水利工程論文-太浦河泵站多葉拍門設(shè)計(jì).doc

水利工程論文-太浦河泵站多葉拍門設(shè)計(jì)摘要：抽水泵站斷流保護(hù)裝置是泵站安全、可靠運(yùn)行的重要保障。太浦河泵站斷流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，綜合考慮了泵站的總體布置型式及泵組運(yùn)行工況和運(yùn)行要求，比選了現(xiàn)有的幾種斷流保護(hù)裝置，吸收了各斷流保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)，確定直升式快速多葉拍門為泵站的斷流保護(hù)裝置，并進(jìn)行了直升式快速多葉拍門的模型試驗(yàn)。根據(jù)拍門模型試驗(yàn)結(jié)果，吸取了國(guó)內(nèi)已建工程的成功經(jīng)驗(yàn)，確定了多葉拍門的結(jié)構(gòu)型式，對(duì)多葉拍門的結(jié)構(gòu)、支承和拍門鉸鏈進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：太浦河泵站多葉拍門設(shè)計(jì)1概述太浦河泵站工程位于江蘇省吳江市境內(nèi)廟港鎮(zhèn)太浦河節(jié)制閘附近，泵站裝設(shè)六臺(tái)斜15軸伸泵，泵站設(shè)計(jì)總流量為300m3/s。單機(jī)容量為50m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程1.39m，葉輪直徑4.1m，是目前國(guó)內(nèi)最大的斜軸伸泵。由于進(jìn)出水流道尺寸大，中間設(shè)有隔墩，所以每臺(tái)水泵的進(jìn)口設(shè)置兩孔檢修閘門，出口設(shè)置兩扇快速多葉拍門和兩扇快速事故閘門。整個(gè)泵站共設(shè)有12扇快速多葉拍門和12扇快速事故閘門，均采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。啟閉機(jī)安裝在出水口6.0m的高程平臺(tái)上。該平臺(tái)設(shè)置一臺(tái)265kN雙向門機(jī)，用于快速多葉拍門、快速事故閘門以及液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的安裝、維護(hù)和檢修。2閘門的運(yùn)行要求及布置型式泵站的水泵運(yùn)行都有啟動(dòng)和斷流兩種要求，可采用虹吸式出水流道、快速閘門和拍門三種方式。虹吸式出水流道適應(yīng)于立式軸流泵，對(duì)太浦河泵站不適用；在保證閘門起升和關(guān)閉速度的條件下，快速閘門可以滿足啟動(dòng)和斷流的要求，太浦河泵站流道兩孔斷面尺寸均為寬4.00m，高4.703m，平板門提升和關(guān)閉速度很快，對(duì)啟閉設(shè)備要求很高；拍門啟動(dòng)和斷流的可靠性都比較高，但大尺寸拍門關(guān)閉時(shí)撞擊力很大，雖然采用液壓緩閉裝置可以減小撞擊力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜要求很高，更主要是對(duì)特低揚(yáng)程泵站，拍門的水力損失是泵站揚(yáng)程的一部分，使水泵裝置效率難以滿足泵站設(shè)計(jì)規(guī)范要求。根據(jù)工程的具體情況，吸收快速閘門和拍門的特點(diǎn)，借鑒國(guó)內(nèi)有關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，采用直升式快速多葉拍門，操作設(shè)備為快速液壓?jiǎn)㈤]機(jī)?？焖俣嗳~閘門的結(jié)構(gòu)型式是在平板門上開設(shè)拍門，特點(diǎn)是水力損失小、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、檢修方便、使用安全可靠，與虹吸真空破壞截流閉鎖方式相比，還可以縮短出水管（流道）長(zhǎng)度，并利于泵系統(tǒng)啟動(dòng)。快速多葉閘門的工作方式為，水泵啟動(dòng)時(shí)，大拍門自由開啟過(guò)流，以減小水泵啟動(dòng)阻力，啟動(dòng)完畢后，提起多葉拍門。當(dāng)水泵停機(jī)或出現(xiàn)事故時(shí)，閘門快速關(guān)閉截?cái)嗨?。多葉拍門布置在水泵出口處快速事故閘門的上游側(cè)，閘門孔口尺寸為寬4.00m，高4.703m，底檻高程-4.45m，擋水水頭為7.99m，運(yùn)行水頭為1.39m。閘門為懸臂輪支承，每側(cè)布置兩個(gè)輪子，每扇閘門四個(gè)輪子。閘門單向止水，采用P型水封橡皮止水。在閘門門體上布置三個(gè)大拍門，大拍門上下排列，每個(gè)大拍門的孔口尺寸均為寬3.0m，高1.0m。閘門與液壓?jiǎn)㈤]機(jī)單吊點(diǎn)聯(lián)接。每臺(tái)水泵出口的兩扇拍門同步動(dòng)作。3模型實(shí)驗(yàn)為了確定多葉拍門的水力損失、拍門的孔口面積及結(jié)構(gòu)布置型式，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用了太浦河泵站斜15軸伸式水泵模型裝置，對(duì)水泵出口設(shè)置的拍門進(jìn)行了模型水力損失試驗(yàn)。試驗(yàn)先后進(jìn)行了二排8個(gè)小拍門自由開啟、三排12個(gè)小拍門自由開啟和三排12個(gè)小拍門開啟55、70的不同流量水力損失試驗(yàn)。為進(jìn)一步減少水力損失，又增加三排6個(gè)大拍門自由開啟和三排6個(gè)大拍門開啟55、60、70的不同流量水力損失試驗(yàn)。根據(jù)上述八種工況不同流量水力損失試驗(yàn)結(jié)果分析：（1）拍門阻力損失與過(guò)水面積大小關(guān)系密切，即三排拍門過(guò)水面積比二排拍門大，大拍門過(guò)水面積比小拍門大，故相應(yīng)阻力損失小。同理，三排排門開啟70比開啟55、60的過(guò)水面積大，所以相應(yīng)阻力損失亦小。（2）從三排12個(gè)小拍門自由開啟、開啟55和開啟70的三條試驗(yàn)曲線對(duì)比來(lái)看：三排小拍門自由開啟的水力損失最小，說(shuō)明在該工況下，三排小拍門自由開啟的角度比70大。按開啟70相同流量的水力損失值的比例計(jì)算，三排小拍門自由開啟的角度約為87.1左右。同樣，從三排6個(gè)大拍門自由開啟、和開啟55、60、70的四條試驗(yàn)曲線對(duì)比來(lái)看：三排6個(gè)大拍門自由開啟的水力損失最小，說(shuō)明在該工況下，三排6個(gè)大拍門自由開啟的角度比70大。按開啟55相同流量的水力損失值的比例計(jì)算，三排6個(gè)大拍門自由開啟的角度約為74左右。（3）由于拍門出流仍屬于孔口出流，故流量與拍門阻力損失成直線關(guān)系，即Q=Kh。從二排8個(gè)小拍門自由開啟、三排12個(gè)小拍門自由開啟和三排6個(gè)大拍門自由開啟三個(gè)工況對(duì)流量系數(shù)（K）計(jì)算看出，三種拍門自由開啟工況Q與h基本成直線關(guān)系。流量系數(shù)K值誤差與流量大小、水流沖擊力和鉸鏈連接摩擦力等有關(guān)。其K值平均值分別為K8=0.247；K12=0.396；K6=0.479。結(jié)論：1）在模型額定流量為Q=260l/s時(shí)，二排8個(gè)小拍門自由開啟的水力損失h=1.10m；三排12個(gè)小拍門自由開啟的水力損失h=0.45m；三排6個(gè)大拍門自由開啟的水力損失h=0.306m。由于太浦河泵站的水泵揚(yáng)程特低，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程僅為1.39m，在結(jié)構(gòu)允許下拍門的面積越大，水力損失最小，可保證水泵的啟動(dòng)安全。2）流量系數(shù)：二排8個(gè)小拍門自由開啟時(shí)K8=0.247；三排12個(gè)小拍門自由開啟時(shí)K12=0.396；三排6個(gè)大拍門自由開啟時(shí)K6=0.479。4閘門設(shè)計(jì)4.1閘門結(jié)構(gòu)布置泵站快速多葉拍門為平面定輪焊接鋼結(jié)構(gòu)閘門，設(shè)計(jì)時(shí)采用了模型試驗(yàn)的成果，在門體上布置三排拍門，每排布置一個(gè)大拍門，即三排三個(gè)大拍門的結(jié)構(gòu)布置型式，以進(jìn)一步減小水力損失。每個(gè)大拍門的孔口凈寬為3.0m，凈高為1.0m。根據(jù)閘門的這一布置型式，快速多葉拍門門體采用四根主梁，除頂梁為箱型梁外，其余主梁均為工字型結(jié)構(gòu)，邊梁為箱型梁。面板設(shè)在下游側(cè)（即泵站出水口側(cè)），水封設(shè)在上游側(cè)（即泵站進(jìn)水口側(cè)），為P型橡膠水封。三個(gè)拍門結(jié)構(gòu)型式相同，均布置三根主梁，為槽型型鋼斷面，縱梁和邊梁均為工字型型鋼，拍門面板均設(shè)在上游側(cè)（即泵站進(jìn)水口側(cè)）。水封安裝在快速多葉拍門門體的下游側(cè)，為P型橡膠水封。水封止水座面設(shè)在拍門上。4.2鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大拍門上部通過(guò)兩個(gè)鉸鏈與快速多葉拍門門體聯(lián)結(jié)。以往拍門設(shè)計(jì)的鉸鏈為園柱鉸，這種結(jié)構(gòu)存在封水不良的問(wèn)題，即當(dāng)拍門擋水的水位差較小時(shí)，作用于拍門上的水壓力不足以克服拍門頂水封壓縮的反力，可能導(dǎo)致底水封與水封座面不能很好接觸，如要保證底水封與水封座密切接觸，則當(dāng)拍門擋水的水位差較大時(shí)，頂水封密封因無(wú)壓縮而效果不好。因此在拍門鉸鏈設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鉸鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采用水平長(zhǎng)園孔和圓柱軸結(jié)構(gòu)，保證了拍門在任何水位差下，四周水封均可與水封座面均勻接觸，使封水始終處以良好狀態(tài)。同時(shí)，封水面設(shè)計(jì)成傾斜式，斜面與垂直面的夾角為5，使拍門依靠自重即可與水封密切接觸。4.3閘門支承型式太浦河泵站快速快速多葉拍門為工作閘門，需動(dòng)水啟閉，并有快速閉門的要求。一般工作閘門的支承可采用定輪支承和滑道支承，為降低啟閉機(jī)的容量，多葉拍門采用簡(jiǎn)支式定輪支承。定輪支承的軸承材質(zhì)直接影響閘門在工作中的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)啟閉設(shè)備的啟閉能力也有很大的影響。通常，定輪支承的軸承采用青銅或自潤(rùn)滑復(fù)合材料，考慮到青銅的磨擦系數(shù)值相對(duì)較高，同時(shí)需設(shè)置較完善的潤(rùn)滑系統(tǒng)，否則易造成“燒瓦”或“抱軸”等故障。因此，設(shè)計(jì)中軸承材料采用自潤(rùn)滑復(fù)合材料，這種材料磨擦系數(shù)低，單位比壓大，可免去潤(rùn)滑維護(hù)?？焖俣嗳~拍門雖然水頭不大，但由于布