華田洋液壓設備
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鋼壩閘門,集成式啟閉機,液壓啟閉機在水利工程中應用介紹

作者:山西華田洋液壓設備有限公司 瀏覽: 發表時間:2017-10-24 11:00:03

一、鋼壩

    在水利水電建設上,隨著我國城市用水、景觀建設及環境整治和灌溉、發電的需要,水閘和橡膠壩得到廣泛的運用。然而,橡膠壩運行管理較復雜、安全性差、橡膠易老化等弊端,質量事故發生率高?,F在市場上出現大量鋼結構閘門,但無論是提升式或臥倒式,單孔都很難適用較寬的河道。

我公司生產的鋼壩是一種新型可調控溢流壩,它由土建結構、帶固定軸的鋼性壩體、驅動裝置設備等組成。這種建筑物適合于河道孔口較寬(10米~100米)而水位差比較小的工況(1~6米),由于它可以設計得比較寬,可以省去數孔閘墩,所以不僅結構簡單,可以節省不少土建投資,而且可以立壩蓄水,臥壩行洪排澇,還可以利用壩頂過水,形成人工瀑布的景觀效果。

 

二、鋼壩與橡膠壩方案比較

(一)使用壽命

鋼壩的設計使用壽命可達50~60年,當前國際上最長壽命的鋼性閘門為近百年。國內最早的福建小溪電站為1958年建成至今仍在使用,同樣的鋼結構在解放前就開始使用一直運用至今的案例到處都有。而權威部門根據室內測試資料和工程實踐初步判定橡膠壩的使用壽命10~15年就必須更換一次壩袋。至今國內第一條橡膠壩的壽命未超過15年,上世紀我國東北地區建的許多橡膠壩已拆除,2005年位于廣西東筍電站建的橡膠壩也已拆除改建鋼性閘門。一次鋼壩的投資等于四次橡膠壩的投資(中間壩袋要換需要大量建設輔助工作不算)。

(二)損壞及維修

1、壩的損壞 

(1)人為破壞造成的損壞

  橡膠壩容易受到尖利和有尖角物體的損壞,在容易受到人為破壞或河道內有尖角物較多的地方不宜安裝橡膠壩。

(2)洪水過后的殘骸造成的損壞,景觀的影響

  由于洪水過后遺留的各種殘骸,諸如民用設施與建筑材料這類尖利的物體很可能對壩體的上游面造成損傷。微小處的漏氣易于修復,如果漏氣面積較大,修復起來比較困難。每次升壩或塌壩后各種殘骸遺留在壩袋上給景觀帶來極大影響,運行單位每次都派員進行擦洗,工作量較大。

 (3)放氣孔(水)造成的損壞

  放氣(水)期間,橡膠壩體可能會由于緊靠壩下游面的尖利物體所刺破。

(4)火造成的損壞

  1、火也許是對橡膠壩最為不利的潛在危害因素?;鹂梢鸫蠓秶膲误w損壞,而修復大面積的壩體有時是不可能的。對于很重要的壩,可行的辦法是提供備用橡膠壩,以便在出現嚴重損壞時,能迅速替換。運行成本大大增加。

  2、鋼性閘門它本身屬性決定上述情況都不會發生。在此我們對鋼性閘門進行了細致的分析,現在閘門的運轉件采用特殊復合材料,該種材料在水下運行若干年無需加潤滑油,也不會銹蝕。

  3、最近有資料報導山東某工程攔河橡膠壩運行五六年,就壩體已維修了三次,費用高達600萬元(其它未計算),而鋼性閘門約三十年左右進行一次防腐即可。

(三)、運行情況

1、運行時間

  橡膠壩是通過充氣或充水達到升壩的目的,正常需要2~3小時才能完全升或塌壩,時間較長。而鋼性閘門采用啟閉機啟閉,運行速度可達1~2m/分鐘,一般工程不超過2分鐘即可完成升壩和塌壩。這樣可有效的保證突發洪水時能及時泄洪。橡膠壩會隨著使用次數和年份的增加而且使用充氣(水)、排氣(水)時間增長,因為壩內和管道內會結垢的原因。

2、運行可靠性

由于橡膠壩存在泄漏,原因是橡膠臘交聯、刺傷、管道聯結缺陷以及緊固系統和施工質量,故要不斷經常性的充氣,否則會出現過了一段時間壩泄氣(水)自動塌下來的現象,有時河道內水流干都不知道,造成一定損失,而鋼壩采用機械鎖定,當塌壩、升壩和調節水位時任意角度都可鎖定,不會發生移動。

3、壩頂溢流

橡膠壩設計規范中明確規定溢流不能超過1250px,否則將易出現跨壩事件,而鋼壩可有效的克服這一缺陷,可以長時間大流量的從壩頂溢流形成瀑布效果。

4、自動化程度高

  橡膠壩一般難實現集中網絡控制,而鋼壩可以實現先進的自動化控制和網絡控制,可以在全球任一互聯網控制。

(四)、安全可靠性分析

橡膠壩一般須建一座供氣站或水泵房,管路多且復雜,而鋼壩僅僅配套二臺驅動裝置,該種型式驅動裝置是一種新型驅動型式,它結構簡單,操作方便,無須油管、泵站等附屬設施,另該種驅動裝置配備了手動裝置,若由于停電或其他故障可以手動操作,操作力只需5kg。這樣可以有效的保證塌壩時能塌壩,立壩時能立壩,安全性極高。

  (五)、冬季冰凍問題

橡膠壩根據《設計規范》和實際使用情況,冬季一旦結冰就必須做好刨冰工作,否則將對橡膠壩的使用造成致命的損壞,而刨冰工作完全依靠人工完成,既耗時又耗力,且給管理帶來極大的不便。到春天解凍時,冰凌不能在橡膠壩上溢流,結實而鋒利的冰塊很可能把橡膠壩劃破。

到了冬季,將鋼壩傾斜一定角度,此時若結冰,冰層可以沿著斜角向上延伸,從而有效的釋放水結冰的膨脹力,這樣鋼壩不會受到任何破壞,另由于鋼材本身的堅硬特性,每年春天的凌汛可以安全在壩頂泄洪,鋼壩可以輕松安全的度過冬季。

(六)、防腐問題

鋼壩表面是按照《水利水電鋼閘門制造標準規范》進行熱噴鋅,附著力極強,權威機構研究結果表明,沙的流速8≤m/s,不會對鋅層構成破壞,一般河流的流速不可能達到這個速度。

  (七)、淤積問題

鋼壩是一種特殊結構的壩閘形式,它沒有底門槽和側門槽,是門葉圍繞底軸心旋轉的結構。上游止水壓在圓軸上,當壩豎起或倒下時,止水不離圓軸的表面,始終保持密封止水狀態;側面止水同樣的原理,止水面始終不離開側胸墻(不銹鋼埋件或大理石),故淤沙(泥)不會影響鋼壩的升壩和塌壩。

針對淤積較嚴重的地區,一般在壩前設擋沙(泥)檻和喇叭口。一是為了有效的擋住大的石塊,二是當塌壩泄洪時,提高壩口位置的流速,可有效的讓泥沙、水混合物直接隨洪水沖至下游。

北方地區立壩蓄水是該壩的主要功能。立壩時間較長易淤積,但是鋼壩是圍繞底軸向下游傾倒,故塌壩時淤積的泥沙被水流沖向下游,不可能形成阻塞。另,行洪后我們會根據當地的泥沙含量分析出有多少量的淤沙(泥)沉淀在門體上,并通過淤沙(泥)量計算出升壩時需要的升壩力,充分考慮到升壩時克服淤沙(泥)的力量。

  (八)、能耗的對比

100m橡膠壩的用電負荷量最少需要功率100kw/小時左右,每次升壩時間約為2~3個小時。

鋼壩閘比橡膠壩每年節省了相當大的用電量。

  (九)、影響泄洪斷面

橡膠壩設計規范要求壩的底坎高500px,另,塌壩時橡膠壩內的水不能完全放盡,形成不低于500px的高度,兩者相加塌壩時在河流斷面形成不低于1000px的阻水斷面,嚴重影響泄洪流量。而鋼壩無此影響。

三、鋼壩與水力自動翻板閘門的方案比較

 (一)、泥沙淤積對啟門影響

由于自動翻板閘門采用中間支鉸結構,門前泥沙力矩為啟門阻力距,有時致使水力到開啟閘門,因此在閘門下游往往需要增加啟閉輔助設備,即便是如此也很難保證啟閉自如的效果,因為泥沙淤積量常常難以預測。而鋼壩是向一側傾倒淤積或石頭等雜質對壩的升和塌無法形成阻擋,它的淤積力矩為塌壩動力矩,更利于塌壩,更利于泄洪順利進行,不至于導致上游被淹沒的情況發生(請參考圖示)。

(二)關門受阻

當自動翻板閘門打開一段時間,上游水位下降后,需要自動關門時,如果這時泥沙、石頭淤積在閘門的底部或樹枝等浮游硬物卡在轉動支鉸部位時,閘門就無法自動關閉,只能等到上游水放盡,人工清淤后,閘門才能復位,而此時上游河底已露出水面(難看),重新蓄滿水需要很長時間或很多費用,但鋼壩應急泄洪后,根據上游來水情況,當達到上游需要設定水位時,啟動鋼壩的驅動裝置,可以隨時立壩蓄水,門體及附近是否有淤積(包括樹干、樹枝或其他雜物)對立壩沒有任何影響(請參考圖示)。

 (三)影響泄洪斷面

一般情況,自動翻板門因為考慮到依靠自重翻門,所以門體制作比較厚,當翻倒泄洪時,中間形成一道很厚的阻水面,有時厚度達到1m,嚴重影響泄洪斷面,當上下游水位較大時,易造成將閘門沖走,而鋼壩是向下游傾倒,倒下后壩體在壩底板高層以下,不會形成阻水現象(請參考圖示)。

  (四)脈動(拍打現象)

自動翻板閘門在運行過程中的流態相當復雜,閘門受泄水量和風浪的影響,門前水位往往在變化之中,而閘門隨著門前水位的變化,力系失衡后,閘門的開度也不斷發生變化,嚴重時將會使閘門產生越來越大幅度的擺動,以致不能控制,從而使閘門失衡。出現“拍打”現象時,易導致閘門壩坎結構毀壞,大大縮短翻板門的壽命,甚至使閘門、門基礎全部毀壞。而鋼壩可以有效的避免這一系列現象的發生。

  (五)、安全運行

自動翻板閘門由于其工作原理是由水壓與自重平衡的作用,使門體自動打開,不受人為控制。加上各種運行時的阻卡不一樣,門什么時候開,很難把握。而下游一旦有人畜或其他臨時建筑,在沒有征兆通知,上游就翻壩泄洪,有很多安全隱患。而鋼壩塌壩與升壩都是人為控制。準備塌壩可提前通知下游,故安全性很高。


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