桃源水电站船闸输水门高水头不能开启分析及处理.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER159第 40卷第 2期0 引言桃源水电站位于湖南省常德市桃源县城边的沅水干流上，为沅水最末 1 级水电开发梯级电站，是 1 个以水电为主，兼顾航运、旅游等综合利用的工程。电站枢纽主要由泄洪闸、发电厂房、船闸等水工建筑物组成。泄洪闸共 25 孔，孔口净宽 20 m；发电厂房装设 9 台单机容量 20 MW 的灯泡贯流式水轮发电机组；通航建筑物含上游引航道、上、下闸首、闸室等部分。2014 年枯水期高水头时船闸 4 扇输水廊道工作门均存在不能开启的问题，以船闸上闸首输水廊道工作门为分析对象对其不能开启的原因、处理措施进行分析论证。1 桃源水电站船闸概况及设备参数桃源水电站船闸有效尺度为：120 m18 m3.5 m（有效长度 有效宽度 门槛水深），航道等级为级，设计最大过坝船型为 2 500 t 级船队。船闸主要金结设备为：上闸首采用下沉门、下闸首采用人字门挡水，船闸左、右侧设有两条充泄水廊道，共设置 4 扇廊道输水工作阀门1。桃源水电站船闸上、下闸首输水廊道工作闸门液压启闭机液压缸共2套，启门力250 kN，分别安装在上、下闸首左、右输水廊道工作闸门门槽井上方闸顶上，上闸首输水廊道工作闸门液压启闭机与上闸首下沉工作闸门液压启闭机共用 1 套液压泵站2。上闸首左右输水廊道工作闸门设计工况为最高操作水头 10.06 m，具体设备布置见图 1（上闸首输水门布置图）。上闸首设备技术参数见表 1。桃源水电站船闸输水门高水头不能开启分析及处理邓顺亚（中国水电顾问集团桃源水电厂，湖南 常德 415000）摘要：船闸输水廊道工作闸门是完成闸室充泄水的重要金结设备设施，其在船闸通航过程中对闸室进行充泄水从而满足通航需要，它直接关系到船闸正常运行。以桃源水电站船闸输水廊道工作高水头不能开启问题为研究对象,分析不能开启的原因,提出改进建议和措施。关键词：船闸；输水廊道工作门；高水头；液压启闭机；启门力中图分类号：TV34；U641.3+2文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)02-0159-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.038Analysis and Treatment of High Head Inability to Open the Water Delivery Gate of Navigation Lockin Taoyuan Hydropower StationDENG Shunya(Hydro China Taoyuan Hydroelectric Power Plant,Changde 415000,China)Abstract:The working gate of the lock water gallery is an important metal structure equipment and facility for completing the filling and discharging of the lock chamber.During the navigation process of the ship lock,filling and discharging water into the lock chamber to meet the navigation needs is directly related to the normal operation of the ship lock.The study focuses on the problem of high head failure to open the water conveyance corridor of Taoyuan Hydropower Station,analyzes the reasons for failure,and proposes improvement suggestions and measures.Keywords:navigation lock;water conveyance corridor working door;high head;hydraulic hoist;uplift force收稿日期：2023-04-12作者简介：邓顺亚（1983-），男，湖南常德人，工程师，主要从事水电站机械维护工作。*160云南水力发电2024 年第 2 期?47.195?1.下沉门液压启闭机 2.下沉门液压启闭机机架3.输水门液压启闭机 4.输水门液压启闭机机架图 1 上闸首输水门布置图表 1 上闸首设备技术参数表序号名称技术指标参数1液压泵站电动机YX3-200L-4 电机台数/台额定功率/kW 额定电压/V额定电流/A 额定频率/Hz额定转速/（r/min）接线方式最大油压/MPa 油泵排量/（mL/r）油泵流量/（L/min）油箱容积/LYX3-200L-4 330 380 56.9 50 1 480 20 71 105.1 1 000 2工作门启闭机安装型式中部支铰、摇摆式 启门力/kN 起升速度/（m/min）最大起升高度/m工作行程/mm 全行程/mm油缸缸径/mm 活塞杆直径/mm有杆/无杆腔压力/MPa21 000 1.2 10.110 046 10 200340 20017.6/0.53输水门启闭机启门/闭门时间/min 启门力/kN油缸内径/mm活塞杆直径/mm 工作行程/mm 全行程/mm 启门压力/MPa无杆腔计算压力/MPa 安装型式中部支撑1.5/1.5 闭门力闸门自重 250180120 3 000 4 00018.6 0.5 4廊道输水闸门尺寸/m2.5 2 5下沉门尺寸/m19.5 9.96 2 输水廊道工作闸门不能开启现象桃源水电站船闸金属结构设备于 2012 年完成调试运行，总体情况良好。随着湖南省交通厅桃源水电站下游航道升级改造工程的实施，桃源水电站枢纽下游最低水位较设计明显降低，枯水期船闸运行水头达到 10.56 m（船闸设计水头10.06 m）3。船闸上游水位 39.50 m，下游水位29.44 m。在环境温度高于 10 且水头差小于 8 m时，上闸首左侧输水廊道工作门开启慢于右侧输水廊道工作门；环境温度低于 10 且水头差大于 8.5 m 小于 9 m 时，右侧输水廊道工作门开启正常，左侧工作门不能开启（单独开启左侧输水廊道工作门时也不能开启），待右侧输水廊道工作门开启 800 900 mm（上游与闸室内水位差小于8 m）时，左侧输水廊道工作门方可开启；当船闸运行水头大于 9 m 时，上、下闸首输水廊道工作门均存在不能开启的现象4。在船闸闸室充水时上闸首左、右侧廊道输水工作门不能同步开启，不能有效的消能，闸室内的流态紊乱，船舶会受到较大的横向推力，浮式系船柱所承受的系揽力超过其设计值，对船闸运行带来一定的安全隐患。3 原因分析根据现场检查液压系统，发现建压溢流阀和输水阀门液压缸缸旁阀块的整定值和设计图纸的要求一致，在高水头（8.5 m）无法开启廊道输水门时，上闸首左侧输水廊道工作门液压启闭机有杆腔压力为 18.6 MPa。计算公式：P1=4 F1/（D2-d2）（1）式中：P1液压启闭机有杆腔压力；F1启门力；D油缸内径；d活塞杆直径。计算可得 F1为 275 kN5-6。1）按照工程设计参数计算，8.5 m 水头时输水廊道工作门启门力应为 220 kN，然而按照实际液压系统测量的液压启闭机有杆腔压力计算得知，此时的液压启闭机实际出力已达到 275 kN，与工程设计的启门力相差 55 kN。2）按照工程设计参数计算，10.06 m 最大水头下输水廊道工作门启门力为245.3 kN，按照8.5 m水头时临界压力状态换算，10.06 m 水头时启门力至少需要增加 65 kN，输水廊道工作门理论启门力应达到 310.3 kN7。根据现场检查可知，在高水头运行时输水廊邓顺亚 桃源水电站船闸输水门高水头不能开启分析及处理161道工作门不能开启的原因为实际所需的启门力大于液压启闭机的额定启门压力，导致输水廊道工作门无法正常开启。4 处理方案根据桃源水电站船闸现有设备的实际情况，决定更换液压启闭机，将液压启闭机额定启门力由 250 kN 增大至 400 kN，其液压泵站系统、电控系统、管路系统、工作门门叶不做改变。4.1 启门力增加后闸门结构应力复核启门力增加到 400 kN 后需复核闸门拉杆与吊轴的应力。原设计拉杆断面为焊接工字型，材料 Q345B，拉应力为 76 MPa。拉杆与闸门连接轴材质 45 号钢调制热处理，直径 100 mm，弯曲应力为 95.7 MPa。拉杆与液压缸连接轴材料 40Cr 调质热处理，直径 100 mm，弯曲应力为 217 MPa8。为保证拉杆与闸门连接轴有较大的载荷裕度，将原有的轴的材质由 45 号钢调制热处理更换为 40Cr调质热处理。4.2 新油缸参数及液压泵电动机组复核1）液压缸参数见表 2。表 2液压缸参数表名称技术指标参数液压启闭机QPPYII-400-4.0闭门力闸门自重启门力/kN油缸内径/mm活塞杆直径/mm工作行程/mm 全行程/mm启门压力/MPa无杆腔计算压力/MPa 4002201203 000 4 00015.70.5 2）液压泵电动机组复核。上闸首输水廊道工作闸门与上闸首下沉工作闸门液压启闭机共用 1 个泵站，泵站布置在右岸。更换新液压启闭机后启门时单只液压缸有杆腔流量 40 L/min，电动机功率 12.8 kW，两只液压缸有杆腔流量 80 L/min，电动机功率 25.6 kW。1 套液压泵的流量需满足两只液压缸有杆腔的流量 80 L/min，根据设计图纸和现场实际情况每台柱塞泵的最大额定流量 105.1 L/min，电动机功率为 30 kW，满足更换新液压启闭机后的要求9。5 改造效果分析至 2021 年初在船闸年度检修时对上闸首左、右侧输水廊道工作门液压启闭机进行了更换，更换后上闸首输水廊道工作门在枯水期高水头下开启正常，运行平稳。船闸运行闸室充水时闸室流态平稳10。1 个上闸首输水廊道工作门液压启闭机更换和调试只需要 2 d 时间，对船闸的运行影响较小。鉴于对船闸上闸首输水廊道工作门液压启闭机改造的效果，计划在后续的工作中将下闸左、右侧首输水廊道工作门液压启闭机进行更换，启闭力由 250 kN 增加为 400 kN。6 结束语在经过以上对桃源水电站船闸输水廊道工作门的技术改造，实现了枯水期高水头船闸输水廊道工作门的正常开启，提高了船闸运行时闸室充泄水可靠性，为桃源水电站船闸的安全运行提供了保障。参考文献：1 左自林.内河枢纽船闸通过能力为何总会迅速饱和 J.珠江水运，2022,（20）:14-17.2吴礼国,严秀俊,李泳龙,等.犍为船闸输水廊道体形比选试验研究J.水运工程，2022,（9）:80-85.3 刘浩，孔剑，张莉.水电站高水头封堵门的优化设计及受力分析 J.水电与新能源，2022,36（5）:52-54.4陈贻送.桂江京南水电站船闸改造方案研究J.西部交通科技，2021,（10）:195-199.5 胡亚安，严秀俊，薛淑.高水头船闸输水阀门启闭力特性研究 J.水运工程，2021,（2）:1-6.6 DL/T 5167 水电水利工程启闭机设计规范S.7 刘远明.弧形闸门液压启闭机优化设计新方法 J.云南水力发电，2003,（3）:13-16+18.8DL/T 5019 水利水电工程启闭机制造安装及验收规范 S.9王顶元.大型闸门双液压缸启闭机同步控制原理及调试J.云南水力发电，2021,37（7）:184-187.10陈东运.萨拉康水电站船闸输水系统形式研究J.西北水电,2011,（3）:37-40.