藤子沟电站拱坝缆机布置与改造规划

所属栏目：水利论文
发布时间：2012-06-01 13:42:42  更新时间：2012-06-01 13:08:41

摘 要：藤子沟缆机使用原东风电站的“一主二副”辐射式缆索起重机，根据现场实际情况进行重新布置与改造计算，最终确定缆机布置高程、辐射范围以及主索形式、垂度等参数。
关键词：缆机；布置；改造；藤子沟电站 
1 概述
藤子沟水电站工程位于重庆市石柱县境内的龙河上游河段，大坝体形采用椭圆形双曲拱坝，坝顶高程777.0m，顶拱中心角90.347°，拱冠梁底宽20.01m，厚高比0.171，坝顶最小宽度 5.0m，最大坝高127m，坝顶长339.475m(顶拱中心线弧长) ，共分为18个坝段。
根据现场地形条件，以及施工单位现有的设备，坝体混凝土浇筑垂直运输采用辐射式缆索起重机再配合吊罐。
藤子沟缆机是由原东风电站的辐射式缆索起重机经检修、改造后再次使用。
东风缆机为“一主二副”型式20t辐射式缆机，由原水利电力部杭州机械设计研究所设计，夹江水工机械厂制造。原设计跨度为500m，在东风电站的实际使用跨距为308m，主要技术特性：
(1)缆机包括固定塔（主塔）一座和弧形轨道上移动的活动塔（副塔）两座。活动副塔高15m，比固定塔高3m，两活动塔在同一轨道上行走，行走范围为20º+12.5º。
(2)在主塔头下部有24m×15m的机房，励磁机组装置放于机房一侧的机组房内（10m×9m），机组房上部为电气房（12m×9m）。
(3)主要技术特性
跨度：308m（设计跨度500m）；最大起重：20t；
设计行走轨道长度：240m；最大轮压：50t；
空载及满载包络线：跨中垂度5%，满载时15.4m，空载时12.926m；
工作跨度：满载时距活动塔31m开始～266m终止（即距固定塔42m）；空载时距活动塔10.575m开始～298m终止（即距固定塔10m）。
(4)与缆机配套的HGY6型液压蓄能砼吊罐的性能参数
容积：实容积6m³，几何容积7.5m³；
工作压力：空载时1Mpa，满载时8Mpa；
自重：4.2t；外形尺寸（长×宽×高）：2295mm×2295mm×3250mm；
加缆机横梁板，罐体起吊高度为5670mm。
2 缆机布置规划
2.1承载索支点计算确定
在不改变东风缆机性能参数的情况下，进行藤子沟缆机主、副塔承载索支点标高确定计算，计算简图如下： 
计算步骤：
（1）主、副塔承载索支点水平间距称为跨距L，该值先应在平面布置图上以覆盖大坝砼为主初步确定，经过计算校核是否合理，兼顾实际地形条件与缆机修建工程量；
（2）主索与吊罐底面最小高差i，该值查机械参照表得出，i=15m；
（3）吊罐到坝顶的安全距离k的取值一般不宜小于跨距的1%，同时考虑坝顶闸房5m的高度；
（3）夸中最大垂距Smax一般取跨距的5%，
（4）主、副塔承载索支点高差Δh取值一般为跨距的1%。根据东风缆机原设计资料确定，承载索支点高差Δh=3m，固定塔承载索支点距机房底面34m，活动塔承载索支点距轨道顶面高程15m。
（5）两支点连线中心点至坝顶高程的高差：
Z=Smax+i+k
（6）两塔主索承载支点高程：
Gao_活承=坝顶高程+Z+Δh/2
Gao_固承=坝顶高程+Z-Δh/2
（7）缆机平台高程
活动塔轨道顶面高程= Gao_活承-15
固定塔机房底面高程= Gao_固承-34
（8）工作区域
国产缆机现都规定两侧非正常工作区为跨距的1/10。
2.2布置方案确定
藤子沟缆机布置应以满足拱坝混凝土施工为主，兼顾砼拌和、运输系统位置，以及实际地形条件、缆机修建工程量等多方面因素。
拱坝左右坝肩以上山体边坡地形情况为左岸边坡平缓呈阶地，右岸边坡是陡峭悬崖，另外砼拌和系统、运料及受料线路均设在左岸，于是将固定塔设在右岸、活动塔设在左岸较为合理。在考虑到缆机运行时重车下坡有利于电力能效，活动塔的承载支点应高于固定塔。在初步确定跨距时，应尽量多覆盖拱坝坝段，但也应选择合适的辐射角度优化缆机土建工程量。
先经过多次试算对比，最终选择出4个不同的跨距方案进行进一步的论证，跨距分别是390m、420m、450m、470m，主要是从覆盖范围、工程量、预期效果等多方面探讨，经过专家咨询辩论后，最终确定跨距420m、辐射角度35º方案较好，充分发挥缆机性能，最多可能的覆盖了5#～18#坝段，而1#～4#坝段无法覆盖到，兼顾其它相关临建系统配合作业，建设工程量合适。
跨距L=420m，i=15m时，计算k=9.2m，Smax=21m，Z=45.2m；
Gao_活承=777+45.2+1.5=824.3m；Gao_固承=777+45.2-4.2/2=820.1m；
最后确定藤子沟缆机布置参数为：跨距420m，辐射角度35º，Gao_活承为824m，Gao_固承为821m，机房平台高程787m，轨道高程809m，工作区：满载时距活动端42m开始至378m(即距固定塔42m)。
藤子沟缆机的平面布置与立面布置见下图示意： 
3 缆机改造规划
3.1主索的选择
由于滕子沟缆机和东风缆机一样，为“一主二副”型式的辐射式缆机，两台缆机的活动端在同一弧型轨道上行走，因此，两台缆机的跨度随活动塔在弧型轨道上的位置不同而变化。设计时以设计跨度420m，主索最大垂度为跨度的5%为基准（跨度为420m时活动塔的位置为“0”位），再分别计算最大跨距和最小跨距时受力情况。
结果如下：
“0”位时，单根主索最大张力980KN（温度最低，-10℃），最大垂度21.966m（温度最高38℃）。
跨度最大时（跨度增加115.5mm），单根主索最大张力1000KN（温度最低，-2℃），最大垂度21.542m（温度最高38℃时）。
跨度最小时（跨度减少146mm），单根主索最大张力955.6KN（温度最低，-2℃），最大垂度22.5m（温度最高40℃）。
结论：选用宁夏石嘴山钢铁厂的f60mm钢丝绳,抗拉强度1470N/mm²,整绳破断拉力不小于3200KN的三层Z型密封钢丝绳，主索安全系数达到3.2，主索实测破断拉力总和为：3856kN，实际安全系数为：3.856，完全满足施工设计要求。
最后确定：承载索型号：三层Z型封闭钢丝绳；直径：f60mm；公称抗拉强度： 1470KN/mm²；钢丝绳破断拉力：≥3200KN。
3.2工作索的规格型号选择：
（1）起升索
由于额定载荷、吊钩、起升高度，导向滑轮布置、缠绕方式等没有发生变化，因此起升索的受力情况基本不变，型号也不变，仅长度变化。
起升索型号：6T（25）-26-1670-I-光-右交 （GB1102）
（2）牵引索
由于跨度、两端高差等发生变化，需要对牵引索的受力作较详细的计算。计算后得：牵引索的初张力约为40KN，最大张力约为95.55KN，比原东风缆机的小车牵引钢绳最大张力9.857t略小，因此牵引绳的规格型号不变，安全系数也满足要求。
牵引索型号：GT（25）-28-1670-I-光-同 （GB1102）
（3）承马绳
经计算后得承马绳的工作最大张力约为10.95KN,比东风缆机的0.87t略大，用原型号钢丝绳，仍满足最小安全系数不小于4的设计要求。
承马索型号：GT（25）-14-1670-I-光-同-右 （GB1102）
（4）过江电缆支承钢绳
过江电缆支承钢绳如仍采用原型号钢绳，安全系数要大于3.5，钢绳最大拉力应为6.031t，过江电缆垂度为6.8m。如采用1×19-13-1670-I-锌单股钢丝绳（钢绞线），其最大破断拉力14.7t，要求安全系数大于3.5，钢绞线的最大工作拉力为4.2t，计算最大垂度约为6.5m，因此用f13钢绞线完全可以代替原钢丝绳。
过江电缆支承钢绳型号：6×19+1-20-170-I-锌-交（GB1102）或1×19+13-1670-I-锌GB1102）
（5）定滑轮组绳索
由于起升绳的受力基本没有变化，定滑轮组绳索和原东风缆机完全一致。
定滑轮组绳索型号：6×37-11.5-1670-I-锌-交 GB1102）
3.3两端基础载荷。
主要内容包括各种工况下活动塔端的轮压、固定塔的载荷数据，导向滑轮组的最大载荷等。
（1）活动塔轮压
计算活动塔轮压时分下列几种工况：
0、空索安装，活动塔压300t配重。
Ⅰ、满载小车位于跨中，活动塔压450t配重。
Ⅱ、满载小车位于距活动塔40m处（吊罐平台），活动塔压450t配重。
Ⅲ、满载小车位于距固定塔60m处（浇筑极限位置），活动塔压450t配重。
Ⅳ、空罐小车位于距活动塔40m处（吊罐平台），活动塔压450t配重。
Ⅴ、空钩小车位于距活动塔10m处（检修位置），活动塔压450t配重。
Ⅵ、非工作状态，风向水平垂直主索，风压800N/m2。空钩小车位于距固定塔60m处。
随活动塔在弧轨上位置不同，缆机的跨度变化，轨道基础受力不同，但另一方面，两台缆机靠近同向运行时总的轮压和变化不大，因此计算时仅计算“0”位时的轮压，作为基础设计的依据。
计算结果如下：
各种运行工况下的前轨轮压、后轨轮压：