太浦河泵站多叶拍门设计(1)(20210222030012)

1、太浦河泵站多叶拍门设计 (1) 摘要：抽水泵站断流保护装置是泵站安全、可靠运行的重要 保障。太浦河泵站断流保护装置的设计，综合考虑了泵站的 总体布置型式及泵组运行工况和运行要求，比选了现有的几 种断流保护装置，吸收了各断流保护装置的优点，确定直升 式快速多叶拍门为泵站的断流保护装置，并进行了直升式快 速多叶拍门的模型试验。根据拍门模型试验结果，吸取了国 内已建工程的成功经验，确定了多叶拍门的结构型式，对多 叶拍门的结构、支承和拍门铰链进行了优化设计。关键词：太浦河泵站多叶拍门设计1 概述 太浦河泵站工程位于江苏省吴江市境内庙港镇太浦河节制 闸附近，泵站装设六台斜 15轴伸泵，泵站设计总流量为3

2、00m3/s。单机容量为 50m3/s，设计净扬程，叶轮直径，是目前国内最大的斜轴伸泵。由于进出水流道尺寸大，中间设 有隔墩，所以每台水泵的进口设置两孔检修闸门，出口设置 两扇快速多叶拍门和两扇快速事故闸门。 整个泵站共设有 扇快速多叶拍门和 12 扇快速事故闸门，均采用液压启闭机 操作。启闭机安装在出水口的高程平台上。该平台设置一台 2X 65kN双向门机，用于快速多叶拍门、快速事故闸门以及液压启闭机的安装、维护和检修。2 闸门的运行要求及布置型式泵站的水泵运行都有启动和断流两种要求，可采用虹吸式出 水流道、快速闸门和拍门三种方式。虹吸式出水流道适应于 立式轴流泵，对太浦河泵站不适用；在保证

3、闸门起升和关闭 速度的条件下，快速闸门可以满足启动和断流的要求，太浦 河泵站流道两孔断面尺寸均为宽，高，平板门提升和关闭速 度很快，对启闭设备要求很高；拍门启动和断流的可靠性都 比较高，但大尺寸拍门关闭时撞击力很大，虽然采用液压缓 闭装置可以减小撞击力，但结构复杂要求很高，更主要是对 特低扬程泵站，拍门的水力损失是泵站扬程的一部分，使水 泵装置效率难以满足泵站设计规范要求。根据工程的具体情 况，吸收快速闸门和拍门的特点， 借鉴国内有关工程的经验， 采用直升式快速多叶拍门，操作设备为快速液压启闭机。 快速多叶闸门的结构型式是在平板门上开设拍门，特点是水 力损失小、结构较简单、检修方便、使用安全可

4、靠，与虹吸 真空破坏截流闭锁方式相比，还可以缩短出水管（流道）长 度，并利于泵系统启动。快速多叶闸门的工作方式为，水泵启动时，大拍门自由开启 过流，以减小水泵启动阻力，启动完毕后，提起多叶拍门。 当水泵停机或出现事故时，闸门快速关闭截断水流。多叶拍门布置在水泵出口处快速事故闸门的上游侧，闸门孔口尺寸为宽，高，底槛高程 - ，挡水水头为，运行水头为。 闸门为悬臂轮支承， 每侧布置两个轮子， 每扇闸门四个轮子。 闸门单向止水，采用 P 型水封橡皮止水。在闸门门体上布置 三个大拍门，大拍门上下排列，每个大拍门的孔口尺寸均为 宽，高。闸门与液压启闭机单吊点联接。每台水泵出口的两 扇拍门同步动作。3 模

5、型实验 为了确定多叶拍门的水力损失、拍门的孔口面积及结构布置 型式， 在设计过程中， 利用了太浦河泵站斜 15轴伸式水泵 模型装置，对水泵出口设置的拍门进行了模型水力损失试验。 试验先后进行了二排 8 个小拍门自由开启、三排 12 个小拍 门自由开启和三排 12 个小拍门开启 55、 70的不同流量 水力损失试验。为进一步减少水力损失，又增加三排 6 个大 拍门自由开启和三排 6 个大拍门开启 55、 60、70的不 同流量水力损失试验。根据上述八种工况不同流量水力损失试验结果分析：（1）拍门阻力损失与过水面积大小关系密切，即三排拍门 过水面积比二排拍门大，大拍门过水面积比小拍门大，故相 应阻

6、力损失小。 同理， 三排排门开启 70比开启 55、60 的过水面积大，所以相应阻力损失亦小。（2）从三排 12 个小拍门自由开启、开启 55和开启 70 的三条试验曲线对比来看：三排小拍门自由开启的水力损失最小， 说明在该工况下， 三排小拍门自由开启的角度比 70 大。按开启 70相同流量的水力损失值的比例计算， 三排小 拍门自由开启的角度约为左右。同样，从三排6 个大拍门自由开启、和开启 55、 60、70的四条试验曲线对比来 看：三排 6 个大拍门自由开启的水力损失最小，说明在该工 况下，三排 6 个大拍门自由开启的角度比 70大。按开启 55相同流量的水力损失值的比例计算，三排6 个大

7、拍门自由开启的角度约为 74左右。（3）由于拍门出流仍属于孔口出流，故流量与拍门阻力损 失成直线关系，即 Q=K/ h。从二排8个小拍门自由开启、 三排 12 个小拍门自由开启和三排 6 个大拍门自由开启三个 工况对流量系数（K）计算看出，三种拍门自由开启工况Q与h基本成直线关系。流量系数 K值误差与流量大小、 水流冲击力和铰链连接摩擦力等有关。其K值平均值分别为K8=； K12=； K6=。结论： 1）在模型额定流量为 Q=260l/s 时，二排 8 个小拍门 自由开启的水力损失 h=;三排12个小拍门自由开启的水 力损失 h=;三排6个大拍门自由开启的水力损失 h=o由 于太浦河泵站的水泵

8、扬程特低，设计净扬程仅为，在结构允 许下拍门的面积越大，水力损失最小，可保证水泵的启动安 全。2）流量系数：二排 8个小拍门自由开启时 K8=;三排12个 小拍门自由开启时 K12=;三排6个大拍门自由开启时 K6=。4 闸门设计 闸门结构布置 泵站快速多叶拍门为平面定轮焊接钢结构闸门，设计时采用 了模型试验的成果，在门体上布置三排拍门，每排布置一个 大拍门，即三排三个大拍门的结构布置型式，以进一步减小 水力损失。每个大拍门的孔口净宽为，净高为。根据闸门的这一布置型式，快速多叶拍门门体采用四根主梁， 除顶梁为箱型梁外，其余主梁均为工字型结构，边梁为箱型 梁。面板设在下游侧（即泵站出水口侧） ，水封设在上游侧 （即泵站进水口侧） ，为 P 型橡胶水封。三个拍门结构型式相同， 均布置三根主梁， 为槽型型钢断面， 纵梁和边梁均为工字型型钢，拍门面板均设在上游侧（即泵 站进水口侧）。水封安装在快速多叶拍门门体的下游侧， 为 P 型橡胶水封。水封止水座面设在拍门上。铰链结构设计 大拍门上部通过两个铰链与快速多叶拍门门体联结。以往拍 门设计的铰链为园柱铰，这种结构存在封水不良的问题，即 当拍门挡水的水位差较小时，作用