新疆台兰河一级水电站工程金属结构设计分析

新疆台兰河一级水电站工程金属结构设计分析

梁迟

新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：近几年我国水电站工程建设数量持续增多，作为水电站建设中的关键环节，其金属结构设计是否合理，与水电站安全、可靠运行之间存在密切关联，倘若金属结构设计缺乏合理性，轻则增大水电站出现质量问题的概率，重则导致水电站运行年限减少。为保证金属结构设计符合预期标准，需在明确水电站建设要求的前提下，注重对水电站渠首、前池等部位金属结构的优化设计。本文从台兰河水电站工程的概述分析入手，在此基础上阐明水电站金属结构的具体设计。

关键词：金属结构；台兰河；设计；一级水电站

前言

随着水利工程建设的重要性逐渐凸显，对水电站工程的设计与建设提出更高要求。作为支撑水电站可靠运行的重要元素，金属结构的设计水平直接影响到水电站作用、功能的体现。鉴于此，探讨如何加强对金属结构设计的把控，对促进一级水电站的长久、可靠运行有着重要影响。

一、台兰河一级水电站工程概述

该工程建设于阿克苏地区温宿县境内台兰河流于，并以台兰河、塔克拉克河合口下游400m位置为基准进行一级水电站引水渠首（新建）引水，利用台地落差在台兰河前缘位置进行一级电站的新建，并保持一级电站尾水与二级电站引水渠的直接连接，二级电站的压力前池～电站厂房布置于古木别孜背斜南坡，最后二级电站的尾水向东南方向投入台兰河总干渠以满足总干渠下游灌溉用水，多余水量则继续向东穿过台兰河总干渠后退入台兰河。在实际运行期间，一级水电站以发电为主要功能，工程构筑物包括压力管道、电站厂房、引水渠首、压力前池、泄水陡坡、渠系建筑物等。本文以该工程为例，阐明其金属结构的具体设计。

二、渠首金属结构

作为台兰河一级水电站中的重要组成，渠首部分组成涉及到泄洪冲沙闸5孔、进水闸2孔、冲沙闸2孔，其构筑物排列以从左至右为基准。同时，需将2孔蜗管排沙闸安设于进水闸下游位置。

（一）渠首泄洪冲沙闸闸门与启闭机设计

基于对水电站建设需求的分析，以5孔泄洪冲沙闸设计为主要方案，且孔口尺寸需控制在宽6m、高4m左右，其水头设计约为11.5m。对于闸门的设计，则以潜孔式双主衡量斜支撑球铰弧形为主，数量控制在5扇。运行期间闸门可发挥控制开度、动水启闭的作用[1]。需注意，钢丝绳在闸门启闭过程中形成的摆角相对较小，所以在启闭控制时可借助固定卷扬式启闭机，其设备容量为QP2×200kN。

为保证冲沙闸的设置符合实际运行需求，需将泄洪冲沙闸检修闸门的孔口设置为5个，孔口尺寸则需控制在6m×5.5m左右，水头设计控制在11.5m。对于检修闸门的设计，可以平板式闸门位置，数量控制在1扇。闸门闭门操作的实现依托于水柱压力与自重。闸门设计以单向门式启闭机为主，并结合液压抓梁来实现高效、精准控制。

（二）进水闸闸门与启闭机

依据现场情况的分析，以2孔为基准进行渠首分水闸的设计，孔口尺寸控制在5m×4.1m，水头设计则控制在3.8m。选择容量为2×100kN的固定卷扬式弧门启闭机来控制开度运行，并实现闸门动水的自动启闭。为避免闸门门叶、埋件在冬季时期出现冻结现象，需将有电加热装置安置于闸门门叶、埋件等部位。以2孔口为基准进行渠首进水闸检修闸门设计，按5m×4.1m的标准设计孔口尺寸，水头控制同样以3.8m为基准，并借助1扇平板检修闸门来设置2孔。闸门操作控制借助电动跑车葫芦，容量为2×80kN。

（三）中孔冲沙闸及启闭机

结合实际情况以2孔为基准进行冲沙闸工作闸门的设计，以3m×2.7m为基准进行孔口尺寸的设计，水头控制在6.8m，将平板工作闸门设置于各孔，并利用规定卷扬式启闭机来实现闸门操作，其容量以QP1×160kN为基准。同时按要求对冲沙闸检修闸门进行2孔设计，并以工作闸门为标准进行闸门与埋件结构型式的设计。运行期间，可依托于自重来实现闸门静水闭门，利用电动跑车葫芦来操作闸门，容量为1×160kN。

（四）蜗管排沙闸及启闭机

按设计方案设置2孔蜗管排沙闸工作闸门，孔口尺寸控制在1.2m×1.2m，水头控制在6.3m，潜孔式平板钢闸门分别设置于各个孔。依托于铸铁配重、自重来实现闸门动水启闭、开度运行的控制，并借助螺杆式启闭机来实现闸门自动化操作，型号以QL80kN为标准[2]。需注意，以2孔为基准进行蜗管排沙闸事故闸门的设置，并以工作闸门为参照来合理设计闸门与埋件结构型式。运行期间借助配重、自重实现闸门启闭，并依托于螺杆式启闭机来实现闸门自动化控制，型号为QL80kN。

三、前池金属结构设计

台兰河一级水电站中前池进水口、尾水出口均涉及到对金属结构设备的安设，其中进水孔设计以2孔为基准，底板、闸顶高程分别控制在1638m、1651m。将拦冰栅安设于前池进口位置，数量控制在1扇，并将回转式捞冰清污机分别安设于各个进水口位置，并将事故闸门的安装数量控制在1道。分别将工作闸门、事故闸门安设于冲沙洞位置，闸门数量均为1道。将舌瓣工作闸门、检修闸门分别安置于排冰闸位置，数量控制在各1扇。结合对实际运行需求的分析，电站厂房内水轮发电机组的设置数量控制在4台，且布置方案以两大、两小为主，以1孔为基准进行各机尾排水管设计，且尾水孔的设计数量控制在4个，将检修闸门槽分别设置在各尾水孔位置，运行期间1扇检修闸门与2台大机进行连接，另外2台小机则对另一扇检修闸门共用。

（一）冰栅栅叶与启闭机设计

结合运行需求的分析，以1孔为基准进行兰冰栅的设计，孔口尺寸控制在8m×4m，且在布置期间按照直立式方案。同时，以1m水位差为基准进行栅体结构的设计，栅条间距控制在490mm左右。冰栅自动化操作的实现离不开对固定式电动葫芦的应用，容量为2×80kN[3]。

（二）前池冲沙闸闸门与启闭机设计

按照1孔的形式进行前池冲沙闸工作闸门的设计，孔口尺寸以1.4m×1.4m为基准，水头设计控制在14m，依靠自重与配重来实现动水启闭，借助螺杆式启闭机进行闸门自动控制，型号采用QL125kN。冲沙闸检修闸门孔口尺寸以1.4m×1.4m为标准，并要求人员以工作闸门为参照，进行闸门门槽、启闭机型式、门体结构、容量的有效设计。

（三）进水口清污机、事故闸门及启闭机设计

台兰河一级水电站拦污栅的使用以回转式为主，并以3.25×1.3㎡为基准来控制孔口尺寸，过栅流速需控制在0.89m/s左右，要求人员以水位差2m为标准来优化栅体强度设计。对于拦污栅的设计，其组成包括板式滚子链、张紧装置、固定轨道、动力传动装置、栅叶等，运行期间，清污排冰机以水位差0.5m为基准来控制启闭。为避免在冬季阶段出现支撑框架冻结无法正常运行的情况，可视情况将发热电缆防冰冻装置安设于支撑框架下部区域。

四、结束语

综上所述，金属结构设计是否合理不仅与台兰河一级水电站的可靠、安全运行存在密切关联，亦关乎到水电站功能体现与效益创造。鉴于此，为保证水电站运行不受金属结构问题的影响，需在明确掌握台兰河一级水电站工程特点要求、地质条件、施工环境的前提下，加强对金属结构设计的把控，通过对科学设计方案的制定来提升金属结构质量，避免其恶劣天气、复杂环境对水电站运行造成影响。

参考文献：

[1]李军,曾东.水电站金属结构闸门制造及安装技术分析[J].大科技,2019,000(012):175-176.

[2]仪彤,胡一亮,王启行,等.巴基斯坦卡洛特水电站金属结构布置与设计[J].水利水电快报,2019,040(012):22-28.

[3]胡小光，沈志刚.某大型抽水蓄能水电站金属结构设备布置设计[J].云南水力发电,2022,38(10):246-248.