三峡左岸电站尾水闸门无水启闭试验提升系统设计 ［ 作者：苏大 杨成 新闻来自：中国水电七局机电安装分局三峡项目部 ］ （ 更新时间：2004-1-27 编辑：兰晓宇 ） 摘 要：三峡左岸电站厂房共有42套尾水闸门，每套闸门分三节，总重约110t。由于工期的要求，其中30套闸门需在永久启闭设备未投运的情况下采用临时提升系统进行启闭试验。本文介绍的提升卷扬方案结构简单、设计合理、操作方便；既保证了闸门试槽的质量，又提高了工作效率。文中仅对卷扬机系统的布置及选用、强度校核进行一些介绍，为同类电站采取相同的施工方法，提供有益的参考。 关键词：尾水闸门 卷扬机 强度校核 1、概述 三峡左岸厂房共装机14台，每台机组设有3孔尾水闸门，每扇闸门由三节门叶组成，节间连接为销轴连接，节间止水为橡胶压缩止水，闸门顶节设有两个平压阀装置，闸门反向支撑为弹性滑块，侧向支承为侧轮结构，双吊点，门体止水装置为橡胶上游止水，每套闸门总重104.313吨，尾水门的外形尺寸为10.2×9.56×1.66米。 由于左岸厂房尾水门机不能及时投入生产，使得尾水钢闸门无水启闭试槽工作不能按原计划方案进行，为了保证尾水破堰进水的施工计划，必须采用其他施工方案。 2、方案分析 根据现场实际情况，拟采用以下两种方案进行无水启闭试槽工作： 卷扬机系统吊装方案，采用双滑轮系统，用两台10吨卷扬机和两套80吨滑轮组（H80×7D）组成，见图一所示。 采用400T汽车吊吊装闸门试槽，支腿支撑在门机轨道上，配合使用平衡梁。见图二所示 图一：卷扬机系统吊装布置图 图二：400吨汽车吊吊装方案 对上述两种吊装方案进行分析，每种方案都有各自的优缺点： 卷扬机系统吊装方案安全系数大，但操作需注意闸门起落的同步性， 汽车吊方案相对来说，操作灵活性较强，但由于占地面积太大，对其它工作面的施工干扰很大，同时租赁费用较高。 综合分析，最终选用卷扬机系统吊装方案进行尾水闸门的试槽工作。 3、卷扬机系统布置 选用两台10t卷扬机（JM-10）架设在尾水门槽孔上方，并用钢梁组成卷扬机机座。滑轮组选用两套80吨滑轮组（H80×7D），牵引钢丝绳选用6×37-28.0+FC，起吊钢丝绳选用 6×37+1，直径为Φ56的钢丝绳，见图一所示。 卷扬机放置在机座排架上，机座排架主要由4根7米长的箱形梁及2根悬挂两套80吨滑轮组的承重梁组成，结构如图三所示。 卷扬机及机座自重约28吨，滑轮组及牵引钢丝绳自重约6吨。钢丝绳的穿绕见图四所示。 图三：卷扬机机座结构图 图四：钢丝绳穿绕详图 4、卷扬机系统强度校核 因为在无水启闭时提升尾水钢闸门的最大起吊量小于在有水启闭时提升尾水钢闸门的最大起吊量，为了安全起见，我们按照有水启闭时钢闸门的受力情况进行卷扬机系统和型钢梁的设计计算。根据《水利水电工程规范》知“在静水开启的闸门，其启闭力计算除计入闸门自重和加重外，尚考虑一定的水位差引起的摩擦力。电站尾水钢闸门可采用不大于1m的水位差。”则作用在钢闸门上的总水压力N=Y×（HS-HX）×H×BZS= 1×1×9.56×9.16=87.6吨(Y指水的密度，HS-HX为水位差，H为钢闸的高度，BZS为水封止水封的间距）查得钢闸门水封与水封座板的摩擦系数为ц=0.5，则卷扬机系统在无水启闭时的最大起吊量可以按照公式G1=G0+Nц=104+87.6×0.5=147.75吨计算（尾水钢闸门的自重G0=104吨），考虑其它因素最大起重量按照150吨设计。由于两台卷扬机的布置与受力状况是沿门槽孔中心对称，则单台卷扬机在无水启闭试槽时的最大起吊重量Q=150/2=75吨，故只需计算单边卷扬机情况就可以。 4.1 牵引钢丝绳强度校核 由滑轮组结构可知，动滑轮组上有效分支数n=14，而滑轮套为青铜套，查得青铜套滑轮组的综合摩擦系数E=1.04，则滑轮组的效率。 由于滑车组出端头从定滑轮绕出，则牵引钢丝绳的最大受力为滑轮组有效分支数14，ηk指滑轮组效率0.755）。 吨（其中Q指卷扬机系统的最大起吊量75吨，N 选用的钢丝绳为6×37-28.0+FC，δ=170公斤/平方毫米时，钢丝绳的破断拉力为Q1=41.05吨，则安全系数,符合施工要求的安全系数。 4.2 起吊钢丝绳的强度校核 查得6×37+1，直径为Φ56的钢丝绳，抗拉强度为170公斤/平方毫米，破断拉力为1吨。由于采用的是双吊点，每个吊点采用两股钢丝绳，则要能承受的拉力为F==37.5吨，安全系数a=1/37.5=4.33，故安全。 4.3 钢梁的校核 卷扬机与钢梁自重约14吨。可看作是均布载荷作用在长为L=7米的梁上，则梁的载荷为q=2吨/米，由图三可知单根工字钢梁的中间部位受力为Q2=37.5吨。由前面机座图三可计算梁有以下特性： 梁的最大弯矩 截面面积A=b×h×2+(a-2h)×c×2=384.8cm 2吨×米 对X-X轴的惯性矩 Ix=2×b×h×(a-h/2)2=298282.4cm 对Y-Y轴的惯性矩Iy=2×c×b3/12=29166cm 44 对X-X轴的抗弯矩cm 3 Y-Y轴的惯性半径cm， Y-Y轴的长细比 （由图三知以上公式中的a=0.7米，b=0.5米，c=0.014米，h=0.020米） 由图三知该梁可看成是上部作用的集中载荷，跨中有两个侧向支承的工字钢梁，并且梁是双轴对称的截面，则查得截面不对称系数ηb =0，等效弯矩系数Bb=1.2，钢梁厚度T=20mm, 钢梁高度H=a-h/2=680mm，FY=235N/mm, 则由以下公式可计算得梁的稳定系数 2 ，则表明钢梁进入弹塑性阶段，则查资料得钢梁的稳定系数Φb取1，所以5、结束语 =82N/mm＜170 N/mm。故梁稳定。 22 卷扬机系统投入使用后，证明其设计的型钢梁与滑轮组系统都是切实可行的，完全能够满足施工要求，但不足之处在于由于工期紧张和按照就地取材的原则，在设计时主要着重于安全方面，在经济方面没有太多的考虑。
