丙村水电站可行性研究报告 - 中水珠江规划勘测设计 …

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1、红花水电站泄水闸平面工作闸门设计张祖林（中水珠江设计公司，广东广州510611）摘要：红花泄水闸工作门属于超大型平板闸门，控泄调度频繁，本文针对闸门及门槽设计方案的选定、闸门结构设计和模型试验等进行了介绍，并对其中所运用的新技术、新材料和新思路进行了论述，为类似工程设计提供参考。关键词：平面闸门，门槽型式，荷载分配，模型试验1概述红花水电站位于广西壮族自治区柳江县境内，是珠江流域西江水系柳江综合利用规划确定的柳江干流最下游一个梯级。电站总体布置由右岸厂房、左岸船闸、中间泄水闸及两岸门库段、土坝等组成。泄水闸共18孔，主要起挡、泄水作用

2、，最大泄洪流量达44800m3/s。泄水闸工作闸门采用平面定轮钢闸门，孔口尺寸（宽×高-设计水头）为16m×18m-17.598m，18孔18扇，采用固定卷扬式启闭机操作，一门一机布置。为了检修闸室、闸门及其埋件，工作闸门上、下游分别设置检修门。2泄水闸工作闸门及门槽型式选择红花水电站泄水闸经水工模型试验确定采用开敞式改进机翼堰形式，泄水闸上游校核洪水位（P=0.1%）为91.52m，校核洪水流量为42000m3/s，上游设计洪水位（P=1%）为86.43m，设计洪水流量为32700m3/s，正常蓄水位为77.5m，下游校核洪水位为9

3、0.95m，下游设计洪水位为86.05m，下游最低水位为59.79m，堰顶高程60.0m，坝顶高程94.65m。泄水闸工作闸门设计水头乘孔口尺寸达5068m3，属于超大型闸门，在国内9已建同类型工程中，规模位列前茅。泄水闸运行方式包括18孔全开，18孔均匀开启，8孔均匀开启，5孔均匀开启和4孔均匀开启等方式。水库流量调度比较复杂，泄水闸工作闸门局部开启控泄频繁，按常规首选门型为弧门，以改善泄流时的水流流态。根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）5.1.7款规定：露顶式弧形闸门面板曲率半径与闸门高度的比值可取为1.0~1.

4、5；弧门支铰宜布置在过流时支铰不受水流及漂浮物冲击的高程上；水闸的露顶式弧形闸门，支铰位置可布置在闸门底槛以上2/3H~H处。由于本工程上、下游泄洪水位高出正常蓄水位较多，无法完全满足规范推荐方式布置，考虑尽量减少水流及漂浮物对支铰的冲击和减少弧门全开时支臂对水流的阻挡，支铰布置在略高于下游设计洪水位的高程。考虑弧门支铰不宜上翘太高以减小竖直向上的水压力，必须增大弧门面板曲率半径，闸室顺水流方向长度将大大增加。因此，弧门方案不管是金属结构还是土建工程量都将较高，大大增加工程投资。参考国内已建同类工程项目四川省乐山县龚嘴电站溢洪道工作门

5、12×18-23.5m、贵州省清镇县东风电站溢洪道工作门15×21-21m、四川省武胜县东西关电站泄洪闸工作门14×19-18.5m均采用平面定轮钢闸门。湖南凌津滩水电站泄洪闸系统共布置9孔高坎泄洪闸及5孔低坎泄洪闸，高坎泄洪闸工作门18×15-15m；低坎泄洪闸工作门18×16-16m。设计时考虑由于上游水位变幅大及下游洪水位高的特点，工作闸门门型选定为平面定轮钢闸门。鉴于目前国内大型平面定轮钢闸门应用于泄洪工作门已有一些尝试，随着技术不断发展，而本工程水位又特殊，故泄水闸工作闸门门型选定为平面定轮钢闸门。国内外大量的工程运行经验表

6、明：平面闸门门槽空化空蚀问题十分严重，甚至造成严重事故，选择适当的门槽形式以改善门槽附近的水力学条件，尽量避免不利工况，缓解空化空蚀问题非常重要。9因此，对本门槽设计进行优化，采用特殊体型，最终确定下游埋件用圆弧形的错距门槽。本工作门门槽具体结构尺寸见表1。形状参数规范推荐设计尺寸合宜宽深比W/D=1.5～2.0W/D=2.00较优错距比△/W=0.05～0.08△/W=0.055较优斜坡△/X=1/10～1/12△/X=1/10较优圆角半径R=30～50mmR=40mmW=2.20D=1.10△=0.11X=1.10R=40mm表1

7、门槽几何形状参数比较表根据已有科研成果及工程实例，此型门槽初生空穴数Ki=0.4~0.6，当实际工程中门槽附近的水流空穴数K＞Ki时，门槽一般不至于发生空蚀。水流空穴数可利用下式计算：K=，式中H1为紧靠门槽上游附近的断面平均压力，Ha为大气压力，Hv为水的汽化压力，V1为紧靠门槽上游附近的断面平均流速，g为重力加速度。根据本工程试验结果可以看出：设计所采用的门槽体型是可行的。在敞开泄洪中门槽水流空穴数非常高，不会出现空化空蚀问题；而当闸门作局部开启运行时，工作门门槽在大部分工况下具有一定的抗空化空蚀能力，但少部分小开度闸下自由出流工

8、况下的门槽空化数安全裕度不大。因此，尽量避免在1.5m以下的闸门小开度状态下运行，可基本保证门槽的运行安全。3闸门结构设计泄水闸工作闸门共18孔，孔口净宽16m，底槛高程959.902m，挡正常蓄水位77.5m，考虑超高