乌江泵站大型拍门断流装置改造分析

乌江泵站大型拍门断流装置改造分析本文针对乌江泵站多扉式拍门存在的主要问题及其原因进行了分析，根据实际情况对拍门改造方案进行比选，确定结合主水泵改造，采用大口径节能型侧翻式拍门，介绍了节能型侧翻式拍门主要结构、技术特点、改造安装及改造后的初步运行情况。

标签：多扉式拍门；大口径节能型侧翻式拍门；改造安装Analysis of Renovation of Large-scale Flap Breakage Device in Wujiang Pumping StationCHEN Kaijin，FANG Baoping，LIU xiaopanCitation River Project of Simashan Administrative Division of Anhui Province ，Maanshan 238251，ChinaAbstract：there are main problems and reasons of many leaf type door of wujiang river pumping station renovation was analyzed in this paper，and according to the actual situation of flap valve reconstruction scheme comparison，combining with the main pump is determined，using large diameter energy-saving rollover type door，this paper introduces the energy-saving rollover type flap valve reconstruction of main structure，technical characteristics，installation and after the initial operation.Key words：The multi-title type pats the door；Large caliber energy saving type side flip door；Modify installation引言拍門是泵站工程中主要的断流装置，由于工作简单、维修方便、节省投资、便于启动，从在上个世纪六十年代开始广泛运用，但是泵站拍门断流也存在两大缺陷：一是出口损失偏大；二是停机时在水压和拍门自重作用下产生较大的撞击力，对拍门本身和水工建筑物会造成较大的危害。

本文以乌江泵站为例，为解决该泵站出口损失和撞击力过大的问题，对该泵站水泵机组断流装置多扉式拍门断流方式进行研究改造。

1、存在的主要问题及原因分析1.1 存在的主要问题乌江泵站是驷马山灌区首级提水泵站，始建于1969年，设计装机10台，目前装机6台，单机容量1600kW，水泵为2.8CJ-70立式全调节轴流泵，设计扬程5.62m，设计流量21.0m3/s。

乌江泵站每台机组有两个出水口，尺寸为2650×2700mm2，出水口中间有一400mm厚的横梁，把出水口分成四个2650×1150mm2的孔（见图1），每孔安装两个球墨铸铁门座（门座结合面用螺栓连接，一次安装），每个门座安装旋启式1350×1250×200mm3钢板浮箱拍门一只，每台机组计有拍门8只，拍门在水中的比重为1.1。

运行中主要存在以下问题：1）机组运行时流道出口流速不均，出水流态紊乱，拍门受到水流的不均匀冲击、振动较大，经常出现铰座螺丝松动、疲劳断裂，门体斜挂甚至出现被冲走的情况，导致停机时回水使机组发生倒转，影响到机组的安全运行。

2）拍门开启角度小，水力损失大。

1978年驷马山引江工程管理处对乌江抽水站拍门进行实测试验，8扇拍门中最大开启角度为70°，最小为45°。

拍门在水中自由浮动与固定挂起比较，效率低约0.5%～3%。

3）拍门关闭时冲击力较大，故障频繁，检修不便，门体及铁附件锈蚀严重，日常维护费用高。

1.2 原因分析根据多年的拍门实际运行情况，结合国内公开发表的一些技术文献、著作进行分析、研究，主要原因有以下几个方面：1）由于轴流泵出流环量与出水弯管二次流的双重作用，出水管内为复杂的螺旋流，整个出水管内水流都具有较大的环量，断面轴向流速分布极不均匀。

从平时机组运行情况来看，顺水流方向左侧出水孔流量较大，拍门张角大，右侧出水孔流量较小，拍门张角小。

2）由于出水流道较短，水泵出口环量造成的流速不均未能在出水流道内得到充分调整，以致水流在冲开拍门后突然扩散，在拍门内外侧发生水平方向和垂直方向的漩滚，出口水流扩散冲击到胸墙（拍门水平中心线到胸墙的距离为1.5m），反射的水流又撞击闸门，增强了水流漩滚的强度。

拍门在漩滚水流的作用下产生振动与扭转，在这种扭振惯性力长时间的作用下，铰座螺丝等受力部件产生疲劳变形甚至断裂。

乌江泵站拍门较多，横梁、门框阻水严重，加剧了出水水流的紊乱程度。

3）拍门关闭时过大的冲击力使得拍门及其受力部件疲劳变形加剧，拍门的工作和受力条件与设计条件偏离越来越大，并呈现恶性循环关系，加速了拍门损坏的速度。

4）轴承孔与销轴间隙较大，轴承材料为球墨铸铁，易锈蚀、磨损，随着运行时间延长，轴承间隙越来越大，加剧了拍门振动与扭转。

5）门框、铰座及拐臂等部件采用球墨铸铁，检修、加工困难，门体采用A3钢板焊制，采用普通防腐涂料，防腐蚀效果差。

2、改造方案选择2.1 方案比选对于直管岀流的泵站，目前断流方式主要有快速闸门断流、液控蝶阀断流和拍门断流三种。

下面综合各方案的优缺点，进行方案必选：1）快速闸门断流。

乌江泵站每台机组设有2扇出口检修门，2003年将其改成液压快速闸门，并增设了一套液压启闭系统，从运行的情况看，该系统启闭速度慢，无法做到快速断流。

2）液控蝶阀断流。

不仅具有施工容易，土建工程量小等直管式流道的所有优点，而且具有水头损失小（运行时液控蝶阀全开），效率较高，运行费用低；液控蝶阀结构简单，安全可靠，检修容易，关闭时撞击力小，但乌江泵站出水池空间狭小，如安装布置液控蝶阀需进行大量的水工建筑物改造，这显然是不现实的，且该设备价格昂贵，故该方案也不适用。

3）拍门断流。

在驷马山灌区工程中，乌江泵站采用多扉式拍门。

滁河一级站采用带缓冲装置的大型空心拍门，存在拍门开启角度小，关闭时撞击力大，缓冲装置容易失效等。

滁河二级站采用双节拍门，双节拍门有浮箱式和液压操作式，浮箱式拍门阻力大，开启角度小，关闭时撞击力大，下节拍门在水中抖动厉害，运行中存在的问题也比较多，液压操作拍门投资较大，且液压部件故障率高。

4）节能型侧翻式拍门。

近年来在中小型泵站应用较多，主要利用门瓣倾斜，门重的部分分力作为闭门的动力。

自由侧翻式拍门的结构简单，无附加设备，便于改造安装。

2.2 节能型側翻式拍门主要结构及技术特点节能型侧翻式拍门结构与普通拍门类似，即由阀瓣（门瓣）、铰轴、门框和密封件组成，门瓣通过铰轴安装在门框上，靠橡胶密封止水。

大型拍门根据需要还设有缓冲器。

根据力学原理，将门瓣铰轴竖向布置，并向内倾斜一定角度，利用门瓣的自重水平分力作为闭门动力，以达到减小拍门开启阻力和自动闭门的目的（见图2）。

节能型侧翻式拍门主要有以下几个方面的技术特点：1）安全稳定，节能高效。

阻力系数小于0.1，水头损失0.04m，拍门开启角度可达到80°以上，消除了出水产生的漩涡。

2）结构简单可靠，拍门启闭自如。

不仅撞击力小，而且消除了水锤。

3）设计水头15m以上的拍门，只需要增加一种简单可靠、无需人工操作的无极调速缓冲装置，即可达到拍门快开缓闭，运行安全可靠，又能消除撞击力和水锤的目的。

4）拍门主体为碳钢材料，铰轴为不锈钢材料加碳钢，轴套为石墨基体的镶嵌式铜合金自润滑轴承，配合偶件不会生锈，使用寿命可达30年以上。

经过多次现场勘测，并对其主要性能进行了论证，采用大口径节能型侧翻式拍门改造，可保持出水流道结构和过流断面基本不变，改造工程量小，能够保证出水流道平滑过渡。

3、大口径节能型侧翻式拍门改造安装3.1 出水口改造施工本次改造每台机组选用2套2900×2200mm2（拍门孔口面积）对开式侧翻拍门，与原出水孔口有差异，需要对出水口进行改造，除需要凿除横梁外，还需在流道侧墙浇筑部分二期钢筋砼，保证侧翻拍门孔口与原出水流道平滑过渡。

1）老混凝土凿除尺寸应严格按照图纸进行，确保二期混凝土有足够的断面尺寸和体积。

新老混凝土结合面需要凿毛处理，锚筋应严格按照图纸规定的规格尺寸和数量施工，混凝土标号严格按照设计要求控制，确保二期混凝土有足够的强度。

2）拍门二期砼浇筑时要保证通气孔畅通，断面尺寸与原状相同。

3.2 拍门改造3.2.1 老拍门拆除1）老拍门拆除过程中，应使用人工风镐拆除，严禁使用大型破除机械进行破坏性拆除，以免出水流道混凝土结构遭受破坏。

2）拆除后老混凝土中的主筋应露出足够的长度，确保与锚筋、新拍门有足够的焊接长度。

3）由于施工场地狭小、封闭，施工过程中产生的烟尘不易排出，应采取强排措施，加强空气流通，并做好其他安全防护措施，施工垃圾应清理外运，严禁将施工垃圾倒入机组流道中。

3.2.2 新拍门安装拍门门框的锚筋每套36个，四周均布，与原混凝土中的钢筋焊牢，拍门安装应在厂家的指导下进行。

1）起吊。

拍门起吊前应确认门叶已经固定牢靠，防止起吊时门叶打开与周围物体发生碰撞。

拍门起吊时将钢丝绳安装在门框的吊环上，根据拍门的自重选择汽吊进行吊装。

2）定位。

拍门门座（门框）面靠拢木模，底部放在底槛支撑座上，拍门锚筋与老混凝土露出的钢筋搭住点焊，同时两侧面打吊线确定好倾斜角度，两侧面倾斜角度误差不超过0.5°，底部用水平测量仪调水平，保证拍门门框底部与出水口孔口底部在同一平面上，误差控制在4mm。

3）加固。

定位无误后，拍门锚筋与老混凝土钢筋、拍门门座以及底槛支撑座与拍门等所有连接处焊接牢固，为防止焊接过程中形变，应采用对称焊接，并随时复测拍门倾斜角度和水平度，及时调整。

4、初步运行情况从2013年7月10日5#机组安装完工后，各改造机组陆续投入运行，运行情况良好。

2014年12月8日完成全部6台机组启动验收后，又陆续投入抗旱运行，至2016年8月30日，结合抗旱抽水，6台新改造机组共启动机组31次，累计运行996.5台时，抽水约8280万m3（见表1）。

改造后的拍门运行正常，停机时拍门4扇门叶先后关闭，关闭撞击声音正常，其中6#机组停机时最大净扬程达6.5m。

图3是6#机组2013年11月10日16时出水池运行情况，由于拍门淹没在水面以下，无法观察到其运行情况，从出水池运行声音判断，无拍门撞击声。