水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置與選型設(shè)計(jì)論文
1 工程概況
某水庫(kù)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(kù)設(shè)計(jì)最大壩高 42.39 米，總庫(kù)容 120 萬(wàn)立方米，估算總投資 5000 萬(wàn)元。水庫(kù)的工程任務(wù)是村鎮(zhèn)供水為主兼顧灌溉。水庫(kù)建好后，將解決高鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)及周邊村寨 2 萬(wàn)人生活生產(chǎn)用水和 2500萬(wàn)畝農(nóng)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(xiàng)目。水庫(kù)規(guī)模為小（1）型，工程等別為Ⅳ等，樞紐大壩等主要建筑物為 4 級(jí)，次要建筑物為 5 級(jí)；村鎮(zhèn)供水工程屬Ⅳ等，其管道及管道建筑物為 4 級(jí)；灌溉工程屬Ⅴ等，灌溉輸水管道及管道建筑物為5 級(jí)。需根據(jù)工程實(shí)際特性合理選擇匹配的閘門、攔污柵、啟閉機(jī)等金屬結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)分析。
2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置與選型設(shè)計(jì)
初步設(shè)計(jì)設(shè)段，水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備根據(jù)工程總體布置的需要，主要設(shè)置在泄水系統(tǒng)、引水系統(tǒng)和輸水系統(tǒng)的相關(guān)建筑物上。水庫(kù)工程主要金屬結(jié)構(gòu)布置在取水設(shè)施和導(dǎo)流洞前，放空和取水設(shè)施由導(dǎo)流洞進(jìn)口采用"龍?zhí)ь^"形式改建而成，采用喇叭口型式，進(jìn)口設(shè)移動(dòng)式直立攔污柵，柵后設(shè)檢修閘門，檢修閘門后布置事故閘門，后設(shè)置通氣孔。通過 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(jié)構(gòu)有取水口攔污柵 1 扇，檢修閘門 1 扇，事故閘門 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(shè)計(jì)
在進(jìn)水口進(jìn)口處設(shè)置攔污柵一扇，攔污柵孔口尺寸為 4.0×2.8m（B×H），設(shè)計(jì)水頭 4m,運(yùn)行方式為移動(dòng)式。柵體主材采用 Q235B 鋼板，性價(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(yáng)程為 30m,懸掛在取水塔頂部啟閉機(jī)房大梁上。為了操作方便，攔污柵采用鋼絲繩啟吊。考慮到水庫(kù)水質(zhì)較好，含渣量少，所以擬采用人工清污。
2.2 進(jìn)口檢修閘門設(shè)計(jì)
進(jìn)口檢修閘門，主要用于建筑物或工作閘門等檢修時(shí)短期擋水，通常在靜水中進(jìn)行啟閉。水庫(kù)檢修閘門設(shè)置在進(jìn)口攔污柵之后，事故閘門之前，主要用于檢修事故閘門及下游鋼管，此外，還充當(dāng)封堵閘門在下游施工時(shí)使用。孔口尺寸 2.5×1.8m（B×H），閘門門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照 25m 水頭設(shè)計(jì)，閘門的`運(yùn)行方式為靜閉靜啟，采用水柱閉門，在閘門上設(shè)置充水閥充水平壓，待閘門前后水位基本一致后，才能全開閘門至檢修平臺(tái)處鎖定。閘門門體和埋件采用 Q235B 鋼，閘門門體重量為 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(yáng)程卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，起重重量為250KN,揚(yáng)程為 30m,操作形式電動(dòng)。
2.3 進(jìn)口事故閘門設(shè)計(jì)
進(jìn)口事故閘門，其主要作用是能在動(dòng)水中截?cái)嗨饕员闾幚砘蚨糁顾老掠嗡l(fā)生事故的閘門。當(dāng)事故發(fā)生后，如果需要閘門具有快速關(guān)閉功能時(shí)，則此類事故閘門又稱為快速事故閘門。快速事故閘門的關(guān)閉特性時(shí)，應(yīng)在滿足機(jī)組、輸配水鋼管保護(hù)等功能需求，合理確定快速事故閘門的動(dòng)作下降特性，在接近門檻時(shí)，設(shè)計(jì)的閘門動(dòng)作速度不宜大于 5m/mid 的下降速度。事故閘門宜在靜水中開啟。某水庫(kù)工程在攔污柵、檢修閘門后設(shè)置事故閘門一扇，閘門孔口尺寸為 1.5×1.8m2,設(shè)計(jì)水頭為 25m,閘門的運(yùn)行方式為動(dòng)閉靜啟，采用水柱閉門，在閘門上設(shè)置充水閥充水平壓，待閘門前后水位基本一致后，才能全開閘門至檢修平臺(tái)處鎖定。當(dāng)其后的工作閘門需要檢修時(shí)，動(dòng)水下閘擋水，待檢修工作完成后靜水啟門，提升并鎖定于檢修平臺(tái)高程。閘門門體和埋件采用 Q235B 鋼，門體自重 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(yáng)程卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，操作形式電動(dòng)。為了保證閘門靜水中開啟，在閘門前后設(shè)置測(cè)水位差。控制閘門開啟時(shí)的上下游水位差。
2.4 檢修蝶閥設(shè)計(jì)
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，動(dòng)作時(shí)在閥殼內(nèi)繞水平或垂直軸旋轉(zhuǎn)。閥門關(guān)閉時(shí)，閥體平面與水流方向垂直；開啟時(shí)，閥體平面與流方向一致。在蝶閥選型設(shè)計(jì)時(shí)，蝶閥可設(shè)計(jì)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啟。某水庫(kù)工程在隧洞出口設(shè)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(shè)計(jì)
在放空鋼管上設(shè)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(dāng)水庫(kù)需要放空操作時(shí)在動(dòng)水中完成開啟，待放空工作完成后動(dòng)水關(guān)閉。
2.6 引水工作蝶閥設(shè)計(jì)
為了滿足引水工作與檢修需要，在引水鋼管的過流系統(tǒng)中裝設(shè)相應(yīng)的閥門實(shí)現(xiàn)對(duì)水流的合理控制，確保取水系統(tǒng)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)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(kù)工程在引水鋼管上設(shè)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(shè)計(jì)
生態(tài)環(huán)境用水是指為生態(tài)環(huán)境修復(fù)與建設(shè)或維持現(xiàn)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(kù)工程建設(shè)，不對(duì)該河流水系生態(tài)環(huán)境造成破壞，設(shè)計(jì)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(shè)置 1 個(gè) DN100 的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態(tài)的合理開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(yùn)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)口事故閘門后設(shè)置 DN600 取水兼放空鋼管 217m,鋼管穿過隧道至下游，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(qū)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(jié)束語(yǔ)
貴州省惠水縣某水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告已于 2014 年 10 月完成，并已通過上級(jí)行業(yè)主管部門貴州省水利廳組織的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家們的審查，即將進(jìn)入招標(biāo)及實(shí)施設(shè)計(jì)階段。審查結(jié)果表明，某水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)階段的金屬結(jié)構(gòu)選型、布置等均滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)，并與工程實(shí)際特性匹配，設(shè)計(jì)方案合理可行。工程的建設(shè)實(shí)施，將會(huì)有效提高水資源的開發(fā)利用率和抗旱救災(zāi)能力，對(duì)促進(jìn)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著積極重要作用。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊健。努爾加水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)[J].小水電，2013（3）：40-43.
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