7——水电站的进水建筑物

《水电站》2009年11月第二篇引水建筑物调压室水击与调节保证计算水电站压力管道水电站引水道建筑物水电站进水口建筑物第六章水电站进水口建筑物主要内容进水口的功用和要求进水口的防沙、防污和防冰有压进水口的类型及适用条件有压进水口的位置高程及尺寸有压进水口的主要设备无压进水口及沉沙池进水口运行中存在的问题第一节进水口的功用和要求一、功用：是水电站水流的进口，按照发电要求将水引入水电站的引水道。二、基本要求要有足够的进水能力。合理安排其位置和高程，水流平顺并有足够的断面尺寸。水质要符合要求。要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙设备。水头损失小。位置合理，轮廓平顺、流速较小，尽可能减小水头损失。可控制流量。进水口须设置闸门。满足水工建筑物的一般要求。三、分类(按水流条件分)无压：类似于水闸，水流为明流，引取表层水，适用于无压引水式电站。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、混合式水电站。第二节进水口的防沙、防污和防冰一、防沙所需的泥沙资料：推移质和悬移质的含量，颗粒硬度，容重及其运动规律。防沙设计应恰当估计治理泥沙来源措施的实效，充分考虑上下游梯级电站的相互影响，以及统筹规划水库防淤和进水口防沙问题。防沙措施有：导(将泥沙导离进水口)、拦(将泥沙阻拦在进水口前缘)、排(将进水口前的泥沙排往下游)、沉(将越过进水口的泥沙沉淀在沉沙池内)和冲(将沉沙池内的泥沙冲往下游)。开敞式和浅孔式进水口防沙问题比较突出，在选择枢纽位置、进行总体布置、设置泄洪建筑物和拟定水库运行方式时，都应把防沙问题放在重要地位予以考虑。深孔式进水口应根据水库地形、库区淤积形态和进水口底板高程等因素考虑排沙设施。如需设置排沙底孔时，其位置和高程的选定应使排沙漏斗足以控制进水口，以满足“门前清”的要求。枢纽排沙或冲沙是防沙的重要环节，所设排沙冲沙建筑物应具有足够的排沙和冲沙能力。多泥沙河流上的大型或重要工程最终选定的进水口防沙设施，应通过水工泥沙试验验证。二、防污所需的资料：污物的来源、种类、数量和漂移规律。多污物河流上的进水口，不宜正对携带污物的主流，并采取导污、排污和拦污等措施，制定有效的清污方法。拦污栅和清污平台的布置应便于清污机操作和污物的清理及运输，并有足够的场地用以临时堆放污物。工程完建和水库蓄水之前必须按有关规定认真进行库区清理以免蓄水后污物涌向进水口。梯级电站排污应考虑对下游电站进水口的影响。多污物河流上进水口的拦污栅上应装置监测压差的仪器，以掌握污物堵塞情况便于及时清理。在拟定水库运行方式时应考虑防污要求。三、防冰设计所需资料：冰期、流冰特征和流冰量、冰块大小和冰层厚度、类似条件下电站进水口的冬季运行资料。防止流冰对建筑物的破坏可采用下列措施：进水口布置应避开流冰的直接撞击；设置导冰和排冰设施；调整水库运行方式，限制流冰的产生。防止静冰压力的破坏可采用下列措施：调节水温，人工或机械破冰，使水面不结冰或使冰盖脱离进水口，以消除冰压力；利用隔板如泡沫板缓冲，以减小冰压力；加固建筑物结构使其足以抵抗冰压力。防止进水口及其设施的冻结可采用下列措施：调节水温，加热设备，建造暖房，设备如拦污栅没入不结冰的水下，定期启闭闸门。第三节有压进水口的类型和适用条件隧洞式进水口墙式进水口塔式进水口坝式进水口一、隧洞式进水口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。大盈江进水口三、塔式进水口特征：进口段、闸门段及其一部框架形成一个塔式结构，耸立在水库中，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、坝内式厂房和河床式厂房。无压进水口有压进水口坝上式河床式岸塔式竖井式岸坡式节制闸式单面取水式径向取水式开敞式浅孔式深孔式坝式岸式塔式按水流条件按结构特征进水口进水口完整分类说明：此分类表中的名称与教材中不完全一致。第四节有压进水口的位置、高程及尺寸一、位置原则：水流平顺、对称，不发生回流和漩涡，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，要选择地形、地质及水流条件均较好的位置。二、高程1.顶部高程：进水口顶部高程应低于最低死水位，并有一定的埋深：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。dcvscr三、轮廓尺寸组成：一般由进口段、闸门段、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。应根据运行水头和设计流量，考虑孔口流速、闸门尺寸系列和启闭机容量选定，进水口孔口尺寸。进口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右。有压引水道的进水口，其孔口面积一般不宜小于后接引水道的面积。1、进口段作用是连接拦污栅与闸门段。隧洞进口段为平底，两侧收缩曲线为四分之一圆弧或双曲线，上唇收缩曲线一般为四分之一椭圆。进口段长度没有一定标准，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等于洞径D，门高略大于洞径D。3、渐变段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°。第五节有压进水口的主要设备一、拦污设备(trashrack或trashscreen)1.作用：防止有害污物、漂浮物等进入进水口，影响过水能力。2.布置：①平面倾斜：倾角一般为60-70˚。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。③多边形：适用坝式水口。拦污栅图片拦污栅图片移动式清淤机拦污栅清污机回转式清淤机VR6型拦污栅清污机清污机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。尺寸为4.5×2.5m(高×宽)4.清污及防冻定期清污（人工、机械）注：拦污栅框架顶部应高出需要清污时的相应水库水位5.设计(1)过栅流速：v≯1m/s(2)栅条间距b：根据水轮机的型式确定。HL：b=D1/30ZL:b=D1/20CJ:b=d/5(3)拦污栅与进水口之间的距离不小于D（洞径或管道直径）(4)设计荷载：按4~5m水头的水压力设计。超过4~5m时，自动停机。二、闸门及启闭设备1.工作闸门(事故闸门)(emergencygate)作用：紧急情况下切断水流，以防事故扩大。运用要求：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(固定卷扬启闭机)，以便随时操作。2.检修闸门(bulkheadgate)：作用：设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和及其门槽时用以堵水。运用要求：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(airhole)位置：有压进水口的事故闸门之后作用：引水道充水时用以排气，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。面积=最大进气流量/允许进气流速Va露天式管道进水口，Va一般取30~50m/s，坝内管道和隧洞：Va取70~80m/s。规范：通气孔面积可取管道面积的5%左右。2.充水阀(fillingvalve)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：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。设置在平板门上。第六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：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.位置宜选在“稳定河段”上，并靠近主槽布置，不应布置在河床过宽、主流分散的河段上。若以防沙为主，其位置宜选在弯曲河段的凹岸，最有利的位置为弯道顶点的下游附近，若以防污或防冰为主宜，选在直河段。不应在含有大量推移质的支流或山沟的汇口附近设置进水口。应避开容易聚积污物的回流区，并应避免流冰或漂木的直接撞击。3.拦污设施一般均设拦污栅或浮排以拦截漂浮物。防污要求见第二节。4.拦沙、沉沙、冲沙设施无压进水口的防沙问题比较突出，在选择枢纽位置、进行总体布置、设置泄洪建筑物和拟定水库运行方式时，都应把防沙问题放在重要地位予以考虑。二、沉沙池(Sandbasin)沉沙池布置沉沙池布置2、沉沙池的类型按用途可以分为水利工程沉沙池和水电工程沉沙池；按运行方式可分为水力冲洗式和非冲洗式沉沙池。水力冲洗式沉沙池。水电站的沉沙池多采用连续冲洗式，水利工程沉沙池多采用定期冲洗式。连续冲洗式：将沉降下来的泥沙连续不断地排入下游河道。可布置为单室式或多室式。其构造比较复杂，但运行简单可靠，可连续供水。一般用来处理粗粒径泥沙。定期冲洗式：当淤积到一定厚度时，需要停止引水，排除泥沙，不能连续供水。非冲洗式沉沙池。多在水利工程中应用。3、连续冲洗式沉沙池的布置①组成：引渠、上游连接段、工作段、下游连接段、旁侧溢流堰、排沙廊道系统。②引渠。要满足设计流量范围内不同设计含沙量的正常输水要求，防止小流量引水时出现严重淤积。沿引渠可设置冲沙、泄水设施。其深度和宽度均小于沉沙池工作段的尺寸。③上游连接段。作用：使水流均匀扩散，平稳地进入池室工作段，并最大限度地减少泥沙在连接段沉降。设置有进水闸、配水、整流、拦污等设施。为了使水流均匀地扩散，其平面布置常采用对称扩散型式，单侧扩散角不易大于8~12˚。如果采用非对称扩散，两侧扩散角之和宜小于16~24˚。为了防止淤堵，该段应设置冲沙廊道。④工作段。其主要作用是沉降泥沙，并由池底主廊道、支廊道连续冲洗。工作段的结构。冲沙系统由若干条支廊道和主廊道组成。支廊道顺水流方向布置于池底的进沙孔下，并分别汇入主廊道。沉沙池工作段内可根据池室布置，设置多个冲沙系统。廊道系统中的泥沙，利用工作段的水头冲洗。可以分成多段分别沉降和冲洗。⑤下游连接段。主要作用是使出池水流能顺畅地进入下游输水道。由于下游输水道断面小，下游连接段宜采用逐渐收缩的渐变断面。收缩角一般按水流收缩角确定。连续冲洗式沉沙池的冲沙廊道一旦堵塞，可使用下游连接段内的事故冲沙闸冲洗。因此，在该段内应设置事故冲沙闸作为备用冲沙设施。⑥旁侧溢流堰作用是在进水口闸门操作不当或机组丢弃负荷时，宣泄进入沉沙池超过设计流量的水量，或防止沉沙池出现雍水情况。可设置在沉沙池工作段、引渠或输水道的适当部位。堰顶宽度及高程应根据宣泄流量按堰流公式确定，但堰顶宜略高于正常水位，一般高于正常水位5cm以上。⑦冲沙廊道其顶部为带孔的水平盖板或底栅，将池室内水流(流速小)与冲沙廊道内的水流(流速大)分开。冲沙廊道内的流量是逐渐增加的，其横断面应相应增大，使冲沙廊道的流速大致为常数。冲沙廊道的进水最好