1.2　水电站金属结构的制造安装

水电站金属结构是水利水电工程中的重要设备之一，对水利水电工程的运行起着十分重要的作用。随着我国水利水电工程建设的发展，水电站金属结构的技术水平已有很大的提高，如小湾水电站底孔弧形闸门孔口尺寸5m×7m，水头达到了160.3m；溪洛渡水电站固定启闭机容量达到2×8000kN；快速闸门液压启闭机容量达到4500kN/12000kN；而坝顶门式启闭机容量已达到8000kN；龙滩水电站2×2000kN门式启闭机跨距达到了27.5m；三峡水利枢纽工程五级船闸的最大落差达113m，船闸人字门单扇门尺寸20m×38m，输水阀门工作水头超过45m等。此外，岩滩、水口、隔河岩、高坝洲等水电站的大型垂直升船机也相继建成，目前正在兴建调试的三峡水利枢纽工程3000吨级垂直升船机行程达到113m，采用齿轮齿轨爬升长螺母短螺杆安全装置，其规模和难度都是世界上最大的。上述这些工程实例充分说明我国水电站金属结构已有众多的技术和规模都达到或超过了世界水平。

1.2.1　压力钢管制作与安装

压力钢管按布置形式可分为坝内式钢管、隧洞式钢管及露天式钢管，也可分为明钢管和埋藏式钢管。水电站引水压力钢管和岔管承受巨大的水压力，属金属结构压力容器，对材料和焊接工艺等有不同于一般水工建筑物的特殊要求。随着水电站建设规模的扩大，压力钢管的设计水头和管径相应增大，高强度钢材的广泛应用，且工程建设周期缩短。通过隔河岩水电站压力钢管（直径8m、SM58Q高强度钢）、三峡水利枢纽工程压力钢管（直径12.4m、Rm=610N/mm2）及彭水水电站压力钢管（直径14m、Rm=600N/mm2级高强度钢）等一批大型压力钢管的制造和安装，针对压力钢管材料选择、焊接、检测试验及应力消除等技术水平得到很大的提高。其中，三峡水利枢纽工程高强度钢压力钢管焊接施工中富氩保护脉冲电源全位置自动焊新技术，对压力钢管及蜗壳焊接速度及质量的提高，有着很好效果。爆炸法消除焊接残余应力为高强度调质（或控轧）钢消除应力提供了更好的选择；衍射时差法超声检测技术应用（TOFD）可减少或取代RT检查，既环保又快速便捷；多丝埋弧焊、气体保护焊及自保护药芯焊等新技术得到应用，特别是世界最大直径（直径14.4m）压力钢管——向家坝水电站超大型压力钢管制造安装完成，标志着又一具有世界级水平的技术难题得以攻克。国内压力钢管部分工程实例见表1-2。

1.2.2　水利水电工程闸门制作与安装

水利水电工程闸门的主要结构型式有平面闸门、弧形闸门、拱形闸门、扇形闸门及舌瓣闸门等。随着科学技术进步和对闸门水力学问题的深入研究，20世纪50年代后，水工与通航建筑物的闸门技术向高水头、大型化方向发展，闸门类型则趋于简化，但闸门尺寸、重量、零部件承载能力及制造精度等方面对制造和安装提出了更高的要求。

高水头弧形闸门大多采用偏心铰、伸缩式及滑动转铰式止水形式，国内在20世纪80年代开始研制了几例相应的闸门，如龙羊峡、东江、天生桥、小浪底、漫湾、宝珠寺等水电工程亦相继应用了偏心铰式和伸缩式止水闸门，其中偏心铰、伸缩式两种止水形式均能适应工作于100m以上水头弧形闸门的要求（在小湾水电站放空底孔弧门已达到160.2m）。特大型孔口、偏心铰或伸缩式止水的弧形闸门对制造及安装精度提出了远高于规范的要求，如弧门半径公差从规范要求的R±2mm提高到mm。国内外偏心铰及伸缩式弧形闸门部分工程实例见表1-3。

高水头（事故）平面闸门止水常用的止水形式有预压式和充压伸缩式两种，闸门支承型式常采用定轮和链轮。小浪底、三峡、水布垭及武都等水电工程平板定轮门设计轮压分别已达到4050kN、4500kN、5400kN、5000kN，正在研究的6000kN级定轮已完成原型试验（原型试验的载荷轮压为7500kN）。设计水头160.2m小湾水电站放空底孔事故平板链轮门已完成制造和安装，该链轮门应用了沉淀硬化不锈钢及34Cr Ni3Mo等高性能材料，其制造安装精度也达到了较高的水平。国内平面闸门及船闸金属结构部分应用工程实例见表1-4。

三峡水利枢纽工程船闸金属结构中，船闸人字门最大门高38.25m，宽20m，单扇门重达800多t，最大工作水头36.25m，为目前世界上淹没水深最大的船闸人字门。船闸第2至第4闸室充泄水阀门尺寸为4.2m×4.5m，工作水头45.2m，为目前世界上已建船闸最大的阀门。通过三峡水利枢纽工程船闸金属结构的制造安装，使我国船闸金属结构制造技术达到了世界先进水平。

1.2.3　启闭机制造与安装

水利水电工程启闭机的主要形式有固定卷扬启闭机、液压启闭机、门（桥、台车）式（即移动式）启闭机等。为了满足高水头、大型闸门的启闭及适应先进的水电站控制系统的要求，启闭机则向大容量、液压式、高扬程及自动（智能）化方向发展。国内投入运行的液压启闭机的容量已达到12000kN，固定卷扬式启闭机的容量也达到了9000kN，门式启闭机容量已达到8000kN，已有较多扬程超过100m的大容量启闭设备投入运行。高扬程卷扬启闭设备中折线卷筒得到比较普遍的应用，变频控制、PLC、现场总线及多传动出力均衡等电气传动与控制技术的进步，使启闭设备性能自动化、智能化、集成化。如乌东德水电工程导流洞封堵闸门固定卷扬式启闭机的容量将为12500kN，达到国际领先水平。国内已建及在建各类启闭机工程实例见表1-5。

1.2.4　升船机制造与安装

升船机相比船闸具有不消耗水、过坝速度快及沿海地区闸坝可防止海水进入内河等优点。升船机分垂直升船机与斜面升船机两大类。就升船机对船只的支承方式而言，又可分干运和湿运。按驱动方式则可分为钢丝绳卷扬式、齿轮齿条爬升式、水力驱动式等。在我国升船机的建设起步较晚，20世纪90年代前，规模也较小，此后随着岩滩、水口、高坝洲、隔河岩、彭水等水利工程升船机的相继完成，升船机的建设进程明显加快，特别是三峡水利枢纽工程升船机，其过船规模为3000吨级，最大提升高度113m，具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大和下游水位变化速率快的特点，是目前世界上技术难度和规模最大的升船机。国内外已建及在建升船机工程实例见表1-6。