节能型侧开式拍门在黄河大堤张庄提排站的应用

1、工程概况
张庄提排站工程位于河南省台前县吴坝乡北张庄村西北约100m临黄河大堤的背河处，担负提排金堤河洪涝水入黄河的任务。金堤河是黄河下游一条支流，根据《金堤河流域综合治理规划》，泵站能力需排除金堤河五年一遇洪涝灾害，泵站总的排水规模为104m3/s，以保障金堤河滞洪区安全度汛的需要。工程主要由旧泵站、新泵站及进出口工程、变电站、围站堤及进水涵洞、金堤河分水闸、进水渠、退水渠、管理房等部分组成。
旧泵站于1978年建设投运，装有8台64zlb-50立式轴流排水泵（由上海水泵厂于1976年生产），单机设计流量为8m3/s，设计扬程为7m，目前排水规模为64m3/s，水泵转轮直径为1.54m，配套电动机型号为tdl215/31-24，电压为6.3kv，额定转速为250r/min，功率因数为0.9（超前），单泵配套电动机容量为800kw，配套电动机总容量为6400kw。配套出口拍门采用卷扬机悬挂式拍门。规格为2200mm×2200mm。由于运行多年，黄河和金堤河河势变化，泵站引出水两侧河床高程淤积，泵站的运行条件已随此变化。泵站投运至今已有30年，电站各种机电设备使用年限均超过水利部颁布执行的《泵站技术管理规程》sl255-2000有关规定。因此，在保证进出水流道及水泵基础埋件不作变动的情况下，对8台轴流泵和拍门进行更新改造，以满足泵站运行的要求。
新建泵站的排水规模为40m3/s，新泵站装设4台立式轴流排水泵，单泵流量为10m3/s，单泵配套电动机容量为1000kw，电压为10.0kv，配套电动机总容量为4000kw。装有由湖南力威制造的节能型自由侧开式拍门4台，型号为：lvh7416hx-15c 规格为2200*2200。对旧泵站8台拍门进行了改造,型号同样为: lvh7416hx-15c规格为 2200*2200.新旧两个泵站共安装拍门12台.
2、泵站的主要参数
2.1水位：
内河水位：高运行水位 40.5m，设计水位 39.5m，低运行水位38.0m。
外河水位：高运行水位 45.87m，设计水位44.95m。                              
2.2扬程：泵站特征参数：大净扬程7.87m，设计净扬程 5.45m，小净扬程 4.45m。
2.3流量：旧泵站设计流量  8×8m3/s      新泵站设计流量  4×10m3/s    
2.4流道水力损失：
水泵在设计净扬程，设计流量运行时：新泵站水力损失△h＝0.77mh2o，旧泵站水力损失△h＝0.51mh2o。
新泵站水泵在其它工况运行时，流道水力损失△h＝7.72×10-3q2（mh2o）；旧泵站水泵在其它工况运行时，流道水力损失△h＝7.95×10-3q2（mh2o），其中q为水泵流量。
注：上述水力损失计算从水泵出水管(弯管)出口开始至河道拍门处。
3、节能型侧开式拍门的特点和技术参数
     节能型侧开式拍门是由水资源与水电工程科学国家重点实验室（武汉大学）研制的创新产品，荣获2007年度大禹水利科学技术奖二等奖，2008年水利部具推广价值的创新产品。其主要特点和技术参数如下：
3.1门瓣较轴采用上下同轴原理，防止因上下铰链不同轴产生拍门因磨损造成的安全事故，采取竖向布置，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，达到减少拍门开启阻力和自动闭门的目的。
 3.2阻力系数≤0.1，水头损失≤0.04m，拍门的大开启角度可达到85º-100º以上，装置效率可达73%以上，与悬挂式拍门相比，介质流速高1/3，流量大1/3，节约电能22.5%以上。
3.3设计理念新颖，运行轨迹独特，由于选择了竖向倾角，阀板先慢关，后快关，所以形成了拍门的启闭速度，采用双门侧翻设计，运行行程是悬挂式的1/2，而且消除了水锤。
3.4门铰主体为碳钢结构件材料，铰轴为不锈钢材料，轴套是以铜合金为基体的防水含石墨润滑铜套，配合偶件不会锈蚀，使用寿命可达30年以上。
图一　节能型侧开式拍门结构图

3.5无论是淹没状态还是不淹没状态，都能启闭自如。涵洞内介质压力大于拍门外部背压时，拍门就自动开启，涵洞内介质压力小于拍门外部背压时拍门自动关闭。
3.6无需辅助装置，降低设备投资和土建成本，不需要人工操作，维护保养方便，运行安全可靠，又能消除撞击力和水锤。
3.7既有法兰连接式安装，新建泵站采取预埋式安装，改造旧泵站采取法兰连接式安装，既简单又牢靠。
3.8节能型自由侧开式拍门，设计理念新颖，创新性强，是对传统拍门结构设计的突破，整体结构达到了国际先进水平，设计理念先于国际水平。
4、新建泵站拍门遇到的问题解决方法
  对于新建泵站4台拍门来说，由于设计和施工都按照原定计划进行，非常顺利。具体进程如下：
4.1对出水口按照泵站设计规范使用垂直角10度，保证了拍门自重能够在无内压时可靠关闭。
4.2侧开式拍门上下铰链采用不锈钢同轴技术。由于拍门运行周期达到一定时间，如某止回装置由于上下铰链不同轴受力不均匀，铰链和轴会产生磨损偏移，轻则产生密封不严，重则产生门瓣掉落，易引发安全事故。
4.3新泵站安装拍门采用一次预埋。首先保证安装垂直角度和水平角度和设计一致，其次对施工进度可以有效保证，当意外情况外河水位暴涨时，拍门起到防患作用。一般情况要考虑到拍门交货周期为40天到60天，如果工期较紧，可以先装预埋件，一般交货周期在15天左右。
4.4泵站拍门安装在封闭型压力水箱时，应考虑拍门吊装入口尺寸大于拍门大外形尺寸。
5、泵站拍门改造中遇到的问题解决方法
 对于旧泵站8台拍门改造来说主要体现在以下几点：
5.1与泵站旧拍门的安装连接方式的选择
　　 先要对原建筑物预埋基础进行评估，由于旧泵站从1978年运行以来已经具有30年时间，要评估的主要内容有：
5.2橡胶密封件的老化问题；
5.3预埋件的锈蚀程度；
5.4预埋件尺寸对拍门的影响．
　　经过和金提河建设管理局和黄河设计院的三方现场评估和试验：基础主体完好，可以继续保留，橡胶密封件因老化问题完全去除。由于长期淹没水中，锈蚀程度不严重，对锈蚀部分进行了除锈防护处理，采用法兰连接。由于以前的安装图纸已经完全找不到，所以对所有预埋螺栓孔距尺寸必须重新测量。
图二　节能型侧开式拍门安装现场图

 

 
 
6、结语
     张庄电排站是黄河流域河南省大的泵站之一，泵站总的排水规模为104m3/s 。总装机 10400kw，因为2009年汛期处于干涸，没有实际运行，按照理论估算如下：按照比悬挂式拍门节约电能22.5%计算，如：一年连续运行按三个月合2160小时，电费按0.4元/度计算，采用由湖南力威生产的节能型侧开式拍门12台，可以节约电能：505.44万度．可以节约电费：202.176万元，通过对张庄电排站的新泵站建设和旧泵站的改造，明显看出,节能效果显著,值得各泵站大力推广使用节能型侧开式拍门,为我国泵站节能降耗事业做出更大的贡献！
　　金提河建设工程管理局在张庄电排站采用节能型侧开式拍门，不仅为国家节约能源，积极响应国家提倡资源节约型、环境友好型号召，而且对实现水资源合理开发、有效保护、高效利用，确保经济社会又好又快的发展具有重要意义，同时为金提河两岸人民造福子孙后代。