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供水為主兼顧灌溉。水庫建好后，將解決高鎮鎮區及周邊村寨 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、引水系統和輸水系統的相關建筑物上。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"龍抬頭"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生事故的閘門。當事故發生后，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，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，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中裝設相應的閥門實現對水流的合理控制，確保取水系統安全可靠、節能經濟的穩定運行。進水蝶閥具有操作簡便、體積小、止水裝置完善等優點。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，工作壓力采用 39m,采用電動操作。
2.7 生態環境用水工作蝶閥設計
生態環境用水是指為生態環境修復與建設或維持現狀生態環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環境造成破壞，設計了 DN100 的生態環境用水管道。在生態環境用水鋼管上設置 1 個 DN100 的工作蝶閥，控制鋼管的工作狀態的合理開啟向河道下游放生態用水，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輸水管道連接；在取水兼放空鋼管接入 DN100 環境用水鋼管 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利用率和抗旱救災能力，對促進地方社會經濟發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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