(乌江渡发电厂机电维护部 贵州省遵义市 563000)
摘要：文章以乌江渡水电站大坝导流放空洞事故闸门检测以及加固为例，对其闸门结构应力变形及启闭荷载等进行复核计算，然后根据计算结果和建议采取相应的闸门加固技术措施来进行加固，以供参考。
关键词：乌江渡发电厂；导流放空洞事故闸门；检测；加固
1工程概况
乌江渡水电站大坝导流放空洞位于右岸山体内，工程建设期作为后期施工导流用，进口段位于2#坝段内，导流放空洞由洞身段、事故检修门及其起闭机、工作闸门及其起闭机、平压装置组成。放空洞进水口底坎高程663.00m，出口高程661.86m，放空洞全长424.80m。设7×7 米工作弧门一扇，按设计要求工作门必须在库水位735 米高程以下启闭运行，事故检修门一般情况下只能在静水条件下启闭，紧急情况下，可动水闭门。导流放空洞自1998 年提试后至今，已近17 年闸门未提试开启。目前，金属结构局部锈蚀，金属焊缝正常无变形，电气设备检查运行正常。检修门因拉杆锈蚀严重于2013 年10～12 月对其进行了防腐、更换。工作门右上角、右下角有漏水现象，估测渗漏量约200L/S（库水位为744.5m 时，在放空洞工作门下游侧隧洞段测量）。经多方研究，决定对其进行加固处理，同时对已产生有压痕和变形的水封及附件进行更换，按照原设计图纸重新制作反向弹性支承滑块。
2闸门检测及其结果分析
2.1闸门结构应力变形及启闭荷载复核计算
闸门经长期运行后，受结构及部件变形、损伤、锈蚀等多种因素影响，其强度和刚度与设计状态相比必有下降，启闭容量与设计状态相比必有增加，这就需要对闸门的结构应力变形及启闭荷载等进行复核计算。事故检修门启闭机为2PQ2×400吨固定式卷扬机，布置在坝顶765米高程。闸门平时锁定在760.5米，闸门提出孔口检修时，用坝顶门机（400吨）移开2PQ2×400吨固定式起门机，再用拉杆吊梁将拉杆逐节提升，锁定并拆除，最后将闸门吊出坝顶。
2.1.1闸门启闭力检测与计算分析
结构应力计算根据现行规范对闸门的主要结构应力按平面体系进行计算和复核。计算分为理论计算和锈蚀后计算两部分。理论计算按照图纸尺寸对原设计进行计算复核；锈蚀后计算根据检测结果，按照检测数据进行计算复核。
2.1.2闸门启闭荷载计算分析
闸门运行多年后，由于支承装置和止水装置的变形、损坏等原因，闸门启闭时的摩阻力变大，启闭力将会增加，从而容易引起启闭机超载。通过闸门支承和止水工作面实测情况进行启闭荷载复核计算，并与启闭机的额定启闭力相比较，可得到启闭机启闭闸门的安全系数，判断启闭机启闭闸门的可靠程度。
2.1.3闸门结构三维有限元分析
三维有限元采用Solidworks建模，SolidWorks® Simulation分析计算。SolidWorks®机械设计自动化软件是一个基于特征、参数化、实体建模的设计工具。SolidWorks®具有强大的实体建模功能，能够实现零件设计、模具设计、钣金设计等结构设计，同时其强大的全相关、参数化设计功能极大地提高了机械工程师的设计效率。SolidWorks® Simulation 是一个与 SolidWorks® 完全集成的设计分析系统。其为了体现设计仿真一体化的解决方案，在无缝集成的界面中做出了创造性的改变，将仿真界面和仿真流程无缝地融入到SolidWorks®的设计过程之中。SolidWorks® Simulation 提供了利用单一屏幕解决方案来进行：应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析，优化分析，非线性分析，线性动态分析，掉落测试分析，疲劳分析，压力容器分析。其数据结果更精确，更接近结构实际受力情况。
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2.2检测结果与分析
经平面体系法计算，在未考虑闸门锈蚀的情况下，顶主梁最大弯应力为289.86MPa，超过许用应力（202.5MPa）43.14%；底主梁最大剪应力为123.25MPa，超过许用应力（121.5MPa）1.44%。小梁最大应力为186.38MPa，超过许用应力（144MPa）29.43%；最大剪应力为182.65MPa，超过许用应力（85.5MPa）113.63%。现行规范下。闸门的腐蚀程度评判为C级，较重腐蚀。考虑2mm的锈蚀的情况下，顶主梁最大弯应力为316.49MPa，超过许用应力（202.5MPa）56.29%；底主梁最大剪应力为136.25MPa，超过许用应力（121.5MPa）12.14%。小梁最大弯应力为187.82MPa，超过许用应力（144MPa）30.43%；最大剪应力为193.73MPa，超过许用应力（85.5MPa）126.58%。
经计算，启闭力中持住力为9149.5kN，超过现有启闭机2×400kN的启闭容量。经过三维有限元分析，其结果与平面体系计算结果一致，在难以计算的区域出现了高应力区域（超过容许应力220MPa）。其中，2#梁腹板靠近边柱的区域因同时受垂直腹板方面的水压力和剪应力作用，产生了高应力区域。15#梁腹板承受顶部的水柱压力，但是板厚未能满足最小板厚要求，也出现了大面积的高应力区域。底节门叶计算模型和顶节门叶计算模型都出现大面积高应力区域，其中有不少位于面板和主梁腹板这样的关键受力部位上。水利部水利机械质量检验测试中心对放空洞事故检修闸门的检查表明，闸门的腐蚀程度较高，焊缝的合格率较低。且对乌江渡放空洞事故检修闸门评定为“不安全”。
因此，综合乌江渡放空洞事故检修闸门检测数据和结论以及结构复核计算结果，目前闸门现状已不能满足安全运行要求，必须进行改造，鉴于结构补强、零件更换等改造方案难以实施，效果难测，考虑放空洞事故检修闸门的重要性，建议重新设计制作闸门。
3闸门加固技术措施
3.1闸门加固
下料：严格按照中南勘测设计研究院有限公司设计的“乌江渡发电厂导流放空洞事故检修闸门加固方案”要求，并根据现场实际测量尺寸下料并打坡口，其中序号6 分为4 块在闸门内拼焊，下料用时约5 天；点焊就位：将所下材料按照设计图纸布置安装就位并点焊，用时约3 天；焊接及探伤：用507 焊条按照设计要求将所有焊缝进行满焊，并进行着色渗透探伤，每条焊缝检测长度均大于300mm，检测焊缝大于总焊缝的40%，未发现焊接缺陷，用时约14天；防腐：焊接完成后，将焊渣及加固材料表面清理干净，第一道刷防锈漆，第二、三道刷面漆，油漆与原闸门防腐所用油漆相同,用时约3 天。
3.2灌浆
按照设计图纸中序号6 封闭的空腔内填充3 立方左右混凝土，混凝土按照C25 标号标准配制，用时2 天，不在直线工期内。
3.3施工过程中发现及处理的主要问题
在安装项6 时发现主支承滑块螺栓将被封闭在填充混凝土的腔内，故将该主支承滑块螺栓更换，将螺母焊接在闸门面板下，并用钢管将螺母及露出的螺栓包住后将钢管焊接牢固。序号6 封闭的空腔内填充混凝土后，上下水流不通，因此在序号6 封闭的空腔内均布置了一根钢管，以便闸门立起来时上腔不积水。
4结语
在对乌江渡放空洞事故检修闸门检测数据和结论以及结构复核计算结果进行分析之后，提出了对其进行结构补强和零件更换等改造建议和方案，经过对此发电厂导流放空洞事故检修闸门加固进行实施并验收之后，证实其满足设计要求，希望此加固措施能给同行提供借鉴作用。
参考文献：
[1] 占小星,汪建.绩溪抽水蓄能电站下水库导流泄放洞事故闸门井开挖施工技术[J].水利水电技术,2016(s1):15-19.
[2 蔡春华.导流洞进水口封堵闸门加固技术[J].葛洲坝集团科技,2016(4):75-77.
[3] 乌江渡发电厂.导流放空洞事故闸门检测及复核报告.[R].长沙.中南院.2017.12.
论文作者:王乙力
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/19
标签：闸门论文; 应力论文; 启闭论文; 乌江论文; 空洞论文; 事故论文; 锈蚀论文; 《电力设备》2018年第23期论文;