左右两侧上、下闸首人字闸门与输水阀门共一套泵站,全船闸共设置两个泵站。
(三)检修闸门
船闸上下闸首检修门均采用浮坞门型式。
上检修门的设计水头9.23m(上游检修水位62.73m,闸室无水,底槛高程53.5),下检修门的设计水头5.1m(下游检修水位56.0m,闸室无水,底槛高程50.9m),闸门使用条件为静水启闭。
上游浮式检修门采用多主横梁(混合型)双面板结构,共设置十根主横梁,底横梁(一号主横梁)为焊接箱型结构,四~七号主横梁为N型桁架结构,其余均为焊接工字结构;门叶面板中部(四~七号主横梁)为曲面结构。
门叶内浇筑砼加生铁块用以调整门体重心及门体的平行、垂直,并在门叶内加横隔板用以分隔压舱水,满足闸门运行的稳定性。
下游浮式检修门亦采用多主横梁(混合型)双面板结构,共设置七根主横梁,底横梁(一号主横梁)为焊接箱型结构,三、四号主横梁为N型桁架结构,其余均为焊接工字结构;门叶面板中部(三、四号主横梁)为曲面结构。
门叶内浇筑砼加生铁块用以调整门体重心及门体的平行、垂直,并在门叶内加横隔板用以分隔压舱水,满足闸门运行的稳定性。
上、下游浮式检修门均采用相同止水结构。
侧止水采用“P”型橡皮,侧止水宽度23.40m,橡皮依托水压力紧压缩在埋于“L”型门槽的埋件上,上游浮式检修门侧止水布置于门叶下游面,下游浮式检修门侧止水布置于门叶上游面;底止水设置于闸门底部中央沿门叶横轴线方向布置,依托门重将橡皮压缩在底槛埋件上,达到止水目的。
浮式检修门的启闭由其浮沉实现。
闸门的沉降依托设置在门叶下部的两个进水阀向门叶内灌水,以克服自身浮力就位;闸门的浮升依靠设置在门叶内的两台潜水泵从门顶排水,利用自身浮力浮离工作位。
船闸上下闸首浮式检修门总体布置图见图。
船闸上下闸首浮式检修门主要技术参数:
上闸首下闸首
型式露顶式露顶式
孔口尺寸23.0×9.73m23.0×5.10m
封水尺寸23.0×9.73m23.0×5.10m
设计水头9.73m5.10
水封型式下游止水上游止水
操作方式静水启闭静水启闭
启闭机自身浮沉自身浮沉
轻载吃水3.50m2.60m
重载最小灌水量580.0m3140.0m3
闸门数量11
(四)其它金属结构
1、靠船设施
船闸闸室内系船设施布置有浮式系船柱与固定式系船钩,考虑到使用要求和经济性,在闸室中部布置浮式系船柱16套,闸室两端布置固定式系船钩4套。
浮式系船柱高5.95m,浮筒直径为1.04m,两个系船钩,钩距0.87m,每个系船柱重量为2.6t,具体布置见浮式系船柱总装图。
下游检修门门库布置浮式系船柱2套,上游靠船墩布置固定式系船钩6套,上游靠船墩和下游检修门门库布置固定式系船柱共8个。
2、输水廊道进水口拦污栅
船闸输水廊道进水口处设置栅条式拦污栅,以防杂物对输水廊道及阀门的破坏。
6.5.5厂房金属结构及启闭设备清单
汉江崔家营航电枢纽工程厂房部分金属结构及启闭设备清单(初设)
序
号
项目
闸门
启闭设备
备注
型
式
启闭
方式
孔口尺寸
(宽×高)
(m)
设计
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