2第六章 水电站进水口(2013.3)解析

第六章水电站进水口第一节进水口的功用和要求一、功用和和基本要求1．功用：进水口是水电站水流的进口，是按照发电要求将水引入水电站的引水道。2．基本要求(1)要有足够的进水能力在任何工作水位下，进水口都能引进必须的流量。因此在枢纽布置中必须合理按排进水口的位置和高程；进水口要水流平顺并有足够的断面尺寸，一般按水电站的最大引用流量Qmax设计。(2)水质要符合要求不允许有害泥沙和各种污物进入引水道和水轮机。进水口要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙设备。(3)水头损失要小进水口位置要合理，进口轮廓平顺、流速较小，尽可能减小水头损失。(4)可控制流量进水口须设置闸门，以便在事故时紧急关闭，截断水流，避免事故扩大，也为引水系统的检修创造条件。(5)满足水工建筑物的一般要求进水口要有足够的强度、刚度和稳定性，结构简单，施工方便，造型美观，便于运行、维护和检修。二、类型按水流条件分，水电站进水口分为有压进水口和无压进水口两大类。(1)无压：类似于水闸，水流为明流，引表层水为主，适用于无压引水式电站。(2)有压：进水口在最低水位以下，水流为有压流，以引深层水为主。适用于坝式、有压引水式电站。第二节有压进水口的主要类型及适用条件一．洞式（闸门竖井式）进水口特征：在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安置在竖井中，竖井的顶部布置启闭机及操纵室，渐变段之后接隧洞洞身。适用：工程地质条件较好，岩体比较完整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况。二．墙式（岸坡式）进水口特征：进口段、闸门段和闸门竖井均布置在山体之外，形成一个紧靠在山岩上的单独墙式建筑物，承受水压及山岩压力。要有足够的稳定性和强度。适用：地质条件差，山坡较陡，不易挖井的情况三．塔式进水口特征：进口段及闸门段及其一部框架形成一个塔式结构，耸立在水库之中，塔顶设操纵平台和启闭机室，用工作桥与岸边或坝顶相连。塔式进水口可一边或四周进水。适用：当地材料坝、进口处山岩较差、岸坡又比较平缓。四．坝式进水口特征：进水口依附在坝体的上游面上，并与坝内压力管道连接。进口段和闸门段常合二为一，布置紧凑。适用：混凝土重力坝的坝后式厂房、坝内式厂房等。五．河床式进水口六．分层取水进水口为适应下游河道生态用水的需要，电站进水口采用叠梁门布置型式以实现分层取水的需要。电站进水口分层取水方式，进水口采用叠梁门多层取水方案，有效提高引取表层水保值率，减轻水库水温分层导致的下泄低温水的不利影响。有效改善鱼类生长繁殖水温条件，开创了国内水电环保先河。第三节有压进水口的位置高程及轮廓尺寸一、有压进水口的位置原则：水流平顺、对称，不发生回流和旋涡，不出现淤积，不聚集污物，泄洪时仍能正常进水。进水口后接压力隧洞，应与洞线布置协调一致，选择地形、地质及水流条件均较好的位置。二、有压进水口高程原则：进水口顶部高程应低于最低死水位，并有一定的埋深；底部高程应高于淤沙高程。1．顶部高程：以不出现吸气漩涡为原则（带入空气、吸入漂浮物影响正常发电）Scr=cvd——闸门净高(m)，v——闸门断面流速(m/s)，c——经验系数，0.55~0.73Scr——闸门顶低于最低水位的临界淹没深度。d2．底部高程：进水口的底部高程通常在水库设计淤沙高程以上0.5~1.0m，当设有冲沙设备时，应根据排沙情况而定。三、有压进水口的轮廓尺寸进水口一般由进口段、闸门段和渐变段组成。进水口的轮廓应使水流平顺，流速变化均匀，水流与四周侧壁之间无负压及涡流。进口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右。(1)进口段。作用是连接拦污栅与闸门段。隧洞进口段为平底，两侧收缩，上唇收缩曲线一般为四分之一椭圆。进口段的长度没有一定标准，在满足工程结构布置与水流顺畅的条件下，尽可能紧凑。(2)闸门段。闸门段是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此段布置。闸门段一般为矩形，事故闸门净过水面积为(1.1~1.25)洞面积，检修闸门孔口与此相等或稍大。门宽B略小于或等于洞径D，门高略大于洞径D。(3)渐变段。渐变段是矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。通常采用圆角过渡，圆角半径r可按直线规律变为隧洞半径R；渐变段的长度一般为隧洞直径的1.5~2.0倍；侧面收缩角为6˚~8°为宜，一般不超过10°。为了适应坝体的结构要求，坝式进水口的长度要缩短，进口段与闸门段常合二为一。第四节有压进水口的主要设备为满足有压进水口的基本要求，一般在进水口主要有以下设备:拦污设备、闸门及启闭设备、通气孔以及充水阀等主要设备。一、拦污设备(拦污栅、拦污浮排)1作用：防止漂木、树枝、树叶、杂草、垃圾、浮冰等漂浮物随水流带入进水口，不让这些漂浮物堵塞进水口，影响进水能力。对于粗大的漂浮物，可在离进水口几十米之外设拦污浮排，将其拦截并引向溢流坝渲泄至下游。2．布置：(1)平面倾斜：倾角一般为60º~70º。过水断面大，易于清污，适用于洞式、岸墙式。(2)平面直立：适用塔式、坝式、河床式。(3)多边形：增大过水面积，结构复杂，适用坝式进水口。3．结构：支承结构：一般金属框架或钢筋混凝土结构；栅片结构：由若干栅片组成，栅片放在支承结构的栅槽中。经常提放（修理、清污)；尺寸为：4.5×2.5m(高×宽)高高耸立在坝前的拦污栅墩焊接不超过不超过隔板栅条（扁钢)边框（角钢或槽钢焊成）拦污栅栅条断面型式4．清污及防冻：拦污栅被污物堵塞时水头损失就会很大，所以要及时清污，小型倾斜拦污栅可用齿耙扒掉拦污栅上的污物；大中型水电站常用清污机（课本图）。长江水电葛洲坝分公司突击清漂确保葛洲坝枢纽运行安全在严寒地区要防止拦污栅封冻，如冬季仍能保证全部栅条完全埋在水下，则水面形成冰盖后，下层水温高于0°，栅面不会结冰。如栅条露出水面则要设法防止栅面结冰。方法一:在栅面上通50V以下电流，使栅条发热。方法二:将压缩空气用管道通到拦污栅上游面的底部，将下层的温水带至栅面，防止栅面结冰。二、闸门及启闭设备为了控制水流，进水口必须设置闸门。闸门可分为事故闸门和检修闸门。1.工作闸门(事故闸门)位置：检修闸门之后作用：紧急情况下切断水流，以防事故扩大。运行要求：动水中快速(1~2min)关闭，静水中开启。布置方式：一般为平板门。一口、一门、一机(固定式卷扬起闭机)，以便随时操作。闸门操作应尽可能自动化，并能吊出检修，可远程操作。2.检修闸门位置：工作闸门之前作用：设在工作闸门上游侧，检修事故闸门及其门槽时用以堵水。运行要求：静水中启闭。布置方式：平板闸门，几个进水口共用一套检修闸门，启闭可用移动式或临时启闭设备，平时检修闸门存放在储门室内。三、通气孔及充水阀1．通气孔位置：有压进水口的事故闸门之后作用：是当引水道充水时用以排气，当事故闸门紧急关闭放空引水道时，用以补气以防出现有害真空。闸门井通气孔后止水前止水2．充水阀作用：开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便在静水中开启闸门，从而减小闸门启门力。尺寸：根据充水容积、下游漏水量及要求的充水时间来确定。位置：1)设置在坝内廊道。坝式进口设旁通管，管的上游通至上游坝面，下游至事故闸门之后，旁通管穿过坝体廊道，并在廊道内设充水阀。2)设置在平板门上。利用闸门拉杆启闭。闸门关闭时，在拉杆及充水阀重量的共同作用下，充水阀关闭；开启闸门前，先将拉杆吊起20cm左右，这时充水阀开启(闸门门体未提起)，开始向引水道充水，充水完毕，再提起闸门。第五节无压进水口及沉沙池一、无压进水口1．特征、适用条件、作用特征：无压进水口内水流为明流，以引表层水为主。进水口后一般接无压引水道。适用：无压进水口适用于无压引水式电站。作用：控制水量与水质，并保证使发电所需水量以尽可能小的水头损失进入渠道。2．进水口位置无压进水口上游无大水库，河中流速较大(尤其是洪水期)，泥沙、污物等可顺流而下直抵进水口前。平面上的回流作用常使漂浮物堆积于凸岸，剖面上的环流作用则将底层泥沙带向凸岸，而使上层清水流向凹岸。因此，进水口应布置在河流弯曲段凹岸，以避免漂浮物、防止泥沙淤积以便于引进上层清水。二、沉沙池对于多泥沙河流，为避免大颗粒泥沙进入水轮机，通常在无压进水口后修建沉沙池。沉沙池布置工程实例之一：无压双层进水口工程实例之二：某引水式水电站的首部枢纽