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 萬立方米，估算總投資 5000 萬元。水庫的工程任務是村鎮(zhèn)供水為主兼顧灌溉。水庫建好后，將解決高鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)及周邊村寨 2 萬人生活生產用水和 2500萬畝農田的灌溉用水。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(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，次要建筑物為 5 級；村鎮(zhèn)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。需根據工程實際特性合理選擇匹配的閘門、攔污柵、啟閉機等金屬結構，并進行詳細的設計分析。
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(tǒng)、引水系統(tǒng)和輸水系統(tǒng)的相關建筑物上。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口采用"龍?zhí)ь^"形式改建而成，采用喇叭口型式，進口設移動式直立攔污柵，柵后設檢修閘門，檢修閘門后布置事故閘門，后設置通氣孔。通過 DN600 取水兼放空鋼管引水至下游進行放空；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 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，DN600 工作蝶閥 1 個，DN300 工作蝶閥 1 個，DN100 工作蝶閥 1 個。
2.1 進口攔污柵選型設計
在進水口進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,運行方式為移動式。柵體主材采用 Q235B 鋼板，性價比高，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 CD1 型鋼絲繩電動葫蘆，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。考慮到水庫水質較好，含渣量少，所以擬采用人工清污。
2.2 進口檢修閘門設計
進口檢修閘門，主要用于建筑物或工作閘門等檢修時短期擋水，通常在靜水中進行啟閉。水庫檢修閘門設置在進口攔污柵之后，事故閘門之前，主要用于檢修事故閘門及下游鋼管，此外，還充當封堵閘門在下游施工時使用。孔口尺寸 2.5×1.8m（B×H），閘門門體結構設計按照 25m 水頭設計，閘門的`運行方式為靜閉靜啟，采用水柱閉門，在閘門上設置充水閥充水平壓，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 QPG250KN-30m 的高揚程卷揚式啟閉機，起重重量為250KN,揚程為 30m,操作形式電動。
2.3 進口事故閘門設計
進口事故閘門，其主要作用是能在動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。當事故發(fā)生后，如果需要閘門具有快速關閉功能時，則此類事故閘門又稱為快速事故閘門。快速事故閘門的關閉特性時，應在滿足機組、輸配水鋼管保護等功能需求，合理確定快速事故閘門的動作下降特性，在接近門檻時，設計的閘門動作速度不宜大于 5m/mid 的下降速度。事故閘門宜在靜水中開啟。某水庫工程在攔污柵、檢修閘門后設置事故閘門一扇，閘門孔口尺寸為 1.5×1.8m2,設計水頭為 25m,閘門的運行方式為動閉靜啟，采用水柱閉門，在閘門上設置充水閥充水平壓，待閘門前后水位基本一致后，才能全開閘門至檢修平臺處鎖定。當其后的工作閘門需要檢修時，動水下閘擋水，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 QPG160KN-30m 的高揚程卷揚式啟閉機，操作形式電動。為了保證閘門靜水中開啟，在閘門前后設置測水位差。控制閘門開啟時的上下游水位差。
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，閥體形似一個圓盤，動作時在閥殼內繞水平或垂直軸旋轉。閥門關閉時，閥體平面與水流方向垂直；開啟時，閥體平面與流方向一致。在蝶閥選型設計時，蝶閥可設計為在動水中關閉，但必須用旁通管平壓后方可在靜水中開啟。某水庫工程在隧洞出口設置 1 個 DN600 的檢修蝶閥，用來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,采用電動操作。放空工作蝶閥平常處于關閉狀態(tài)，當水庫需要放空操作時在動水中完成開啟，待放空工作完成后動水關閉。
2.6 引水工作蝶閥設計
為了滿足引水工作與檢修需要，在引水鋼管的過流系統(tǒng)中裝設相應的閥門實現對水流的合理控制，確保取水系統(tǒng)安全可靠、節(jié)能經濟的穩(wěn)定運行。進水蝶閥具有操作簡便、體積小、止水裝置完善等優(yōu)點。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 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,閘閥的操作運行條件為動水啟閉，采用手動操作。
2.8 取水兼放空鋼管、引水鋼管、環(huán)境用水管
進口事故閘門后設置 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 結束語
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，并已通過上級行業(yè)主管部門貴州省水利廳組織的有關領導和專家們的審查，即將進入招標及實施設計階段。審查結果表明，某水庫工程初步設計階段的金屬結構選型、布置等均滿足相關設計規(guī)范標準的技術指標，并與工程實際特性匹配，設計方案合理可行。工程的建設實施，將會有效提高水資源的開發(fā)利用率和抗旱救災能力，對促進地方社會經濟發(fā)展起著積極重要作用。
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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