水利工程論文-太浦河泵站多葉拍門設(shè)計.doc

水利工程論文-太浦河泵站多葉拍門設(shè)計摘要：抽水泵站斷流保護裝置是泵站安全、可靠運行的重要保障。太浦河泵站斷流保護裝置的設(shè)計，綜合考慮了泵站的總體布置型式及泵組運行工況和運行要求，比選了現(xiàn)有的幾種斷流保護裝置，吸收了各斷流保護裝置的優(yōu)點，確定直升式快速多葉拍門為泵站的斷流保護裝置，并進行了直升式快速多葉拍門的模型試驗。根據(jù)拍門模型試驗結(jié)果，吸取了國內(nèi)已建工程的成功經(jīng)驗，確定了多葉拍門的結(jié)構(gòu)型式，對多葉拍門的結(jié)構(gòu)、支承和拍門鉸鏈進行了優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞：太浦河泵站多葉拍門設(shè)計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)六臺斜15軸伸泵，泵站設(shè)計總流量為300m3/s。單機容量為50m3/s，設(shè)計凈揚程1.39m，葉輪直徑4.1m，是目前國內(nèi)最大的斜軸伸泵。由于進出水流道尺寸大，中間設(shè)有隔墩，所以每臺水泵的進口設(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，均采用液壓啟閉機操作。啟閉機安裝在出水口6.0m的高程平臺上。該平臺設(shè)置一臺265kN雙向門機，用于快速多葉拍門、快速事故閘門以及液壓啟閉機的安裝、維護和檢修。2閘門的運行要求及布置型式泵站的水泵運行都有啟動和斷流兩種要求，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，對啟閉設(shè)備要求很高；拍門啟動和斷流的可靠性都比較高，但大尺寸拍門關(guān)閉時撞擊力很大，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，更主要是對特低揚程泵站，拍門的水力損失是泵站揚程的一部分，使水泵裝置效率難以滿足泵站設(shè)計規(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，借鑒國內(nèi)有關(guān)工程的經(jīng)驗，采用直升式快速多葉拍門，操作設(shè)備為快速液壓啟閉機。快速多葉閘門的結(jié)構(gòu)型式是在平板門上開設(shè)拍門，特點是水力損失小、結(jié)構(gòu)較簡單、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）長度，并利于泵系統(tǒng)啟動。快速多葉閘門的工作方式為，水泵啟動時，大拍門自由開啟過流，以減小水泵啟動阻力，啟動完畢后，提起多葉拍門。當(dāng)水泵停機或出現(xiàn)事故時，閘門快速關(guān)閉截斷水流。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，運行水頭為1.39m。閘門為懸臂輪支承，每側(cè)布置兩個輪子，每扇閘門四個輪子。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大拍門，大拍門上下排列，每個大拍門的孔口尺寸均為寬3.0m，高1.0m。閘門與液壓啟閉機單吊點聯(lián)接。每臺水泵出口的兩扇拍門同步動作。3模型實驗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)計過程中，利用了太浦河泵站斜15軸伸式水泵模型裝置，對水泵出口設(shè)置的拍門進行了模型水力損失試驗。試驗先后進行了二排8個小拍門自由開啟、三排12個小拍門自由開啟和三排12個小拍門開啟55、70的不同流量水力損失試驗。為進一步減少水力損失，又增加三排6個大拍門自由開啟和三排6個大拍門開啟55、60、70的不同流量水力損失試驗。根據(jù)上述八種工況不同流量水力損失試驗結(jié)果分析：（1）拍門阻力損失與過水面積大小關(guān)系密切，即三排拍門過水面積比二排拍門大，大拍門過水面積比小拍門大，故相應(yīng)阻力損失小。同理，三排排門開啟70比開啟55、60的過水面積大，所以相應(yīng)阻力損失亦小。（2）從三排12個小拍門自由開啟、開啟55和開啟70的三條試驗曲線對比來看：三排小拍門自由開啟的水力損失最小，說明在該工況下，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個大拍門自由開啟、和開啟55、60、70的四條試驗曲線對比來看：三排6個大拍門自由開啟的水力損失最小，說明在該工況下，三排6個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算，三排6個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個小拍門自由開啟、三排12個小拍門自由開啟和三排6個大拍門自由開啟三個工況對流量系數(shù)（K）計算看出，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，二排8個小拍門自由開啟的水力損失h=1.10m；三排12個小拍門自由開啟的水力損失h=0.45m；三排6個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程特低，設(shè)計凈揚程僅為1.39m，在結(jié)構(gòu)允許下拍門的面積越大，水力損失最小，可保證水泵的啟動安全。2）流量系數(shù)：二排8個小拍門自由開啟時K8=0.247；三排12個小拍門自由開啟時K12=0.396；三排6個大拍門自由開啟時K6=0.479。4閘門設(shè)計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)計時采用了模型試驗的成果，在門體上布置三排拍門，每排布置一個大拍門，即三排三個大拍門的結(jié)構(gòu)布置型式，以進一步減小水力損失。每個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)（即泵站進水口側(cè)），為P型橡膠水封。三個拍門結(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)計大拍門上部通過兩個鉸鏈與快速多葉拍門門體聯(lián)結(jié)。以往拍門設(shè)計的鉸鏈為園柱鉸，這種結(jié)構(gòu)存在封水不良的問題，即當(dāng)拍門擋水的水位差較小時，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，頂水封密封因無壓縮而效果不好。因此在拍門鉸鏈設(shè)計時，對鉸鏈結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，采用水平長園孔和圓柱軸結(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，封水面設(shè)計成傾斜式，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，為降低啟閉機的容量，多葉拍門采用簡支式定輪支承。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滑復(fù)合材料，考慮到青銅的磨擦系數(shù)值相對較高，同時需設(shè)置較完善的潤滑系統(tǒng)，否則易造成“燒瓦”或“抱軸”等故障。因此，設(shè)計中軸承材料采用自潤滑復(fù)合材料，這種材料磨擦系數(shù)低，單位比壓大，可免去潤滑維護?？焖俣嗳~拍門雖然水頭不大，但由于布