引黄入晋工程申同嘴水库放水闸门的运行调节

王防修
水利部天津勘测设计研究院

文章摘要:为满足万家赛引黄入晋工程申同嘴水库放水闸精确调节下泄流量的要求，采用了弧形闸门和阀联合调节的方案，本文对其调节原理、运行方式以及该方案对相应的启闭系统的要求进行了论述。
文章主题:引黄入晋工程 申同嘴水库 放水闸门 运行调节

文章内容：引黄入晋工程申同嘴水库放水闸门的运行调节水利部天津勘测设计研究院王防修摘要:为满足万家寨引黄入晋工程申同嘴水库放水闸精确调节下泄流量的要求,采用了弧形闸门和阀联合调节的方案,本文对其调节原理,运行方式以及该方案对相应的启闭系统的要求进行了论述.关键词:闸门阀联合调节山西省万家寨引黄人晋工程是一项长距离,高扬程,大流量的多级泵站的大型输水工程,申同嘴水库是该工程中唯一的中间调蓄水库,位于总干线二级泵站与总干线三级泵站之间.该水库布置有:放水闸,清淤闸和冲沙闸,其中放水闸是控制全线引水流量平衡的重要工程,它用于控制调节下泄流量且要求稳定的下泄流量,否则将造成总干线三级泵站前池弃水或不能满足设计引水.本文就该闸的作用,布置,运行方式及该闸的主要调节设备——弧形闸门液压启闭机的设计予以论述.1.放水闸的作用申同嘴水库库容4.7万,为日调节水库,水位日变幅7.5(最低1240.5～最高1248).总干线三级泵站装机台数0台(2台备用),水泵单机流量6.45/.工程初期引水流量2.9/,正常运行开机台数2台,工程最终设计引水流量48/,正常开机台数7台或8台.工程正常运行要求申同嘴放水闸的下泄流量稳定,尽可能使申同嘴水库下泄流量和总干线三级泵站引水流量相匹配,否则将造成总干线三级泵站前池弃水或不能满足设计引水.可见在申同嘴水库水位不断变化的情况下又要获得稳定的下泄流量,就要求放水闸不断地调节闸-1(阀)的开度来完成.此外,闸门在工程运行中隧洞充水,三级泵站事故停机等情况下仍作为重要的调节手段.2.放水闸金属结构布置为了满足放水闸精确调整流量和闸门较频繁调节的要求,在放水闸设三孑22.8(宽×高)弧形闸门作为主要的调节设备,弧门由双作用式液压启闭机操作.为了提高放水闸的流量调节精度,在弧门的两侧设置了流量调节阀以进行微调.在每个弧门的上游均设置一道事故检修闸门,事故检修闸门由固定卷扬式启闭机操作.3.放水闸金属结构设备运行调节方式申同嘴放水闸正常运行时,两边孑弧形闸门工作,中孑门备用.放水闸的运行方式有两种情况:弧形闸门自调或闸阀联调.工程初期运行采用弧形闸门自调,远期运行采用弧形闸门自调或闸阀联调.弧形闸门自调节:根据申同嘴水库的水位变化和流量要求,两个边孑弧门分档交替调节,中间孔弧门作为备用,其中分档交替调节是指当流量误差超过了允许的流量偏差需要调节时,一孔闸门先动作一档,当流量再需要调节时,另一孔闸门动作一档,两弧门的开度在运行时始终是大致相同或相差一档.闸门操作取决于闸门开度不变时由于水位变动而产生的流量变化,当流量变化超过允许的流量偏差,闸门则应动作一档.当三级泵站机组运行台数变化而引起较大流量变化时,两弧门应同时动作.闸门和阀的联合调节:弧门和阀联合调节使调节更为精确,其中弧门作为流量的粗调装置,阀作46为流量的微调装置,阀的调节原理与两弧门一样为交替调节.两个阀在高水位下可泄流6.453/,阀参加调节后,可使弧门在更长的时间内不动而由阀门来调节该段时间内的流量偏差,这样可以较大程度减少闸门操作次数从而延长了弧门每次动作的间隔时间,并且阀分级调节提高了调节的精度.当库水位从最低水位1240.5上升至最高水位1248过程中,两弧门需交替关小,任一弧门关小的同时,阀门应从全关至全开状态,此时两弧门和两阀门的总泄量为48./,而后两阀再交替分级关闭,进行微量调节;当库水位从最高水位1248向最低水位1240.5运行时,弧门及阀的操作正好与前面所述相反,两弧门随水位的下降分档交替开大,与此同时,阀门应从全开状态动作至全关状态,而后两阀再分级交替开启,进行微量调节.假定允许的流量偏差为【】,那么在调节过程中任何时间两弧门和两阀的总泄量都不应大于48+[】.根据试验数据计算出了弧门各档开度下的泄量和两阀的泄量和状态,详见表1.3.放水闸流量调节对弧门启闭机精度及速度等方面的要求放水闸运行调节条件对弧门启闭机的性能参数提出了很高要求,下面将就弧门启闭机的精度,速度,运行频度,运行可靠性和电气控制予以阐述.由于总干线三级泵站允许的流量偏差较小,在低水位下弧门最小一档开度只有140,因此要求弧门的开度测量有足够精度,否则相对误差会很大,同时,弧门运行始终处于调节状态,若采用相对型开度传感器,会造成零位不准,传送出错误的开度信息使系统运行混乱,如遇系统断电,开度传感器须重新调零,增大了管理难度.为此,本设计中对启闭机行程测量精度提出的特别的要求,选用了中英合资康宇测控仪器仪表公司.的高精度超长行程内置式绝对型位置测量传感器,该传感器装在活塞杆的空腔内,抗干扰能力强,其测量精度可达到±.为保证弧门开度的精度,除了要求启闭机的行程测量精度外,还要考虑弧门开度的计算起点,必须将弧门全关时的橡皮压缩量去掉,并且以运行中的橡皮的最低缘为计算起点,而非面板的最低缘,否则由此而产生的开度误差会达到10左右.在闸门和阀的联合调节中,闸门动作一档时,要求两阀同时全关或全开,其中阀的行程是固定的,而不同水位下,要获得相同的流量变化,弧门的每一档开度都是不相同的,这就要求阀和闸门有一方的操作速度是可调的.因为液压本身就有一套完整的调节系统,故本设计选择对弧门液压启闭机的速度进行调节以达到闸阀同时动作的要求.液压启闭机的调速用"比例阀"实现,调节的范围为0.1～0.5/.整个引黄工程在一年中除洪水期8,9月份外,其他时间均在运行,且申同嘴水库水位由最高至最低再至最高的最小周期为24小时,要求液压启闭机频繁地动作,在水利工程中是很少见的,但是和工程液压缸(如冶金行业用的)相比,其频率还是相当低的,因此要达到这样的运行频率是完全可以满足的.为了保证液压系统在每年10-'的运行期中安全可靠运行,选用二套液压泵站,分别控制两边孔弧门,或分别控制一边孔弧门和中间孔弧门.在任一边孔弧门或其相应液压系统故障时,则由另一泵站控制其他两孔弧门.两泵站均能现场操作和远控.弧门启闭机的工作环境温度为-3～38.1℃,只能选用凝点较低的液压油,本工程选用的是.32号液压油.4