1、中华人民共和国电力行业标准水利水电工程钢闸门设计规范条文说明修订说明根据原水利电力部水利水电规划设计院年通知要求由东北勘测设计研究院负责并会同全国水利水电系统有关单位对原水利电力部批准颁发的水利水电工程钢闸门设计规范试行进行修订年月在山东烟台全国水工金属结构专业会议上讨论明确了对该规范进行局部修订修订原则及其主要内容年进行重点专题总结和规范修订本初稿的编写参加修订本初稿编写的执笔者有孙为勤及何运林和洪永灿其余各章节及附录年月在江苏常州对初稿进行了审查和讨论随后又进行初稿修改和各项专题总结工作年月提出送审稿同年月又在常州对送审稿进行了审查会后即充分吸取审查会意见对规范送审稿着手修改并组织进行统稿
2、参加统稿工作的专家有以姓氏笔划为序王锡升田连治何运林沈德民洪永灿孙为勤李从众郑登有赵辅鑫张之涓张志宏年月正式提出规范报批稿本规范修订本共分章条和个附录新增正文条文条修订条文条删去条新增附录个修订附录个删去附录个这次修订的主要内容有充实并增加了对总体布置及门型机型选择的要求如对抽水蓄能电站贯流式机组电站和抽水泵站的金属结构布置要求对高水头低水头弧形闸门的专门要求等增加了桥梁钢等的应用调整了容许应力的调整系数增加了部分闸门支承和止水新材料提高了闸门滚轮的承载能力修订了摩擦系数表增列了弧门支臂计算长度系数删去了原附录中一些可从手册查到的内力应力计算公式等等本规范修订本切实总结并吸取了年代改革开放以来
3、我国水利水电工程钢闸门设计科研制造安装施工运行等方面新的经验使规范内容更加充实并进一步推进了水工金属结构专业科技水平的提高和发展为便于广大技术人员能正确理解并执行规范根据水利水电技术标准编写规定对条文说明的编写要求按章节顺序逐条修编了新旧条文的说明对原适用条文的说明原则上沿用原规范的修订说明引用实际资料不变仅在文字上作适当修正或删补在使用过程中如发现本条文说明有不妥之处请将意见函寄水利水电规划设计总院机电处北京市安德路六铺炕邮政编码和东北勘测设计研究院水工处长春市工农大路六号邮政编码年月目次修订说明总则总体布置荷载材料及容许应力结构设计零部件设计埋件设计启闭力和启闭机附录闸门孔口尺寸和设计水头
4、系列标准附录通气孔面积的计算附录平面闸门门槽型式的选择附录闸门荷载计算的主要公式附录闸门止水橡皮定型尺寸及性能附录几种支承材料性能表附录面板验算公式及图表附录栅条稳定临界荷载计算附录压合胶木滑道和填充聚四氟乙烯板滑道的有关要求附录闸门滚轮的计算附录吊耳与吊杆的计算附录轨道的计算公式附录摩擦系数表总则本条是水利水电工程钢闸门设计时必须遵循的基本原则也是修订本规范所遵循的方针和应达到的原则要求本条为原规范第条以下简称原规范第几条的修订适用范围增加了拦污栅因本规范含有拦污栅部分沿用原规范第条关于闸门的分类可以从不同角度进行划分是多种多样的本规范只提出按工作性质划分闸门的规定这种分类法抓住了闸门的工作
5、特点对布置和结构设计都是必需的规范中提出的种闸门的划分即工作事故和检修闸门这是主要和基本的至于其他如导流闸门挡水闸门等就不专门提出由设计者自己掌握即可关于按照操作水头划分为低中高特高水头闸门按目前我国发展水平和认识水平大致可规定为水头以下为低水头闸门水头为中水头闸门水头为高水头闸门以上水头为特高水头闸门这些数值界限供对条文中有时出现的低水头闸门中水头闸门高水头闸门的正确理解和判断但由于这些数值界线随时间的推移和建设规模及认识的发展还会有新变化所以在规范正文中不作硬性规定沿用原规范第条据调查原条文的要求是合适的本条为原规范第条的修订标准化为我国的重要技术政策之一从设计角度看水工金属结构专业没有任
6、何困难主要在于水工专业和水机专业要予以积极配合因此很有必要从法规的高度上予以认定修订时比原规范提高一级从应尽量符合修订为应符合本条为原规范第条修订关于结构的验算方法今后必须采用以概率理论为基础的极限状态设计验算方法这是当前国际上结构设计验算的先进方法水工闸门设计亦必须走这条路但要达到这一步必须具备一定条件通过一系列大规模调查确定一系列分项系数目前对水工钢闸门来讲恰拾尚缺少这一步因此只好暂时保留按容许应力方法进行验算待条件成熟后即可过渡到用可靠度理论计算关于闸门计算体系目前平面体系和空间体系并存为有利于调动各方面积极性有利于更快地发展不硬性规定计算方法只提出基本原则要求先进国家水工钢结构设计规范
7、如德国就是这样规定的所以修改成本条的规定同时对于许多具体内力应力计算公式除属水工闸门专用的如面板定轮等作出规定外其他一律不作硬性规定由设计者根据具体结构和工作条件参考有关设计手册去选择更为恰当总体布置一般规定沿用原规范第条原规范第条的规定是必要和正确的闸门应布置在水流较平顺的部位这是一条基本原则凡有条件的地方都应这样做这样可避免在运行中许多复杂的问题据调查有较多闸门由于水流条件不好对运行带来许多坏影响以致不能正常工作有的甚至导致失事如进口横向流问题据初步分析湖北富水电站溢洪道弧门在部分开启运行时由于横向流的作用产生振动是导致该门支臂失稳破坏的原因之一进口漩涡带进大量空气也易引起闸门振动和门槽气
8、蚀出口回流和淹没出流同样也易引起闸门振动如河南三义寨闸弧门和江苏樟山闸弧门的剧烈振动就是因为淹没出流引起的此外由于地形关系产生折冲水流如广东鹤地水库溢洪道弧门由于折冲水流和其他因素导致闸门失事要防止这些流态对闸门运行中的不利影响首先在布置上应尽量避免当不能避免时要采取各种具体措施以减免其有害影响如进口漩涡只在某一水位时才出现是否考虑在此水位不作局部开启运行当有横向流时闸门不作局部开启运行或避免某些开度再如淹没出流要加强通气等门槽顶部和闸孔同时过水也是一种不利的流态易使闸门振动和门槽产生空蚀例如岳城水库皎口水库和磨子潭水库等由于双层同时过水引起门槽产生空蚀就是例证所以对双层过水要尽量避免沿用原规
9、范第条原规范关于闸门选型的项要求是合适的关于闸门选型问题条文中提出的六项要求应综合考虑运行要求决定闸门工作性质如静水和动水启闭是否需要局部开启或快速关闭等是选型的主要因素所选门型都必须满足运行要求闸门设置位置在出口中部或进口在出口设弧门有利在中部或进口选弧门要设较大闸室是不利因素用平面闸门则可简化布置当操作水头较大时考虑到水流条件以选弧门为宜若尾水位较高设弧门则可能由于支铰长期浸水可能选平面闸门有利孔口尺寸大小和操作水头高低都明显影响门型选择对排沙过推移质以选用弧门有利对排飘浮物则可考虑选用下沉式或丢瓣式闸门沉浮物包括沉木半沉木及飘浮物对林区尤其应注意沉木半沉木的影响湖南省岑天河电站上平下弧的
10、双层闸门由于被半沉木卡住使启门力超载下弧门吊点拉脱造成闸门失事为避免启闭力过大不采用平面闸门而选用弧门弧门多用固定式启闭机自动挂脱梁一般多用于平面闸门以上所提几项要结合各地具体条件考虑技术经济指标为选型的一般要求沿用原规范第条原条文的规定是合适的考虑到溢洪时间的紧迫需同时提升多孔口闸门和为了防止下游冲刷需同时小开度提升多孔口闸门宜选用固定式启闭机对平原水闸泄水系统的工作闸门启闭机除保证常用电源可靠外必要时应设置备用动力这是确保枢纽安全运行的重要措施也是不少运行单位的要求有一些水库由于暴风袭击主电源被切断而又没有备用动力曾发生过事故广西龙山水库溢洪道弧门失事即为一例本条为原规范第条的修订两道闸门
11、之间及闸门与拦污栅之间的最小净距本条提出要考虑并满足项条件原条文只规定两项条件这次修订时增加了应满足门槽混凝土强度与抗渗要求和满足闸门糟水力学条件两项前一项对任何闸门都必须满足后一项只对中高水头闸门有意义二道门槽相距太近对门槽空蚀不利具体要求可参照水工闸门门槽的水力设计一书年月水利水电科学研究院水力学研究所编并根据国内调查推荐不小于本条为原规范第条的修订本次修订增加了两点增加了对事故闸门设置数量的规定其次检修闸门设置数量原条文规定要根据孔口数量工程重要性工作闸门的使用与维修条件项因素考虑本次修订中增加了要考虑施工条件这对尾水闸门的影响较大有的多机组电站机组安装期很长初期发电后仍有相当数量机组没
12、有安装这对尾水闸门设置数量有专门要求一般从经济合理原则考虑按条文规定设置为宜特殊情况可专门研究新增加条文本条文是根据水闸设计规范第条编列水闸设计规范编制说明闸门安全超高而水闸设计规范为按编列国内已建露顶式闸门例统计闸门超高如下安全超高个数所占比例合计本条为原规范第条的修订闸门原则上不应承受冰静压力但在一些特殊条件下如防冰失灵等可以承担部分冰静压力在设计强度中应予考虑据调查为防止冰静压力在门前形成不冻带是比较有效的措施为压缩空气泡法可用压缩空气机或用潜水泵如官厅参窝上马岭红山等也可用机械或人工开凿的方法如云峰对于冰冻浅的还有一些土办法因此要因地制宜闸门与门槽的冻结往往是由于漏水引起因此条文中提出
13、止水应尽可能地严密闸门操作前必须使有相对运动的部分不冻或解冻一般采用保温室使之不冻或采用蒸汽电热等办法解冻如三家店上马岭等沿用原规范第条对潜孔式闸门包括工作事故和检修闸门如门后闸门槽竖井或出口等不能充分通气时应在紧靠闸门下游处顶部设置通气孔对通气孔的要求是面积足够位置适宜通气均匀安全可靠等通气孔面积计算方法根据年月日中国水力发电工程学会水工水力学专业委员会对陈肇和教授的专题研究泄洪管道需气量的原型规律的评审意见列入附录供计算选用通气孔上端应远离行人处与启闭机房分开以保证安全运行有些工程如岗南大伙房镜泊湖等由于通气孔与机房联在一起以致发生事故影响安全运行其下口有条件者最好做到均匀通气这种布置效果
14、更好如云峰中孔本条为原规范第条的修订关于闸门平压设施本次修订时增加推荐节间充水平压方法根据国内余座利用节间充水平压闸门的调查对小于水头的闸门采用节间充水对增大充水流量减少充水时间降低水压差具有明显效果同时提出注意事项设导水装置和使节间充水启门力与整扇闸门静水启门力大体相当沿用原规范第条据调查原条文的规定是必要的尽可能了解并结合制造厂和安装单位的现有设备技术条件等来设计闸门运输条件如铁路隧洞最大的运输尺寸平板车的最大载重量和现场起吊设备等建议有关部门组织搞部件定型化如支铰侧轮反轮主轮台车等以减少设计工作量零件尽可能采用国家标准以便工厂制造加快进度现代钢结构除桥梁外绝大部分均采用焊接对水工钢闸门年
15、代初在我国有采用铆接结构的以后均被焊接代替但对一些有特殊要求的部位连接如节间连接链轮门的边梁连接等也有采用铆接或螺栓连接以减少结构变形由于工地现场施工条件差质量也不如工厂能保证所以尽量减少现场工作量本规范未提及铆接所以在条文中只推荐螺栓连接和销轴连接本条为原规范第条的修订本条对原条文第二款第三款和第四款进行了修改第二款对启闭机的设置高程和机房尺寸提出了要求设置高程要满足闸门维修的方便当闸门提升到检修平台时其底缘与检修平台间隙至少要大于以便锁定维护机房尺寸要满足启闭机维修要求对第三款增加露顶式闸门要设检修孔或检修平台尺寸提出具体要求对第四款中机房与检修平台尺寸提出具体要求这些尺寸的规定系根据已建
16、工程调查中运行单位提出的经分析是合理的和必要的在设计中应予以保证本条为原规范第条的修订钢闸门防腐蚀的主要关键是制造时应将铁锈等彻底清除干净露出灰白色金属光泽然后进行预处理涂车间底漆并按制造安装规范要求予以保证其必要的粗糙度其次根据不同工作条件选用高质量的油漆或涂锌铝等防锈此外还要制定妥善的维修保养制度等并认真执行泄水系统沿用原规范第条原条文的规定是必要和恰当的溢洪道上游是否设置检修闸门根据国内运行实践经验原则上应设检修闸门如江苏三河闸湖南双牌原来都没有设检修闸门给以后维修造成很大被动三河闸已增设浮式叠梁解决双牌电站至今问题尚存在至于是否设事故闸门原则上可不必从调查看低水头闸门绝大多数没有设事故
17、闸门但对重要工程必要时仍要设事故闸门当水库位每年有足够的时间低于底坎并能满足检修要求时也可不设检修闸门有些工程每年有一定的时间水位低于底坎但由于该时段气候寒冷等不适宜检修维护工作顺利进行时也可考虑设检修闸门以改变不适宜检修的手段有些也可考虑仍不设检修闸门为解决工作闸门及其门槽的检修问题当工作闸门为平面闸门时可采取增设扇工作闸门作为备用门的方法来解决如丰满云峰等电站也是可取的但要注意工作门槽的检修条件因后者属于不设检修闸门的条件下如何具体解决工作闸门检修的方法之一也不可能普遍适用故在条文中就不提了本条为原规范第条的修订本次修订时增加了对高水头长泄水孔洞的闸门尚应研究在事故闸门前设置检修闸门的必要
18、性据调查近十年来我国建了一些高水头长泄水孔洞建筑物其闸门是设置道工作门和事故门或设置道工作门事故门和最前面的检修门一直没有定论当工作水头较高事故门前孔洞又较长以设道为宜但也要根据洞身地质检修等具体条件研究论证设检修闸门的必要性关于泄水孔工作闸门上游侧设事故闸门则沿用原规范据国内调查这样设置比较合适同时也有些反面教训如密云水库的潮白河泄洪洞均未设事故闸门通过多年实践考验认为不妥当目前潮河洞已增加了事故门所以在条文中作了肯定规定沿用原规范第条经研究原条文规定是合适的泄水孔工作闸门型式从国内调查看弧形闸门和平面闸门用的最为广泛其次还有锥形阀具有结构简单运行可靠的特点因此弧形闸门和平面闸门并重并指出应
19、注意的问题从统计资料分析高水头闸门以弧形门为多主要考虑高水头闸门水力学条件居主要矛盾根据实践经验条文中推荐操作水头大于且孔口尺寸较大时宜选用弧形闸门沿用原规范第条据调查原条文的规定是必要和合适的工作闸门设置于出口流态好工作可靠当采用泄洪洞方案放在出口若受地质条件所限则可以布置在中部或进口处但要强调门后为明流这很重要否则在闸门开启过程中必然形成明满流过渡的不良流态如河北岗南泄洪洞在工作闸门以前泄水孔压力段应保持一定的压力即保持一定的收缩率这对减免空蚀改进运用条件是很重要的一般可选用压缩比据国内调查大体合乎此比值流态好些如梅山佛子岭龚咀丹江口和云峰等反之如磨子潭则较差因压缩比太大不经济太小则不安全
20、所以具体收缩率宜通过水工模型试验来确定另据调查对于有弯道的泄水孔除要满足上述要求外工作闸门尚应布置在弯道的下游水流稳定的直段上因水流在洞中转弯处极易产生环流流态将影响闸门及门槽段的运行安全沿用原规范第条据调查原条文的规定是合适的排沙冲沙孔在进口处设检修闸门或事故闸门以便挡沙是很有必要的否则在洞中积沙难以处理面板及止水应设置于上游面以防止闸门梁格中淤沙必要时可设置排沙阀和高压水枪以防止泥沙淤积过高作为开启时的后备措施据调查泥沙对边墙磨损很厉害特别对边界有突变的地方如三门峡水电站抗磨材料目前处于试验研究中一般用铸石环氧砂浆等均可但在设计中要加以比较选择沿用原规范第条据调查原条文的规定是必要和合适的
21、施工导流孔闸门虽属一次性使用的闸门但由于闸门槽段需经历施工期多个汛期孔口高程又低常年通过泥沙及推移质因此导流孔门槽段具有良好的水力学条件避免可能产生的空蚀磨损或破坏是这类闸门至关重要的设计课题据调查导流孔下闸截流发生事故的工程实例不少如刘家峡左导等下闸后检查发现底槛及门槽下游遭磨蚀或局部破坏的事例也不少如碧口刘家峡右导东江等为此设计导流孔闸门及其门槽时不能因一次使用而掉以轻心下闸截流必须安全可靠根据工程进度截流流量门槽结构的完整可靠性等情况综合考虑保证安全下闸截流闭气的可靠措施必要时除第一手措施外根据工程具体情况还应准备其他后备措施沿用原规范第条经研究原条文的规定是必要和合适的关于高水头工作闸
22、门水力设计是一项新课题对闸门安全运行关系重大根据理论和实践经验要从下列几点予以注意选用适宜的门型选用适当的通气孔布置和尺寸选用合理的底缘形式和门槽型式一般讲闸门底缘上游倾角不宜小于下游倾角不宜小于门槽用为水流空穴数为初生空穴数对弧形闸门要特别注意顶止水型式对平面闸门要特别注意门槽型式操作规程要仔细拟定此外在结构设计上要予以适当加强有的问题单靠理论分析较难解决所以对水流条件比较复杂的或重要工程的闸门要借助于水工模型试验加以研究来解决新增加条文根据国内近年的实践经验关于高水头弧形闸门主要有两类一类为圆柱铰弧形闸门这类结构比较简单亦较经济但对经常变幅局部开启工况适应性差另一类为偏心铰弧形闸门它是靠偏
23、心铰轴转动使闸门作前后移动达到压紧止水的目的其结构较复杂成本亦高通过龙羊峡东江两电站来看较适宜用于有变幅局部开启的高水头弧形闸门因此目前对于偏心铰弧形闸门经论证和试验可选用但不盲目推广新增加条文据调查我国近年来有约余座低水头弧形闸门发生程度不同的支臂失稳事故详见黄廷璞危玢我国低水头弧形闸门失事调查和初步分析金属结构年第期章继光等弧形闸门失事分析及研究陕西水电学院年月可见这个问题具有一定的普遍性原因有多方面必须从设计制造安装运行和管理维护各个方面予以重视并采取有效措施予以预防从设计角度上看有下列几方面问题必须予以高度注意在总体布置上闸门应布置在水流平顺的地方避免在闸前产生横向流淹没出流和回流对闸
24、门冲击避免胸墙底部空腔产生水一气锤作用的不利影响弧形支臂是薄弱环节而支臂的动力稳定性又是问题的关键在目前振动机理还不十分清楚的情况下从构造上予以保证不失为切实可行的办法如框架平面外的加强支臂端部适当加固露顶式弧形闸门上支臂适当加强等在设计计算上要考虑支臂计算长度的恰当选取不是而是作用力计及因不均匀沉陷安装误差维护不善造成的支铰摩阻力对支臂产生的附加弯矩此外在制造安装运行管理和维护方面要注意焊缝质量特别是支臂的焊缝质量必须予以保证安装精度特别是支臂安装精度必须严格按规范要求进行操作运行不得违章如不得已双层过水门底和门顶同时过水时不得长期停留于振动开度等管理维护支铰要定期检修加油保证转动灵活自如冬
25、季如要运行要有防冻措施不得冻死每年汛前都要对电源启闭设备闸门逐一检查一遍水闸排江系统沿用原规范第条据调查原条文的规定是合适的平原水闸灌溉系统地方搞的居大多数门型及其布置多种多样闸门常用弧形闸门平面闸门拱形门升卧式闸门和翻转门此外尚有壳体闸门及水力操作闸门等都有自己的特点所以在条文中提出根据当地的特点因地制宜灵活选用的原则便于发挥地方的积极性也有利于发展新门型本条为原规范第条的修订增加了对特别重要的进洪闸或泄洪闸等宜设置事故检修闸门这主要是指闸门在挡水时期发生事故危害性极大的工程如进洪闸泄洪闸当没有达到运行和泄洪水位时一旦闸门出现事故无法抢救检修门又无法动水下门因此有必要改为事故检修闸门这在国内
26、目前没有先例是否会出现事故难以预料为安全计这样规定是必要的检修闸门的门型增加了浮箱闸门是根据近年来发展情况而增加的新增加条文本条是根据水闸设计规范第条内容并综合原规范第条而制订的据调查一些平原地区的水闸如海河流域山东等地的水闸近年来采用升卧式闸门较为普遍运行尚良好主要优点是可以降低启闭机排架高度提高建筑物抗震性能节省工程量所以在有条件的地方可以选用根据海河设计院的经验要注意选用合适的起弧高度和孤轨半径及夹角以保持闸门启闭自如另外对于检修问题也要予以重视所以在条文中提出以引起注意此外还要有领定装置以便固定闸门当然升卧式闸门也还存在一些问题例如在开启过程中底缘流态不太好止水磨损过大等有待今后逐步总
27、结经验加以克服建国以来水利水电工程中在泄水建筑物的出口处设置了若干锥形阀广东山西云南和福建等省均有此种布置的闸阀型式其中以广东使用最多最大的锥形阀设在广东枫树坝电站其直径为设计水头高达锥形阀的特点是泄流能力高阀体受力均匀启闭力较小泄流后的消能防冲设施可以大大简化能节约不少投资目前设计的锥形阀均为焊接结构制造方便其启闭机系采用螺杆式启闭机一般启闭机为双点起吊广东省也有布置成三点四点起吊的锥形阀均布置于泄水建筑物的出口处一般有平叠式斜置式和竖置式种山西汾河水库为平置式云南以礼河二级电站为竖置式广东省的大部都为斜置式一般向下斜置的锥形阀其直径均小于当阀直径大于时则向上斜置斜置角度约为竖直式的锥形阀仅
28、云南一座使用不多经验不足故本规范内未推荐而只推荐平置式和斜置式两种设计锥形阀应考虑在开阀时喷射水雾对附近建筑物的影响和阀的检修条件以及止水更换等关于锥形阀的详细情况可参阅广东水利水电勘测设计院的专题总结沿用原规范第条据调查原条文的规定是合适的目前在一些地方采用水力操作闸门较多如浮体闸翻转门等在河南浮体闸用得较为普遍虽然大多数为混凝土或钢丝网水泥但也有少数用钢的主要优点为可以自动控制不必用启闭设备存在问题为检修较不便特别当枯水季水不能自然排空时也有个别的启闭失灵在北京市郊四川等地在农田水利工程中翻转门也用的不少一般运行尚可因此有条件的地方可以选用例如在流量增涨较快的河流中但在河流中泥沙淤积较严重
29、时则不宜选用因容易由于泥沙卡阻造成操作不灵目前翻转门有单铰和多铰两种型式北京地区多用单铰型式各有各的适用条件因此在条文中就不单提了本条为原规范第条的修订经研究原条文的规定是合适的我国沿海地区如浙江广东福建山东河北等省均兴建了若干挡潮闸经调查认为挡潮闸的闸门门型一般大都是平面闸门也有弧形的但居少数一般均要求在潮水涌现时若干孔闸门能同时迅速关闭故其启闭机应为集中控制或采用一机拉多门的列车式启闭机挡潮闸工作闸门的特点是闸门面板均布置于迎海水面闸门止水采用双向止水即双音符形特制止水并且要求止水严密以防止海水和泥沙灌入因海水盐碱重对农作物有害平时又需防止淡水大量流去故闸门止水设计极为重要另外挡潮闸工作闸
30、门长期处于水下工作应注意采取闸门的防锈和防寄生物附着的措施一般排灌闸工作闸门也有类似挡潮闸的某些特点如双向止水和较长期处于水下工作等而排灌闸的工作闸门亦应考虑双向支承等问题本规范仅就原则提示请设计中予以注意本条为原规范第条部分内容的修订据调查原条文的规定是合适的沿用原规范条据调查原条文的规定是必要和合适的根据国内调查广东鹤地水库溢洪道弧门浙江马山闸弧门河南白龟山水库弧门江苏三河闸弧门都处于沿库沿海沿湖有较大风浪和涌潮地区由于布置上的缺陷前二者在上游水位略低于前胸墙时胸墙底部和弧门露出水面以上部分形成一个封闭的空腔在较大风浪和涌潮作用下空气被压缩形成巨大的气囊冲击压力以致造成闸门支臂失稳破坏如鹤
31、地水库弧门的布置见图鹤地水库弧门为在风浪作用下形成封顶造成气囊冲击力致使上支臂失事破坏时水位而在后两个工程上在布置上进行了改进如在胸墙中开洞拆除弧门顶止水等未形成较大的气浪冲击压力闸门基本完好根据正反两方面的教训和经验所以在条文中提请设计时注意从布置上加以避免图鹤地水库弧门的布置简图单位采取措施一般有胸墙中开洞以消除气浪冲击压力的形成预留少许调压沟设防冲木也可以减少闸门冲击力新增加条文近十几年来我国兴建了相当数量的抽水泵站其金属结构设计的主要关键在于选择合理的断流装置当要求在极短时间内断流时几秒到十几秒常选用拍门安装于泵站出口当要求在内断流时也可采用平面快速闸门以保证水泵运用安全在出口末端尚要
32、设一道事故闸门或检修闸门以便拍门或事故快速闸门的拆修和保养拍门一般用油压启闭机操作并要求有缓冲装置进口布置和常规相似设拦污栅和检修闸门引水发电系统沿用原规范第条据调查和研究原条文的规定是必要和合适的关于检修闸门事故闸门快速闸门等设置与否在什么条件下如何设置主要着眼于实践经验据国内省的初步调查根据电站开发方式和总体布置大致可分为类坝后式电站大多数都设有检修闸门和快速事故闸门也有用蝴蝶阀代替两道运行较好但也有一些电站不设检修闸门如湖南柘溪电站双牌电站等据调查不设检修闸门运行检修甚感不便因在正常发电时快速闸门吊在孔口处于戒备状态不能维修当机组检修时又要用它挡水也不能检修因此要检修它只有停机所以在条文
33、中作了比较肯定的规定认为设检修闸门仍属必要河床式电站大多数为低水头大流量转桨式机组一般只设检修闸门和事故闸门如浙江的七里垅电站广西的西津电站湖北的葛洲坝枢纽据调查当设有可靠的防飞逸装置时可不必设快速闸门引水式电站布置形式很多除了设快速闸门或蝴蝶阀以外在进水口处设事故闸门或检修闸门的实例都有从分析看当引水洞较长时设事故闸门较为有利比较灵活可靠一旦洞子出事有事故闸门作为安全备用闸门近年来采用快速闸门比较普遍用于代替蝴蝶阀作为机组保护之用其优点为造价低廉保护可靠所以在条文中推荐选用至于蝴蝶阀应尽量少用只有在某些特殊情况下如当一管分叉安数台机时不便于布置快速闸门时方采用沿用原规范第条据调查原条文的规定
34、是合适的对经常停放在调压井门槽内的闸门由于水位的经常波动和导叶关闭时产生较大的涌浪所以要注意闸门停放和下降的平稳住据国内调查有些电站进水口快速闸门设在调压井内曾发生过停放和快速下降过程中不稳定现象例如福建龙亭电站曾发生闸门浮起情况以致影响正常运行安砂电站在模型试验中也发现有相当大的上托力分析其原因系由于机组甩负荷调压井中产生较强烈的涌浪等影响了闸门的稳定因此在条文中提出这个问题引起注意必要时可进行专门研究以保证安全运行达到保护机组的目的本条为原规范第条的修订本次修订时增加了应配有准确的开度指示控制器快速闸门经常用启闭机悬挂于孔口顶部因此要求有准确的开度指示控制器目前较先进的为电子数字显示指示器
35、沿用原规范第条据调查原条文的规定是合适的据国内调查有些进水口事故检修闸门因为充水不平压就操作闸门造成拉杆拉断事故如北京密云电站湖北丹江口电站等因此宜有监视平压设备一般可采用水位差计或水位指示讯号除此以外充水孔要有足够面积启闭机要设小行程开关已在条中提及本条为原规范第条的修订本次修订时增加了需设卸污平台由于拦污设施以拦清排为主所以必要的卸污平台是必不可少的新增加条文抽水蓄能电站目前我国刚起步关于抽水蓄能电站引水系统金属结构布置和选型目前仅参照国外建设经验作一些原则规定有待总结国内运行经验根据目前收集到的美国英国日本意大利西德等国部分抽水蓄能电站引水系统金属结构的布置情况计有座电站详见皮仙槎抽水蓄
36、能电站水道系统闸门栅启闭机的合理配置水力发电学报年第期大体上可以得出以下结论上池进口设拦污栅检修闸门或事故闸门对短尾水洞只在尾水洞出口处设事故检修闸门或事故闸门和拦污栅对长尾水洞除于尾水洞出口处设一道检修闸门和拦污栅外在尾水肘管至尾水调压井之间可设一道事故闸门或检修闸门其布置可设在尾水管厂房内亦可布置于厂房下游尾水廊道中单独闸室或设于尾水调压井中新增加条文关于贯流式机组电站近十几年来国内亦陆续兴建多属低或超低水头河床式电站其机组本身对防飞逸装置较可靠对拦污栅要求较高除满足强度刚度外尚需研究机组在运行中的振动对拦污栅的影响对波浪控制要求较高等根据国内外座贯流式机组电站的调查详见李从众灯泡式机组电
37、站金属结构的布置设计规范修订专题总结其金属结构系统的布置大体为进水口布置有拦污栅检修闸门或事故闸门必要时设清污机拦污栅设于最前面一般选用倾斜式布置拦污栅后面以设检修闸门为好亦可设事故闸门事故闸门亦可考虑按部分水压差关门如湖南马迹塘电站尾水管出口一般设尾水事故闸门或检修闸门但以事故闸门为好用以代替进口处的事故闸门其优点是孔口尺寸小较经济事故下门过程中对机组的水力作用较为稳定等贯流式机组电站水头十分宝贵所以对栅条型式清污问题都要十分仔细研究荷载沿用原规范第条原条文所规定的荷载划分为两类是适合闸门工况的本条为原规范第条的修订本次修订时增加了水锤压力和地震动水压力两项作用在闸门上的水锤压力只有在水工特
38、殊布置和特定条件下才有水锤作用在闸门上一旦有水锤压力作用在闸门上设计荷载和校核荷载都要考虑原规范只在校核荷载条件下列水锤压力是不合适的地震力对闸门结构起作用的力为地震动水压力对下游无水的浅孔式闸门经计算地震动水压力占静水压力的比例分别为设计烈度度设计烈度度设计烈度度对下游有水且为门高的一半地震动水压力占静水压力的比例分别为设计烈度度设计烈度度设计烈度度深孔闸门相对浅孔闸门来说各设计烈度地震动水压力占静水压力的比例要小些根据国家地震基本烈度分布图分析受地震影响有一定的范围地震动水压力特别是对露项式弧门支腿影响较大故设计时不容忽视本条为原规范第条的修订本次修订增加了在校核水头下的地震动水压力荷载其
39、理由如上条所述本条为原规范第条的修订本次修订删去了地震动水压力荷载而将它列入条和条中去沿用原规范第条的原则在文意上更加明确经调查和研究原条文的规定是合适的但对闸门滚轮吊耳等部件因考虑了不均匀或超载系数不再考虑动力系数工程实践证明闸门在动水操作中由于水流的作用都有不同程度的振动在特定条件下某些闸门曾产生较强烈的振动少数闸门甚至有产生共振或动力失稳的现象如河南三义寨人民跃进渠弧形门江苏樟山闸弧形门甘肃刘家峡泄水道平面工作门等因此本规范原则上把动力系数列入条文中以便在设计中考虑闸门振动的因素由于闸门的结构复杂水流动力作用的性质尚未完全摸清流体与闸门结构的相互作用不够明确当前国内外对闸门振动问题的研究
40、仍属初步阶段因而尚不能具体制定出一套完整的动力计算方法并提供各种闸门的动力系数因此规范中对各种闸门的动力系数暂规定同一数值范围但可根据水流条件闸门型式对不同部件有一变动范围来选取这次修订规范时对我国自年以来闸门振动问题进行的大量原型观测资料以及模型试验和理论研究成果进行了综合分析和调查研究经过专题会议讨论认为工程中发现的闸门振动现象就其性质而论基本上属于两类一类属于自激振动如止水漏水引起的振动低水头弧形闸门小开度的振动等另一类属于强迫振动前者只在某些特定条件下产生不应包括在动力系数所考虑的范围以内规范中的动力系数系指闸门可能承受的某些直接作用于门体并且作用时间较长的动力荷载例如水流及波浪对闸门
41、的冲击水跃漩滚对闸门的脉动作用以及在动水操作中闸门槽的漩涡止水漏水等其他不可预计的动水脉动作用力的影响这些荷载对闸门的动力影响其性质均属于强迫振动因此规范具体指明只对经常进行动水操作的高水头工作闸门以及经常进行局部开启的工作闸门才有必要在设计中采用动力系数原规范对动力系数取值规定这次对现有研究成果的综合分析表明上述取值是合适的规范的动力系数仍采用其理由如下密云水库潮河输水洞出口弧形门及西津溢流坝平面工作门动力系数的原型观测资料如下密云水库潮河输水洞出口弧形闸门的动力系数原型观测资料见表表密云水库潮河输水洞出口弧形闸门动力系效原型观测资料部件闸门相对开度最大动力系数实测动应力实测静应力拉杆支臂径
42、向支臂侧向面板径向面板侧向西津溢流坝工作门原型观测资料见表表西津溢流坝工作门原型观测资料闸门编号闸门相对开度板梁式板梁式桁架式其中密云观测资料系原规范制定动力系数的主要依据之一由上述二项原型观测资料可见除个别部件外闸门的梁系等主要构件的动力系数均不超过因此笼统地把拉杆的动力系数规定为其上限似欠妥当应该指出上述观测的动力系数是某一闸门相对开度下的动应力与其静应力之比亦即等价于在该相对开度下的脉动压力激振荷载和时均动水压力静荷载之比而在某一开度下的静荷载加上动荷载甚至小于设计条件下闸门全关的静荷载而规范中对动力系数的取值并不特定指明动水操作的相对开度而是将动力系数乘以设计条件下的荷水压力因而对动力
43、系数不宜规定过大对强紊动水流如水跃区的动水压力脉动的研究表明固体边界上的动水压力脉动的强度为式中动力压力脉动值的均方差即其强度泄流条件下的流速水头压力脉动系数一般为水的容重压力脉动的空间尺度在水跃区约为水下固体边界面积的因此作用于固体边界的总动水压力脉动的强度为式中闸门在动水中的面积由于式中泄水条件下的闸门工作水头由此可见动力系数的上限取用是合适的至于其他如紊流边界层局部扰动力等产生的动水压力脉动均大大小于强紊流区的脉动大量原型观测资料表明闸门在振动时各构件的动应力分布是不一样的因此在规范条文中增加了对动力系数取值的原则规定在设计中可根据各种具体条件考虑取值如对深孔弧门门体刚度大振动小动力系数
44、可取较小值对露顶式弧形门门体刚度小振动力大动力系数可取较大值不同构件亦可选用不同的系数如拉杆弧门支柱可选用大些面板部分可选用等等沿用原规范第条经研究分析原条文的规定是合适的材料及容许应力材料本条为原规范第条的修订本次修订了两项选材的原则要根据闸门的工作性质运行操作条件连接方式和工作环境温度等不同情况来选用其钢号关于推荐钢号本次增加了桥梁用钢这些钢号其性能都比较好通过多年来的工程运用实践证明是好的同时也和现行钢结构设计规范相衔接本条为原规范第条的修订根据现行国家标准碳素结构钢低合金结构钢对冲击试验的合格保证作了修订对钢按计算温度分档对计算温度为多少则要求具有相应计算温度的冲击试验的合格保证本条为
45、原规范第条的修订根据现行国家标准一般工程用铸造碳钢件予以修订为原规范第条第条的修订根据现行国家标准灰铸铁件优质碳素结构钢碳素结构钢合金结构钢不锈钢热轧钢板进行修订本条为原规范第条的修订主要增加橡塑复合止水材料该材料系由华东勘测设计院南京橡胶厂机械部上海材料研究所等个单位研制并于年通过原水利水电建设总局鉴定目前已在国内部分工程中使用效果尚好摩擦系数较低但成本较高对运输安装有较高要求可根据工程的具体条件酌情选用本条为原规范第条的修订闸门支承滑道材料原规范只推荐用压合胶木这种材料虽然还存在一些问题如于缩脱落摩擦系数不稳定等但仍不失为一种可用材料承载能力较大寿命较长所以仍予保留同时根据近十年来的研制和
46、工程实际运用另推荐两种新材料填充聚四氟乙烯板和钢基铜塑复合材料这两种材料摩擦系数较低中等承载能力但对埋件轨头接头错位要求较高已经在部分工程支承滑道上采用效果尚好针对存在问题目前武汉水利电力学院等单位又研制了含油尼龙等新材料由于尚未通过鉴定故本次没有列入本条为原规范第条的修订根据现行国家标准混凝土结构设计规范予以修订本条为原规范第条的修订根据国家标准碳钢焊条低合金钢焊条不锈钢焊条予以修订本条为原规范第条的修订根据现行国家标准焊接用钢丝碳素钢埋弧焊用焊剂予以修订本条为原规范第条的修订根据现行国家标准碳素结构钢予以修订本条为原规范第条的修订根据现行国家标准钢结构用高强度大六角头螺栓钢结构用高强度大六
47、角螺母钢结构用高强度垫圈钢结构用高强度大六角头螺栓大六角螺母垫圈技术条件钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副型式尺寸和钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件予以修订容许应力本条为原规范第条的修订关于许用应力基本取值从总体上看略高一些钢取用从国际上看水工钢结构许用应力规定如下西德年版相当于钢取用日本水门铁管设计基准年版相当于钢取用苏联取用美国建筑钢结构取用对于钢相当于从国内情况看压力钢管取对于钢相当于钢桥梁取工业与民用钢结构取但考虑年来我国水工钢闸门都是按来设计的从运行结果看大体上还是安全的因此许用应力表仍维持原来是合适的只在调整系数上作了调整对于调整系数根据以下原则来确定运行条件主要指闸门有无局部开
48、启调节流量的要求这是引起闸门振动可能承受较大动载的主要因素之一工程级别修订中原则上不考虑建筑物级别但毕竟大型工程与小型工程在其效益和作用上存在差别根据讨论意见作为需要考虑调整系数的条件之一调整系数的取值为大中型工程的工作闸门及重要事故闸门取在较高水头下经常局部开启的大型闸门取规模巨大且在高水头下操作而工作条件又特别恶劣的闸门取大型工程的工作闸门不仅只是指水流条件复杂它可能还有复杂的外力撞击冲击波振动等所以凡属此类工作闸门应力都应予以降低乘调整系数根据设计资料和承受的动荷还应根据条规定乘以动力系数其他闸门包括大中型工程的检修门一般事故门小型工程的所有闸门均不考虑调整系数这样取用基本应力设计闸门的
49、范围就很广了对于特殊重要的工作闸门作为特珠情况另行考虑沿用原规范第条但亦根据现行国家标准碳素结构钢低合金结构钢优质碳素结构钢一般工程用铸造碳素钢件予以修订明确提出铸锻造主轨和吊耳等均属于机械零部件并按本条规定采用规范表的容许应力进行设计这是考虑到铸锻造主轨结构的匀质较差浇注质量不稳定某些外力还不易明确轨道埋入混凝土中长期不能更换等而吊耳结构受应力集中影响较大的缘故对于焊接成形的主轨一般为用轧制板型材匀质较好但其焊缝质量不易保证所用材质又低一般用沸腾钢故其设计容许应力按规范表取值乘的折减系数吊杆受力比较明确一般多采用轧制钢材断面但由于其强度储备较少且比较重要故其设计容许应力也按规范表乘以选取沿用原规范第条本次亦按现行国家标准灰铸铁件予以修订本条为原规范第条的修订本次修订增加了钢基铜塑复合材料轴套承压应力其取值系根据长江水利委员会关于轮压试验报告中的结论选取的另外删去了胶木轴套是因为近几年来国内工程实际运用情况其存在问题比较多如抱轴脱落摩擦系数不稳定等我国有关机械零件的手册对的青铜轴套比压用
