水庫金屬結構設備布置與選型設計論文
1 工程概況
某水庫選址位于惠水縣漣江河左岸半坡河溝上，屬珠江流域紅水河水系。水庫設計最大壩高 42.39 米，總庫容 120 萬(wàn)立方米，估算總投資 5000 萬(wàn)元。水庫的工程任務(wù)是村鎮供水為主兼顧灌溉。水庫建好后，將解決高鎮鎮區及周邊村寨 2 萬(wàn)人生活生產(chǎn)用水和 2500萬(wàn)畝農田的灌溉用水。工程是供水和灌溉綜合效益為一體的水利工程項目。水庫規模為�。�1）型，工程等別為Ⅳ等，樞紐大壩等主要建筑物為 4 級，次要建筑物為 5 級；村鎮供水工程屬Ⅳ等，其管道及管道建筑物為 4 級；灌溉工程屬Ⅴ等，灌溉輸水管道及管道建筑物為5 級。需根據工程實(shí)際特性合理選擇匹配的閘門(mén)、攔污柵、啟閉機等金屬結構，并進(jìn)行詳細的設計分析。
2 金屬結構設備布置與選型設計
初步設計設段，水工金屬結構設備根據工程總體布置的需要，主要設置在泄水系統、引水系統和輸水系統的相關(guān)建筑物上。水庫工程主要金屬結構布置在取水設施和導流洞前，放空和取水設施由導流洞進(jìn)口采用"龍抬頭"形式改建而成，采用喇叭口型式，進(jìn)口設移動(dòng)式直立攔污柵，柵后設檢修閘門(mén)，檢修閘門(mén)后布置事故閘門(mén)，后設置通氣孔。通過(guò) DN600 取水兼放空鋼管引水至下游進(jìn)行放空；從取水兼放空鋼管上連接 DN300 的取水鋼管至取水工作蝶閥；從取水兼放空鋼管上連接 DN100 的環(huán)境用水鋼管至下游原河道。主要金屬結構有取水口攔污柵 1 扇，檢修閘門(mén) 1 扇，事故閘門(mén) 1 扇，DN600 取水兼放空鋼管，DN300 引水鋼管，DN100 環(huán)境用水鋼管，DN600 檢修蝶閥 1 個(gè)，DN600 工作蝶閥 1 個(gè)，DN300 工作蝶閥 1 個(gè)，DN100 工作蝶閥 1 個(gè)。
2.1 進(jìn)口攔污柵選型設計
在進(jìn)水口進(jìn)口處設置攔污柵一扇，攔污柵孔口尺寸為 4.0×2.8m（B×H），設計水頭 4m,運行方式為移動(dòng)式。柵體主材采用 Q235B 鋼板，性?xún)r(jià)比高，柵體重量 2.3T,埋件重量 2.6T,支承采用鋼滑塊，啟閉采用單吊點(diǎn) CD1 型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆，起重重量為 3T,揚程為 30m,懸掛在取水塔頂部啟閉機房大梁上。為了操作方便，攔污柵采用鋼絲繩啟吊�？紤]到水庫水質(zhì)較好，含渣量少，所以擬采用人工清污。
2.2 進(jìn)口檢修閘門(mén)設計
進(jìn)口檢修閘門(mén)，主要用于建筑物或工作閘門(mén)等檢修時(shí)短期擋水，通常在靜水中進(jìn)行啟閉。水庫檢修閘門(mén)設置在進(jìn)口攔污柵之后，事故閘門(mén)之前，主要用于檢修事故閘門(mén)及下游鋼管，此外，還充當封堵閘門(mén)在下游施工時(shí)使用�？卓诔叽� 2.5×1.8m（B×H），閘門(mén)門(mén)體結構設計按照 25m 水頭設計，閘門(mén)的`運行方式為靜閉靜啟，采用水柱閉門(mén)，在閘門(mén)上設置充水閥充水平壓，待閘門(mén)前后水位基本一致后，才能全開(kāi)閘門(mén)至檢修平臺處鎖定。閘門(mén)門(mén)體和埋件采用 Q235B 鋼，閘門(mén)門(mén)體重量為 3.5T,埋件重 6.5T,支承采用聚四氟乙烯滑塊，啟閉用單吊點(diǎn) QPG250KN-30m 的高揚程卷?yè)P式啟閉機，起重重量為250KN,揚程為 30m,操作形式電動(dòng)。
2.3 進(jìn)口事故閘門(mén)設計
進(jìn)口事故閘門(mén)，其主要作用是能在動(dòng)水中截斷水流以便處理或遏止水道下游所發(fā)生事故的閘門(mén)。當事故發(fā)生后，如果需要閘門(mén)具有快速關(guān)閉功能時(shí)，則此類(lèi)事故閘門(mén)又稱(chēng)為快速事故閘門(mén)�？焖偈鹿书l門(mén)的關(guān)閉特性時(shí)，應在滿(mǎn)足機組、輸配水鋼管保護等功能需求，合理確定快速事故閘門(mén)的動(dòng)作下降特性，在接近門(mén)檻時(shí)，設計的閘門(mén)動(dòng)作速度不宜大于 5m/mid 的下降速度。事故閘門(mén)宜在靜水中開(kāi)啟。某水庫工程在攔污柵、檢修閘門(mén)后設置事故閘門(mén)一扇，閘門(mén)孔口尺寸為 1.5×1.8m2,設計水頭為 25m,閘門(mén)的運行方式為動(dòng)閉靜啟，采用水柱閉門(mén)，在閘門(mén)上設置充水閥充水平壓，待閘門(mén)前后水位基本一致后，才能全開(kāi)閘門(mén)至檢修平臺處鎖定。當其后的工作閘門(mén)需要檢修時(shí)，動(dòng)水下閘擋水，待檢修工作完成后靜水啟門(mén)，提升并鎖定于檢修平臺高程。閘門(mén)門(mén)體和埋件采用 Q235B 鋼，門(mén)體自重 2.2T,埋件重量 7.0T,支承采用聚四氟乙烯滑塊，啟閉用單吊點(diǎn) QPG160KN-30m 的高揚程卷?yè)P式啟閉機，操作形式電動(dòng)。為了保證閘門(mén)靜水中開(kāi)啟，在閘門(mén)前后設置測水位差�？刂崎l門(mén)開(kāi)啟時(shí)的上下游水位差。
2.4 檢修蝶閥設計
蝶閥由閥殼和閥體共同組成，其中：閥殼為一短圓筒，閥體形似一個(gè)圓盤(pán)，動(dòng)作時(shí)在閥殼內繞水平或垂直軸旋轉。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥體平面與水流方向垂直；開(kāi)啟時(shí)，閥體平面與流方向一致。在蝶閥選型設計時(shí)，蝶閥可設計為在動(dòng)水中關(guān)閉，但必須用旁通管平壓后方可在靜水中開(kāi)啟。某水庫工程在隧洞出口設置 1 個(gè) DN600 的檢修蝶閥，用來(lái)檢修取水兼放空鋼管、引水鋼管、環(huán)境用水鋼管和各工作蝶閥，工作壓力采用 39m,采用電動(dòng)操作。
2.5 放空工作蝶閥設計
在放空鋼管上設置 1 套 DN600 的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態(tài)，工作壓力采用 39m,采用電動(dòng)操作。放空工作蝶閥平常處于關(guān)閉狀態(tài)，當水庫需要放空操作時(shí)在動(dòng)水中完成開(kāi)啟，待放空工作完成后動(dòng)水關(guān)閉。
2.6 引水工作蝶閥設計
為了滿(mǎn)足引水工作與檢修需要，在引水鋼管的過(guò)流系統中裝設相應的閥門(mén)實(shí)現對水流的合理控制，確保取水系統安全可靠、節能經(jīng)濟的穩定運行。進(jìn)水蝶閥具有操作簡(jiǎn)便、體積小、止水裝置完善等優(yōu)點(diǎn)。某水庫工程在引水鋼管上設置 1 套 DN300 的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態(tài)，工作壓力采用 39m,采用電動(dòng)操作。
2.7 生態(tài)環(huán)境用水工作蝶閥設計
生態(tài)環(huán)境用水是指為生態(tài)環(huán)境修復與建設或維持現狀生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不至于下降所需要的最小需水量。為了確保某水庫工程建設，不對該河流水系生態(tài)環(huán)境造成破壞，設計了 DN100 的生態(tài)環(huán)境用水管道。在生態(tài)環(huán)境用水鋼管上設置 1 個(gè) DN100 的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態(tài)的合理開(kāi)啟向河道下游放生態(tài)用水，工作壓力采用 39m,閘閥的操作運行條件為動(dòng)水啟閉，采用手動(dòng)操作。
2.8 取水兼放空鋼管、引水鋼管、環(huán)境用水管
進(jìn)口事故閘門(mén)后設置 DN600 取水兼放空鋼管 217m,鋼管穿過(guò)隧道至下游，末端接入消力池；在取水兼放空鋼管接入 DN300 引水鋼管 5m 至引水工作蝶閥與灌區輸水管道連接；在取水兼放空鋼管接入 DN100 環(huán)境用水鋼管 5m 至下游原河道。
3 結束語(yǔ)
貴州省惠水縣某水庫工程初步設計報告已于 2014 年 10 月完成，并已通過(guò)上級行業(yè)主管部門(mén)貴州省水利廳組織的有關(guān)領(lǐng)導和專(zhuān)家們的審查，即將進(jìn)入招標及實(shí)施設計階段。審查結果表明，某水庫工程初步設計階段的金屬結構選型、布置等均滿(mǎn)足相關(guān)設計規范標準的技術(shù)指標，并與工程實(shí)際特性匹配，設計方案合理可行。工程的建設實(shí)施，將會(huì )有效提高水資源的開(kāi)發(fā)利用率和抗旱救災能力，對促進(jìn)地方社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展起著(zhù)積極重要作用。
參考文獻：
[1]楊健。努爾加水庫金屬結構布置與設計[J].小水電，2013（3）：40-43.
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