向家坝大型导流底孔封堵闸门水力学试验研究2.doc

向家坝大型导流底孔封堵闸门水力学试验研究 第42卷第11期 2011年6月 人民长江 YangtzeRiver VoI.42.No.11 June,2011 文章编号:1001—4179(2011)11—0023—04 向家坝大型导流底孔封堵闸门水力学试验研究 刘志雄,金峰,陈辉 (长江科学院水力学研究所,湖北武汉430010) 摘要:向家坝枢纽导流底孔属临时建筑,用后封堵.但闸门尺寸大,水头高,若采用固定卷扬机启闭,启闭设备 的容量和自重均较大,建造较为困难;若采用液压张紧提升系统启闭,此项技术又从未用于水工闸门的启闭操 作,且闸门在启闭过程中经历的水力条件较为复杂.为了弄清在两种不同启闭方式过程中闸门水力学条件的 变化情况,通过导流底孔封堵闸门水力学模型试验,进行了两个启闭方案下底孔内流态,压力特性以及闸门启 闭力的对比试验研究.结果表明,采用液压提升系统和固定卷扬机系统进行导流洞封堵的方案均可行;推荐 了与不同启闭设备方案相适应的导流底孔体形.但考虑到液压张紧提升系统方案在经济性,工期和缆机资源 占用等方面的优势,建议设计采用该启闭系统方案. 关键词:导流底孔;封堵闸门;固定卷扬式启闭机;液压张紧提升系统 中图法分类号:TV66文献标志码:A 在一般的水电工程中,通常使用固定卷扬式启闭 机进行平板闸门的启闭.固定卷扬式启闭机的主要特 点是启闭速度相对较快,启闭历时较短,启闭过程中闸 门的水力学条件相对简单,便于把握下闸时机和应对 下闸过程中遇到的意外情况,启闭设备安全可靠度较 高,水电工程运用经验丰富.其缺点是设备自重较大, 安装工作量大,设备投资较大,完成导流底孔以及其他 非永久运行的闸门的启闭后,其拆除工作量大,回收利 用率低,造成较大的浪费.针对这种情况,有关专家提 出了采用液压张紧提升系统的启闭方案.液压张紧提 升系统的液压提升机构为步进方式,系统采用标准化, 轻型化的模块结构,其特点是提升系统荷载可适应范 围大,单元重量轻,体积小,便于现场快捷安装和拆除. 同时具备多点多单元同步控制功能,行程检测,监控准 确,同步性好,控制组合方式灵活,设备可回收性好,投 资较低.液压张紧提升系统已有丰富的工程经验,技 术较为成熟,但尚未用于水工闸门的启闭操作,同时, 由于启闭速度较低,启闭过程中历时较长,闸门启闭时 水力条件相对复杂一些. 因此,以向家坝导流底孔为研究对象,研究了以上 两种启闭设备方案下导流底孔的水力特性,推荐了与 不同启闭设备方案相适应的导流底孔体型.其试验研 究成果拓宽了水工闸门启闭设备的设计方法及思路, 可为其他类似工程提供参考. 1工程概况及模型设计 1.1工程概况 向家坝水电站位于四川省宜宾县与云南省水富县 交界的峡谷出口处,是金沙江梯级开发的最后一级电 站,混凝土重力坝坝顶高程383.00ITI,最大坝高 161.00m,水库正常蓄水位380.00m.永久泄水建筑 物由l2个表孔和l0个中孔组成,布置于河床中部偏 右岸,电站总装机容量6000MW. 向家坝水电站共设6个导流底孔,连续布置于左 岸非溢流坝段和冲沙孔坝段,其中1～4号导流底孔体 形为:进口端两侧向前延伸至明流段导墙,侧墙曲线为 半径5.0m的1/4圆弧,底板高程为260.00m,底孔 顶部喇叭口为1/4椭圆,喇叭口后收缩成10.0m× 14.0m(宽×高)的矩形孔,通过方变圆渐变段过渡成 城门洞洞身,出口段为1:16压坡段,出口尺寸为10.0 m×12.5m(宽×高),整个洞身长度为152.5m.导 流底孔每孔在进口处设置l扇封堵闸门,门槽设于进 收稿日期:2011—02—18 作者简介:刘志雄,男,工程师,主要从事水力学试验研究工作.E—mail:liuzx@mail.crsri.cn 24人民长江 口端部,处在明流段.封堵闸门启闭采用固定卷扬启 闭机或液压张紧提升系统操作,每孔设置1套.向家 坝水电站1—4号导流底孔剖面图见图1. 281.0oD =】E.方变圆渐变段\zq—————— 叫1:16 260.000 +IIj.朗 口 ;_2型:Q鲤:丽 垫Q: 图1向家坝水电站1—4号导流底孔剖面 1.2模型设计 选择向家坝1～4号导流底孔其中的一孔作为研 究对象,模型按重力相似准则设计,比尺为1:30.模 型模拟范围包括完整的导流底孑L及进出口衔接段,上 下游水位利用溢水槽控制.导流底孔部分利用有机玻 璃制作,模型闸门按几何外形相似利用钢材制作,闸门 和启闭机之间采用钢丝绳连接,并采用电机进行闸门 启闭驱动,启闭速度通过启闭机进行调节. 模型利用布置在导流底孔进口,门槽附近区域,底 孔沿程以及封堵门上的44个时均压力测点和21个脉 动压力传感器来测量压力特性,利用封堵门启闭杆中 串联的1只拉压传感器测量闸门启闭力. 2固定卷扬式