抽水蓄能電站尾水事故閘門設(shè)計(jì)探討及高考語文試卷

1PAGE1抽水蓄能電站尾水事故閘門設(shè)計(jì)探討摘要：尾水事故檢修閘門的設(shè)計(jì)是大型抽水蓄能電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，由于抽水蓄能電站布置上的特殊性，尾水事故檢修閘門處于下水庫正常蓄水位以下數(shù)十米乃至上百米的深度，對(duì)門葉、門槽的設(shè)計(jì)及液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與球閥的聯(lián)鎖提出了極高的要求，如何合理地設(shè)計(jì)尾水事故閘門（門槽），使其成為廠房名副其實(shí)的擋水墻，同時(shí)確保尾閘室的安全？本文根據(jù)筆者在某抽水蓄能電站技術(shù)設(shè)計(jì)過程中考慮的一些問題并結(jié)合某水庫放空洞高壓事故閘門及某抽水蓄能電站尾水事故檢修閘門的設(shè)計(jì)，就抽水蓄能電站尾水事故檢修閘門的設(shè)計(jì)與同行探討。關(guān)鍵詞：抽水蓄能、尾水事故閘門、設(shè)計(jì)水頭、門槽。

一、緒言由于抽水蓄能電站布置上的特殊性，機(jī)組安裝高程很低，Hs負(fù)值較大，其尾水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廠房，尾水事故閘門的主要功能就是及時(shí)阻斷下水庫及尾水隧洞的水流，以便于機(jī)組的檢修，在緊急情況下可動(dòng)水關(guān)閉，防止下庫水流淹沒廠房。如何合理地設(shè)計(jì)尾水事故閘門（門槽），使其成為廠房名副其實(shí)的擋水墻，同時(shí)確保尾閘室的安全，是抽水蓄能電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵所在，而全封閉高壓事故門槽的設(shè)計(jì)又是整個(gè)尾閘項(xiàng)目設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；以下結(jié)合某水庫放空洞高壓事故閘門及某抽水蓄能電站尾水事故檢修閘門的設(shè)計(jì)，對(duì)抽水蓄能電站尾水事故閘門（門槽）的設(shè)計(jì)談一此個(gè)人認(rèn)識(shí)。二、關(guān)于設(shè)計(jì)水頭及整體門槽的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮機(jī)組事故工況時(shí)產(chǎn)生的水擊壓力與凈水頭疊加形成的最大水頭做為尾水事故閘門及門槽的設(shè)計(jì)水頭。以二機(jī)合一洞的Y型布置為例，尾水事故閘門的設(shè)計(jì)水頭，存在以下兩種事故工況：尾水洞布置為Y形布置；（見圖1）的布置形式，在尾閘處產(chǎn)生的最大水頭為兩臺(tái)機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷所產(chǎn)生的水擊壓力與凈水頭疊加形成的水頭；因閘門受水擊作用時(shí)間極短，在門體下降過程中，水擊已消失，因此，此疊加水頭不宜作為閘門及啟閉機(jī)設(shè)計(jì)的控制水頭。但腰箱蓋將直接承受此疊加水頭的作用。當(dāng)一臺(tái)機(jī)處于停機(jī)檢修，相應(yīng)尾水事故閘門處于下門過程、并接近全關(guān)位置時(shí)，另一臺(tái)正常發(fā)電的機(jī)組突然甩全部負(fù)荷，此時(shí)產(chǎn)生的水擊壓力與凈水頭疊加形成的水頭壓力，將全部作用在處于下降中的門體及啟閉機(jī)上；可以認(rèn)為，此疊加水頭即為尾水事故閘門設(shè)計(jì)及確定啟閉機(jī)容量的控制水頭。盡管發(fā)生這種工況的機(jī)率不大，但作為一種最不利工況，客觀上是存在的。圖1某抽水蓄能電站引水系統(tǒng)布置示意圖圖2某抽水蓄能電站尾水事故閘門布置示意圖在常規(guī)門槽的設(shè)計(jì)中，除支承件外，其余部件按結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行布置，一般不作計(jì)算；但對(duì)抽水蓄能電站尾閘洞的鋼襯，則不然，門槽鋼襯承受內(nèi)、外水壓力的作用，其設(shè)計(jì)荷載如何取值才合理可行,是尾水事故閘門設(shè)計(jì)中必須涉及的一個(gè)問題。由于鋼襯除面板外，其余部分都埋設(shè)在砼中，如取尾閘處的最大疊加水頭HS=凈水頭+水擊作為其設(shè)計(jì)水頭，則整體門槽將會(huì)設(shè)計(jì)得十分龐大，鋼材耗費(fèi)也將大幅增加，這明顯是不經(jīng)濟(jì)的（見圖2）。在設(shè)計(jì)中，可根據(jù)門葉、門槽、啟閉機(jī)的不同特征，綜合考慮以下幾種可能發(fā)生的工況及其組合：尾閘地質(zhì)情況：如尾閘地質(zhì)情況較差，地下水位較高，需考慮滲透壓對(duì)鋼襯的作用；施工期間砼的澆（振）及灌漿工況：由于門槽為整體門槽，因此，必需考慮施工期間砼的澆（振）及灌漿產(chǎn)生的荷載對(duì)門槽產(chǎn)生的影響；當(dāng)一臺(tái)機(jī)處于停機(jī)檢修，相應(yīng)尾水事故閘門處于下門過程、并接近全關(guān)位置，另一臺(tái)正常發(fā)電的機(jī)組突然甩負(fù)荷，此時(shí)產(chǎn)生的水擊壓力與凈水頭疊加形成的水壓力，將直接作用在閘門及啟閉機(jī)上；當(dāng)發(fā)生二臺(tái)機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷，此時(shí)產(chǎn)生的水擊壓力與凈水頭疊加形成的水壓力，將直接作用在門槽上。綜上所述，尾水事故閘門設(shè)計(jì)中，各部份的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)區(qū)別對(duì)待：整體門槽設(shè)計(jì)荷載應(yīng)按地下水的滲透壓及施工期間砼的澆（振）搗及灌漿產(chǎn)生的荷載二者中的較大值取值。某抽水蓄能電站按閘門設(shè)計(jì)水頭的30%作為整體門槽的設(shè)計(jì)水頭，盡管此值與施工期砼的澆（振）搗及灌漿產(chǎn)生的荷載較為接近，但如按施工期砼的澆（振）、灌漿產(chǎn)生的荷載以及地下水的滲透壓二者中的較大值進(jìn)行考慮，相對(duì)會(huì)更為合理。腰箱蓋是尾水閘門投運(yùn)后的關(guān)鍵部件，腰箱蓋一但失事，將導(dǎo)致水淹尾閘洞，并通過交通洞危及地下主變洞及廠房的災(zāi)難性后果，因此其設(shè)計(jì)水頭應(yīng)按兩臺(tái)機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷所產(chǎn)生的水擊壓力與最大凈水頭疊加形成的水頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。3、閘門及啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)水頭按以下工況考慮：一臺(tái)機(jī)處于停機(jī)檢修，相應(yīng)尾水事故閘門處于下門過程、并接近全關(guān)位置，另一臺(tái)正常發(fā)電的機(jī)組突然甩負(fù)荷，此時(shí)產(chǎn)生的水擊壓力與凈水頭疊加形成的水頭壓力作為閘門及啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)荷載。三、關(guān)于尾水事故閘門腰箱蓋的設(shè)計(jì)由于尾水事故檢修閘門腰箱蓋的重要性，腰箱蓋除應(yīng)滿足機(jī)組事故工況下的承載要求外，還必需滿足液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的承載要求以及門葉、門槽、啟閉機(jī)的檢修維護(hù)要求。1、腰箱蓋按承受可能最高疊加水頭均布荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，其主梁按從左至右的順序進(jìn)行等距布置，承壓板厚度按承受均布荷載的四邊固定矩形彈性薄板進(jìn)行計(jì)算，即：，式中：：彈塑性薄板支承長(zhǎng)邊中點(diǎn)彎應(yīng)力系數(shù)，按《水利水電鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5013-95附錄G表G1-G3采用：彈塑性調(diào)整系數(shù)，b/a>3時(shí)，；b/a3時(shí)，q：承壓板承受的可能最高疊加水頭均布荷載a、b：面板計(jì)算區(qū)格的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，從面板與主梁的連接焊縫算起腰箱蓋同時(shí)也是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的機(jī)架，因此應(yīng)對(duì)承受液壓?jiǎn)㈤]機(jī)集中荷載的部位進(jìn)行局部加強(qiáng)。2、某抽水蓄能電站尾水事故閘門設(shè)計(jì)中未考慮腰箱內(nèi)小體積空氣的排空問題，后在工程投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)有冒氣現(xiàn)象，進(jìn)而增加了一套排氣設(shè)施；因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在腰箱蓋檢修進(jìn)人孔密封蓋上設(shè)置專門的排氣設(shè)施以解決腰箱內(nèi)小體積空氣的排空問題。同時(shí)尾水事故閘門的充/排氣系統(tǒng)采用電動(dòng)閘閥人工控制，或采用浮球式自動(dòng)排氣閥控制都是可行的，以后者為佳。3、腰箱蓋頂部的設(shè)置高程不應(yīng)與尾水閘門洞地面平齊（見圖5），以防腰箱蓋內(nèi)積水無法排出，設(shè)計(jì)中采取將腰箱蓋抬高，腰箱蓋底部與尾水閘門洞地面平齊的方式可解決腰箱蓋積水問題（見圖2），同時(shí)也方便了檢修時(shí)腰箱蓋的拆卸。4、尾水事故檢修閘門腰箱蓋的密封，如采用雙重密封，應(yīng)可進(jìn)一步加強(qiáng)并改善腰箱蓋密封效果的直觀性。四、關(guān)于尾水事故門的平壓及排氣問題由于抽水蓄能電站的特殊性及重要性，國(guó)內(nèi)各抽水蓄能電站尾水事故門的的平壓、補(bǔ)氣均有別于常規(guī)水電站事故閘門。其充水平壓大都采用旁通閥充水平壓（見圖1及圖3），旁通閥上布置兩只互為備用的蝶閥作為閘門平壓的操作系統(tǒng)，同時(shí)在上游側(cè)布置兩只DN200浮球式高速排氣閥，以滿足提門時(shí)的平壓要求，經(jīng)由排氣閥排出的氣體圖3充排水（氣）系統(tǒng)平面布置示意圖直接排至尾水閘門洞；同時(shí)，由于腰箱蓋頂部氣體不能通過DN200浮球式排氣閥排出，在腰箱蓋頂部專設(shè)一只DN100浮球式排氣閥，將此部分氣體排至尾閘洞，以解決了腰箱蓋頂部小體積氣體的排放問題。圖4顯示的是與抽水蓄能電站尾水事故檢修閘門充、排水（氣）系統(tǒng)類似的某水庫放空洞高壓事故閘門充排氣系統(tǒng)原理示意圖圖4某水庫放空洞高壓門充排氣系統(tǒng)原理示意圖五、關(guān)于啟閉機(jī)容量的確定尾水洞布置為Y形布置的抽水蓄能電站為例，尾水事故檢修閘門按一臺(tái)機(jī)處于停機(jī)檢修，相應(yīng)尾水事故閘門處于下門過程、并接近全關(guān)位置時(shí)，另一臺(tái)正常發(fā)電的機(jī)組突然甩全部負(fù)荷，此時(shí)產(chǎn)生的水擊壓力與最大凈水頭疊加形成的水頭壓力全部作用在處于下降中的門體及啟閉機(jī)上形成的疊加水頭進(jìn)行取值，因此閘門及啟閉機(jī)容量均可按此疊加水頭進(jìn)行計(jì)算。啟閉機(jī)容量的大小直接與浮托力系數(shù)的取值密切相關(guān)，在常規(guī)電站事故閘門設(shè)計(jì)中，浮托力系數(shù)一般按0.7取值，根據(jù)多年來的經(jīng)驗(yàn)積累，浮托力系數(shù)取β=0