水利水电工程钢闸门设计规范dlt_

水利水电工程钢闸门设计规范dlt_内容摘要：

海水盐碱重，对农作物有害，平时应防止淡水大量流去，故闸门止水设计，极为重要。 另外挡潮闸工作闸门，长期处于水下工作，应注意闸门的防锈和防寄生物附着的措施。 一般排灌闸工作闸门也有类似挡潮闸的某些特点，如双向止水和较长期处于水下工作等。 而排灌 闸的工作闸门，亦应考虑双向支承等问题。 本规范仅就原则提示，请设计中予以注意。 本条为原规范第 30 条部分内容的修订。 据调查，原条文的规定是合适的。 沿用原规范第 31 条。 据调查，原条文的规定是必要和合适的。 根据国内调查，广东鹤地水库溢洪道弧门、浙江马山闸弧门、河南白龟山水库弧门、江苏三河闸弧门，都处于沿库、沿海、沿湖有较大风浪和涌潮地区，由于布置上的缺陷，前二者，在上游水位略低于前胸墙时，胸墙底部和弧门露出水面以上部分，形成一个封闭的空腔，在较大风浪和涌 潮作用下，空气被压缩，形成巨大的气囊冲击压力，以致造成闸门支臂失稳破坏。 如鹤地水库弧门的布置，如图 所示。 鹤地水库弧门为 10 － ，在风浪作用下形成封顶，造成气囊冲击力，致使上支臂失事，破坏时水位。 而在后两个工程上，在布置上进行了改进，如在胸墙中开洞，拆除弧门顶止水等，未形成较大的气浪冲击压力，闸门基本完好。 根据正反两方面的教训和经验，所以在条文中提请设计时注意，从布置上加以避免。 图 鹤地水库弧门的布置简图（单位： m) 采取措施一般有： (1)胸墙中开洞，以消除气浪冲击压力的形成。 (2)预留少许调压沟。 (3)设防冲木，也可以减少闸门冲击力。 新增加条文。 近十几年来，我国兴建了相当数量的抽水泵站。 其金属结构设计的主要关键在于选择合理的断流装置。 当要求在极短时间内断流时 (几秒到十几秒 )常选用拍门，安装于泵站出口；当要求在 2min 内断流 时，也可采用平面快速闸门，以保证水泵运用安全。 在出口末端，尚要设一道事故闸门或检修闸门，以便拍门或事故快速闸门的拆修和保养。 拍门一般用油压启闭机操作，并要求有缓冲装置。 进口布置和常规相似，设拦污栅和检修闸门。 引水发电系统 沿用原规范第 32 条。 据调查和研究，原条文的规定是必要和合适的。 关于检修闸门、事故闸门、快速闸门等设置与否，在什么条件下，如何设置，主要着眼于实践经验。 据国内 14 省的初步调查，根据电站开发方式和总体布置，大致可分为三类： (1)坝后式电站。 大多数都设有检修闸门和快速事故闸门 (也有用蝴蝶阀代替 )两道，运行较好。 但也有一些电站不设检修闸门 (如湖南柘溪电站、双牌电站等 )。 据调查，不设检修闸门对运行检修甚感不便，因在正常发电时，快速闸门吊在孔口，处于戒备状态，不能维修，当机组检修时，又要用它挡水，也不能检修。 因此要检修它，只有停机。 所以在条文中作了比较肯定的规定，认为设检修闸门仍属必要。 (2)河床式电站。 大多数为低水头大流量、转桨式机组，一般只设检修闸门和事故闸门。 如浙江的七里垅电站、广西的西津电站、湖北的葛洲坝枢纽都是如此。 据 调查，当设有可靠的防飞逸装置时，可不必设快速闸门。 (3)引水式电站。 布置形式很多，除了设快速闸门 (或蝴蝶阀 )以外，在进水口处设事故闸门或检修闸门的实例都有。 从分析看，当引水洞较长时，设事故闸门较为有利，比较灵活可靠，一旦洞子出事，有事故闸门作为安全备用闸门。 近年来，采用快速闸门比较普遍 (用于代替蝴蝶阀作为机组保护之用 )，其优点为造价低廉，保护可靠。 所以在条文中推荐选用。 至于蝴蝶阀，应尽量少用，只有在某些特殊情况下 (如当一管分叉安数台机时 )，不便于布置快速闸门时，方采用蝴蝶阀。 沿用原规范第 33 条。 据调查，原条文的规定是合适的。 对经常停放在调压井门槽内的闸门，由于水位的经常波动和导叶关闭时产生较大的涌浪，所以要注意闸门停放和下降的平稳性。 据国内调查，有些电站进水口快速闸门设在调压井内，曾发生过停放和快速下降过程中不稳定现象，例如福建龙亭电站，曾发生闸门浮起情况，以致影响正常运行；安砂电站在模型试验中，也发生有相当的上托力。 分析其原因，系由于机组甩负荷，调压井中产生较强烈的涌浪等，影响闸门稳定。 因此在条文中提出这个问题，引起注意。 必要时可进行专门研究 ，以保证安全运行，达到保护机组的目的。 本条为原规范第 34 条的修订。 本次修订时增加了“应配有准确的开度指示控制器”。 快速闸门经常用启闭机悬挂于孔口顶部，因此要求有准确的开度指示控制器，目前较先进的为电子数字显示指示器。 沿用原规范第 35 条。 据调查，原条文的规定是合适的。 据国内调查，有些进水口事故、检修闸门，因为充水不平压就操作闸门，造成拉杆拉断事故，如北京密云电站、湖北丹江口电站等。 因此宜有监视平压设备，一般可采用水位差计或水位指示讯号。 除 此以外，充水孔要有足够面积，启闭机要设小行程开关，已在 中提及。 本条为原规范第 37 条的修订。 本次修订时，增加了需设卸污平台。 由于拦污设施以拦、清、排为主，所以必要的卸污平台是必不可少的。 新增加条文。 抽水蓄能电站，目前我国刚起步，只有广州抽水蓄能、十三陵抽水蓄能等电站在建。 在设计中亦只有浙江天荒坪、东北蒲石河、河北张河湾数座。 但抽水蓄能电站今后必将为一种有发展前途的电站。 关于抽水蓄能电站引水系统金属结构布置和选型，目前仅参照国外建设经验作一些原则规定 ；有待总结国内运行经验。 根据目前收集到美、英、日本、意、德等国部分抽水蓄能电站引水系统金属结构布置情况 [计有 39座电站，详见皮仙槎，“抽水蓄能电站水道系统闸门 (栅 )、启闭机的合理配置”，水力发电学报 1989 年 2期 ]，大体上可以得出以下结论： (1)上池进口设拦污栅、检修闸门或事故闸门。 (2)对短尾水洞，只在尾水洞出口处设检修闸门 (或事故闸门 )和拦污栅。 对长尾水洞，除于尾水洞出口处设检修闸门和拦污栅外，在尾水肘管至尾水调压井之间，可设一道事故闸门 (或检修闸门 )，其布置可设 在尾水管厂房内，亦可布置于厂房下游尾水廊道中单独闸室或设于尾水调压井中。 新增加条文。 关于贯流式机组电站，近十几年来国内亦陆续兴建，其特点多属低 (或超低 )水头河床式电站。 其机组本身对防飞逸装置较可靠；对拦污栅要求较高，除满足强度、刚度外，尚需研究机组在运行中的振动对拦污栅的影响；对波浪控制要求较高等。 根据国内外 22个座贯流式机组电站的调查 (详见李从众，“灯泡式机组电站金属结构的布置，设计规范修订专题总结” )，其金属结构系统的布置大体为： 进水口布置有拦污栅、检修闸门 或事故闸门，必要时，设清污机。 拦污栅设于最前面，一般选用倾斜式布置。 拦污栅后面以设检修闸门为好，亦可设事故闸门，事故闸门亦可考虑按部分水压差关门 (如湖南马迹塘电站考虑 3/16Qr)。 尾水管出口一般设尾水事故闸门或检修闸门。 但以事故闸门为好。 (用以代替进口处的事故闸门，其优点是孔口尺寸小，较经济；事故下门过程中，对机组的水力作用较为稳定等 )。 贯流式机组，电站水头十分宝贵，所以对栅条型式、清污问题，都要十分仔细研究。 3 荷载 沿用原规范第 38 条。 原条文所规定的荷载划分为两类，是适合闸门工况的。 本条为原规范第 39 条的修订。 本次修订时，增加了“水锤压力和地震动水压力”两项。 (1)作用在闸门上的水锤压力，只有在水工特殊布置和特定条件下才有水锤作用在闸门上，一旦有水锤压力作用在闸门上，设计荷载和校核荷载都要考虑，因此原规范只在校核荷载条件下列水锤压力是不合适的。 (2)增加地震动水压力。 地震力对闸门结构起作用的力为地震动水压力，对下游无水的浅孔式闸门，经计算地震动水压力占静水压力的比值： 设计烈度 7 度 % 设计烈度 8 度 % 设计烈度 9 度 % 对下游有水且为门高的一半，地震动水压力占静水压力的比值： 设计烈度 7 度 % 设计烈度 8 度 % 设计烈度 9 度 % 深孔闸门相对于浅孔闸门来说，各设计烈度地震动水压力占静水压力的比值要小些。 根据国家地震基本烈度分布图分析，受地震影响有一定的范围，地震动水压力特别是对露顶式弧门支腿影响较大，故设计时不容忽视。 本条为原规范第 40 条的修订。 本次修订时，增加 了“在校核水头下的地震动水压力”荷载，其理由如上条所述。 本条为原规范第 41 条的修订。 本次修订时，删去了“地震动水压力”荷载，而将它列入 和 中去。 沿用原规范第 42 条的原则，在文意上更加明确。 经调查和研究原条文的规定是合适的。 但对闸门滚轮、吊耳等部件，因考虑了不均匀或超载系数，不再考虑动力系数。 (1)工程实践证明，闸门在动水操作中由于水流的作用，都有不同程度的振动。 在特定条件下，某些闸门曾产生较强烈的振动，少数闸门甚至有产生共振或动 力夹稳的现象 (如河南三义寨人民跃进渠 12 8－7m 弧形门、江苏樟山闸 10 － ，甘肃刘家峡泄水道 3 8－ 70m 平面工作门等 )。 因此，本规范原则上把动力系数列入条文中，以便在设计中考虑闸门振动的因素。 (2)由于闸门的结构复杂，水流动力作用的性质尚未完全摸清，流体与闸门结构的相互作用不够明确。 当前国内外对闸门振动的问题研究仍属初步阶段，因而尚不能具体制定出一套完整的动力计算方法，并提供各种闸门的动力系数。 因此，规范中对各种闸门的动力系数暂规定同一数值范围。 但可根据水流条件、闸门型式， 对不同部件有一变动范围来选取。 (3)这次修订规范时，对我国自 1958 年以来闸门振动问题进行的大量原型观测资料以及模型试验和理论研究成果，进行了综合分析和调查研究。 经过专题会议讨论，认为工程中发现的闸门振动现象，就其性质而论，基本上属于两类：一类属于自激振动 (如止水漏水引起的振动，低水头弧形闸门小开度的振动等 )；另一类属于强迫振动。 前者只在某些特定条件下产生，不应包括在动力系数所考虑的范围以内。 规范中的动力系数系指闸门可能承受的某些直接作用于门体并且作用时间较长的动力荷载，例如水流及波浪对闸门的冲击 ，水跃、漩滚对闸门的脉动作用，以及在动水操作中闸门槽的漩涡、止水漏水等其他不可预计的动水脉动作用力的影响，这些荷载对闸门的动力影响，其性质均属于强迫振动。 因此，规范具体指明只对经常进行动水操作的高水头工作闸门以及经常进行局部开启的工作闸门，才有必要在设计中采用动力系数。 (4)原规范对动力系数取值规定 ～。 这次对现有研究成果的综合分析表明，上述取值是合适的，规范的动力系数仍采用 ～。 其理由如下： 1)密云水库潮河输水洞出口 － 30m弧形门及西津溢流坝 14 12－ 12m平面工作门动力系数的原型观测资料如下： ①密云水库潮河输水洞出口弧形闸门的动力系数原型观测资料，见表。 表 密云水库潮河输水洞出口弧形闸门动力系数原型观测资料 部件 闸门相对开度 最大动力系数 拉杆 支臂 (径向 ) 支臂 (侧向 ) 面板 (径向 ) 面板 (侧向 ) ②西津溢流坝工作门原型观测资料，见表。 表 西津溢流坝工作门原型观测资料 闸门编号 闸门相对开度 K－ 1 1～ 1 1～ 3 1～ 5 板梁式 — 板梁式 — — 桁架式 — — 其中密云观测资料系原规范制定动力系数的主要依据之一。 由上述两项原型观测资料可见，除个别部件外，闸门的梁系等主 要构件的动力系数均不超过。 因此，笼统地把拉杆的动力系数规定为其上限，似欠妥当。 应该指出，上述观测的动力系数是某一闸门相对开度下的动应力与其静应力之比，亦即等价于在该相对开度下的脉动压力 (激振荷载 )和时均动水压力 (静荷载 )之比。 在某一开度下的静荷载加上动荷载甚至小于设计条件下 (闸门全关 )的静荷载，而规范中对动力系数的取值，并不特定指明动水操作的相对开度，而是将动力系数乘以设计条件下的静水压力，因而对动力系数不宜规定过大。 2)对强紊动水流 (如水跃区 )的动水压力脉动的研究表明，固体边界上 的动水压力脉动的强度为： 式中 —— 动力压力脉动值的均方差，即其强度； —— 泄流条件下的流速水头； K＇ —— 压力脉动系数，一般为 ～ ； —— 水的容重。 压力脉动的空间尺度 AR在水跃区约为水下固体边界面积的 1/2。 因此作用于固体边界的总动水压力脉动的 强度为： 式中 —— 闸门在动水中的面积。 由于 式中 H0—— 泄水条件下的闸门工作水头。 所以 由此可见，动力系数的上限取用 是合适的。 至于其他如紊流边界层、局部扰动等产生的动水压力脉动，均大大小于强紊流区的脉动。 3。