Diseño de puerta de varias hojas de la estación de bombeo del río Taipu
El proyecto de la estación de bombeo del río Taipu está ubicado cerca de la compuerta del río Taipu en la ciudad de Miaogang, ciudad de Wujiang, provincia de Jiangsu. La estación de bombeo está equipada con 6 bombas de extensión inclinadas de 15 ejes. El caudal total diseñado de la estación de bombeo es de 300 m3/s, la capacidad de una sola unidad es de 50 m3/s, la altura neta diseñada es de 1,39 m y el diámetro del impulsor es de 4,1 m. En la actualidad, es una bomba de flujo axial inclinado en el país. Debido al gran tamaño de los canales de entrada y salida de agua, hay un muelle divisorio en el medio. Cada bomba está equipada con puertas de acceso de dos orificios en la entrada, dos puertas rápidas abatibles de varias hojas y dos puertas rápidas de emergencia en la entrada. la salida. Toda la estación está equipada con 12 puertas batientes rápidas de varias hojas y 12 puertas rápidas de emergencia, ambas accionadas mediante polipastos hidráulicos. El polipasto se instala sobre una plataforma con una elevación de 6,0 m en la salida de agua. La plataforma está equipada con un operador de puerta bidireccional de 2 × 65 kN, que se utiliza para la instalación, mantenimiento y reparación de puertas rápidas de hojas múltiples. , puertas rápidas de emergencia y polipastos hidráulicos.
2. Requisitos y disposición del funcionamiento de la puerta.
Los requisitos de funcionamiento de la bomba de agua en la estación de bombeo incluyen dos métodos: arranque y parada. Se pueden utilizar tres métodos: descarga de agua por sifón, compuerta rápida y portazo. El canal de agua de salida del sifón es adecuado para bombas de flujo axial vertical, pero no para la estación de bombeo del río Taipu. Bajo la condición de garantizar la velocidad de apertura y cierre de la puerta, la puerta rápida puede cumplir con los requisitos de arranque y parada. Las dimensiones de la sección transversal de los dos orificios en el canal de flujo de la estación de bombeo del río Taipu son 4,00 m de ancho y 4,703 m de alto. La puerta plana se abre y cierra muy rápidamente y requiere un alto equipo de apertura y cierre. La confiabilidad de la apertura y cierre de la solapa es alta, pero la fuerza del impacto es fuerte cuando se cierra la solapa de gran tamaño. Aunque el dispositivo hidráulico de cierre lento puede reducir la fuerza del impacto, la estructura es compleja y los requisitos son altos, especialmente para las estaciones de bombeo de elevación ultrabaja. La trampilla es parte del cabezal de la bomba y su pérdida hidráulica dificulta que la eficiencia del dispositivo de bombeo cumpla con los requisitos de las especificaciones de diseño de la estación de bombeo. De acuerdo con las condiciones específicas de este proyecto, absorbiendo las características de las puertas rápidas y puertas batientes, y aprovechando la experiencia de proyectos nacionales relacionados, se adopta una puerta batiente rápida de múltiples hojas tipo helicóptero y el equipo operativo es un hidráulico rápido. izar.
La estructura de la puerta rápida de varias hojas consiste en colocar una solapa en la puerta plana. Se caracteriza por una pequeña pérdida hidráulica, una estructura simple, un fácil mantenimiento y un uso seguro y confiable. En comparación con el método de interceptación de vacío por sifón, la longitud del tubo de salida (canal de flujo) también se puede acortar para facilitar el arranque del sistema de bomba.
El método de trabajo de la puerta rápida de hojas múltiples es que cuando se arranca la bomba de agua, la puerta abatible grande se puede abrir libremente para pasar el flujo y reducir la resistencia de arranque de la bomba de agua después del arranque. , se levanta la puerta batiente de varias hojas. Cuando la bomba de agua se detiene o ocurre un accidente, la compuerta se cierra rápidamente, cortando el flujo de agua.
La puerta abatible de varias hojas se instala aguas arriba de la puerta rápida de emergencia a la salida de la bomba de agua. El tamaño de la abertura de la puerta es de 4,00 m de ancho, 4,703 m de altura, la elevación del umbral inferior es de -4,45 m, la altura de retención de agua es de 7,99 m y la altura de operación es de 1,39 mm. La puerta está sostenida por ruedas voladizas, con dos ruedas. cada lado y cuatro ruedas en cada puerta. El tope de agua unidireccional de la compuerta adopta un tope de agua de goma con sello de agua tipo P. Hay tres grandes puertas abatibles en el cuerpo de la puerta, dispuestas hacia arriba y hacia abajo. Las dimensiones de apertura de cada puerta abatible grande son 3,0 m de ancho y 1,0 m de alto. La puerta está conectada a un único punto de elevación del polipasto hidráulico. Dos deflectores a la salida de cada bomba actúan simultáneamente.
3. Prueba del modelo
Para determinar la pérdida hidráulica, el área del orificio y la disposición estructural de la puerta abatible de varias hojas, durante el proceso de diseño se utilizó una bomba de extensión de 15 ejes. Se utilizó un modelo de la estación de bombeo del río Taipu. El dispositivo realizó una prueba de pérdida hidráulica modelo de la puerta de salida de la bomba de agua.
En el experimento, dos filas de 8 aletas pequeñas se abrieron libremente, tres filas de 12 aletas pequeñas se abrieron libremente y las tres filas de 12 aletas pequeñas se abrieron 55° y 70° respectivamente. Para reducir aún más las pérdidas hidráulicas, seis grandes puertas abatibles en tres filas se pueden abrir libremente, y las seis grandes puertas abatibles en tres filas se pueden abrir a 55°, 60° y 70° respectivamente.
Según los resultados de la prueba de pérdida hidráulica de diferentes caudales en las ocho condiciones de trabajo anteriores:
(1) La pérdida de resistencia de la aleta está estrechamente relacionada con el tamaño del agua. área de paso, es decir, la aleta de tres filas El área de paso de agua de la placa es mayor que la de las dos filas de aletas, y el área de paso de agua de la aleta grande es mayor que la de la aleta pequeña , por lo que la pérdida de resistencia correspondiente es menor. De la misma manera, el área de paso de agua de las puertas de tres filas abiertas a 70 grados es mayor que la de las puertas abiertas a 55 grados y 60 grados, por lo que la pérdida de resistencia correspondiente también es pequeña.
(2) De la comparación de tres curvas de prueba de tres filas de 12 puertas batientes pequeñas que se abren libremente, se abren a 55° y se abren a 70°, se puede ver que la pérdida hidráulica de las tres filas de puertas abatibles pequeñas que se abren libremente es la más pequeña. Muestra que en estas condiciones de trabajo, el ángulo de apertura libre de las tres filas de puertas abatibles pequeñas es superior a 70°. Según la relación de pérdida hidráulica del mismo caudal de 70, el ángulo de apertura libre de tres filas de puertas abatibles pequeñas es de aproximadamente 87,1. De manera similar, de la comparación de las cuatro curvas de prueba de tres filas de seis puertas abatibles grandes que se abren libremente y se abren a 55°, 60° y 70°, se puede ver que la pérdida hidráulica de tres filas de seis puertas abatibles grandes que se abren libremente La apertura es la más pequeña, lo que demuestra que aquí, en condiciones de trabajo, el ángulo de apertura libre de seis grandes puertas batientes dispuestas en tres filas es superior a 70°. Según la relación de pérdida hidráulica del mismo caudal cuando se abre a 55°, el ángulo de apertura libre de seis puertas batientes grandes en tres filas es de aproximadamente 74°.
(3) Dado que el flujo de salida de la aleta sigue siendo un flujo de salida por orificio, el caudal tiene una relación lineal con la pérdida de resistencia de la aleta, es decir, q = k√δh de la segunda fila de 8 aletas pequeñas. , Del cálculo del coeficiente de flujo (k) bajo las tres condiciones de operación de 12 aletas pequeñas en la tercera fila y 6 aletas grandes en la tercera fila se puede ver que existe básicamente una relación lineal entre q y √δh en las tres libres. condiciones de apertura de la trampilla. El error del coeficiente de flujo K está relacionado con el caudal, el impacto del flujo de agua y la fricción de la conexión de bisagra. El valor medio de K es K8 = 0,247;, respectivamente. k12 = 0,396; K6 = 0,479.
Conclusión:
1) Cuando el modelo tiene un caudal nominal Q=260l/s, la pérdida hidráulica de ocho pequeñas aletas en la segunda fila de apertura libre δh = 1,10m; fila de 12 La pérdida hidráulica δh = 0,45 m cuando se abren libremente las trampillas pequeñas; la pérdida hidráulica δh = 0,306 m cuando se abren libremente tres filas de seis puertas con trampillas grandes; Dado que la altura de la bomba de agua de la estación de bombeo del río Taipu es extremadamente baja y la altura neta diseñada es de solo 1,39 m·m, cuanto mayor sea el área de la puerta abatible, menor será la pérdida hidráulica, lo que puede garantizar la seguridad del arranque de la bomba. .
2) Coeficiente de flujo: K8 = 0,247; cuando se abren libremente dos filas de 8 trampillas pequeñas; cuando se abren libremente tres filas de 12 trampillas pequeñas, k 12 = 0,396, K6 = 0,479; seis ventiladores cuando la puerta del panel se abre libremente.
4. Diseño de la compuerta
4.1 Disposición estructural de la compuerta
La compuerta rápida de aletas de múltiples hojas de la estación de bombeo es una compuerta de estructura de acero soldada con ruedas fijas planas. Los resultados de las pruebas del modelo se utilizaron en el diseño y se dispusieron tres filas de compuertas abatibles en la carrocería de la puerta, con una compuerta abatible grande en cada fila, es decir, tres filas de tres aletas grandes, para reducir aún más las pérdidas hidráulicas. El ancho libre de cada abertura de puerta abatible es de 3,0 m y la altura libre es de 1,0 m.
Según el diseño de la puerta, el cuerpo de la puerta de la trampilla rápida de varias hojas utiliza cuatro vigas principales, excepto la viga superior, que es una viga tipo cajón, las otras vigas principales son todas en forma de I. estructuras perfiladas, y las vigas laterales son todas vigas en forma de caja. El panel está ubicado en el lado aguas abajo (es decir, el lado de salida de la estación de bombeo) y el sello de agua está ubicado en el lado aguas arriba (es decir, el lado de entrada de la estación de bombeo). El sello de agua es de tipo P. sello de agua de goma.
Las tres puertas abatibles tienen el mismo tipo estructural y están equipadas con tres vigas principales, todas ellas de canal de acero. Las vigas longitudinales y las vigas laterales están hechas de vigas de acero en I y el panel de la puerta abatible está ubicado en el lado aguas arriba (es decir, el lado de entrada de agua de la estación de bombeo). El sello de agua está instalado en el lado aguas abajo del cuerpo de la puerta rápida de hojas múltiples y es un sello de agua de goma tipo P. La superficie del asiento del sello de agua está colocada en la trampilla.
4.2 Diseño de la estructura de las bisagras
La parte superior de la puerta abatible grande está conectada al cuerpo rápido de la puerta abatible de varias hojas a través de dos bisagras. En el pasado, las bisagras de las puertas batientes se diseñaban como bisagras cilíndricas. Esta estructura tiene el problema de un sellado deficiente contra el agua, es decir, cuando la diferencia de nivel de agua de la puerta abatible es pequeña, la presión del agua que actúa sobre la puerta abatible no es suficiente para superar la fuerza de reacción de la compresión del sello de agua superior, lo que puede causar que el sello de agua inferior entre en contacto con el asiento del sello de agua. Si el sello de agua inferior está en estrecho contacto con el asiento del sello de agua, cuando la diferencia de nivel de agua en la puerta abatible es grande, el sello de agua superior fallará debido a la falta de compresión.
Por lo tanto, en el diseño de la bisagra de la puerta abatible, se optimiza la estructura de la bisagra y se utiliza un orificio oblongo horizontal y una estructura de eje cilíndrico para garantizar que el sello de agua alrededor de la puerta abatible pueda estar en contacto con la Superficie del asiento del sello de agua bajo cualquier diferencia de nivel de agua. El contacto uniforme mantiene el sello de agua en buenas condiciones en todo momento.
Al mismo tiempo, la superficie de sellado está diseñada para estar inclinada y el ángulo entre la superficie inclinada y la superficie vertical es de 5°, de modo que la puerta abatible pueda estar en estrecho contacto con el sello de agua. por su propio peso.
4.3 Tipo de soporte de compuerta
La compuerta rápida de múltiples hojas de la estación de bombeo del río Taipu es una compuerta funcional que requiere agua corriente para abrirse y cerrarse, y tiene requisitos para un cierre rápido. . Generalmente, las puertas de trabajo pueden estar sostenidas por ruedas fijas y guías deslizantes. Para reducir la capacidad del polipasto, la puerta batiente de varias hojas se apoya sobre ruedas fijas de simple apoyo.
El material del soporte del soporte fijo de la rueda afecta directamente la estabilidad y confiabilidad del funcionamiento de la puerta, y también tiene un gran impacto en las capacidades de apertura y cierre del equipo de elevación. Normalmente, los cojinetes soportados por la rueda fija están hechos de bronce o materiales compuestos autolubricantes. Teniendo en cuenta el coeficiente de fricción relativamente alto del bronce, es necesario configurar un sistema de lubricación relativamente completo; de lo contrario, fácilmente provocará fallas como "quema de baldosas" o "sujeción del eje". Por lo tanto, el material del cojinete en el diseño utiliza materiales compuestos autolubricantes, que tienen un coeficiente de fricción bajo, una presión específica alta y pueden evitar la lubricación y el mantenimiento.
Aunque la altura de agua de la compuerta rápida de aletas de múltiples hojas no es grande, la estructura de la viga principal tiene forma de I y la rigidez general de la compuerta es relativamente débil. El tipo de rodamiento adopta un rodamiento esférico autolubricante con función de autoalineación (el material del rodamiento es un material compuesto autolubricante), que puede adaptarse bien a la deformación de la puerta y mantener siempre la línea de contacto entre la banda de rodadura de la rueda fija. y la superficie de la pista puede autolubricarse y no requiere mantenimiento mejora la vida útil de la rueda fija, resiste la erosión de sedimentos y es estable.
Las ruedas guía laterales de la puerta adoptan cojinetes cilíndricos compuestos autolubricantes.
5. Conclusión
Se han utilizado trampillas rápidas de múltiples hojas en proyectos de conservación de agua en mi país, pero es raro que las compuertas de las estaciones de bombeo del río Taipu estén dispuestas con tres filas y tres aletas grandes. El tamaño de la abertura de la aleta representa más del 50% del tamaño del orificio de la puerta. Debido al corto ciclo de diseño y al poco tiempo, algunas medidas técnicas tomadas de acuerdo con los requisitos del esquema rápido de puertas de varias hojas aún se están explorando y deben inspeccionarse y resumirse después de que el proyecto entre en producción.