水電站的進(jìn)水建筑物PPT課件

1、第一節(jié) 進(jìn)水口的功用和要求一、功用：是水電站水流的進(jìn)口，按照發(fā)電要求將水引入水電站的引水道。第1頁(yè)/共63頁(yè)二、基本要求要有足夠的進(jìn)水能力。合理安排其位置和高程，水流平順并有足夠的斷面尺寸。水質(zhì)要符合要求。要設(shè)置攔污、防冰、攔沙、沉沙及沖沙設(shè)備。水頭損失小。位置合理，輪廓平順、流速較小，盡可能減小水頭損失?？煽刂屏髁俊＿M(jìn)水口須設(shè)置閘門。滿足水工建筑物的一般要求。第2頁(yè)/共63頁(yè)三、分類(按水流條件分)無(wú)壓：類似于水閘，水流為明流，引取表層水，適用于無(wú)壓引水式電站。有壓：進(jìn)水口在最低水位以下，水流為有壓流，以引深層水為主。適用于壩式、有壓引水式、混合式水電站。第3頁(yè)/共63頁(yè)第二節(jié) 有壓進(jìn)水口的

2、類型和適用條件隧洞式進(jìn)水口墻式進(jìn)水口塔式進(jìn)水口壩式進(jìn)水口第4頁(yè)/共63頁(yè)一、隧洞式進(jìn)水口 特征：在隧洞進(jìn)口附近的巖體中開挖豎井，井壁一般要進(jìn)行襯砌，閘門安置在豎井中，豎井的頂部布置啟閉機(jī)及操縱室，漸變段之后接隧洞洞身。 適用：工程地質(zhì)條件較好，巖體比較完整，山坡坡度適宜，易于開挖平洞和豎井的情況。第5頁(yè)/共63頁(yè)第6頁(yè)/共63頁(yè)二、墻式進(jìn)水口特征： 進(jìn)口段、閘門段和閘門豎井均布置在山體之外，形成一個(gè)緊靠在山巖上的單獨(dú)墻式建筑物，承受水壓及山巖壓力。要有足夠的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。適用： 地質(zhì)條件差，山坡較陡，不易挖井的情況。 第7頁(yè)/共63頁(yè)第8頁(yè)/共63頁(yè)大盈江進(jìn)水口第9頁(yè)/共63頁(yè)三、塔式進(jìn)水口

3、特征：進(jìn)口段、閘門段及其一部框架形成一個(gè)塔式結(jié)構(gòu)，聳立在水庫(kù)中，塔頂設(shè)操縱平臺(tái)和啟閉機(jī)室，用工作橋與岸邊或壩頂相連。塔式進(jìn)水口可一邊或四周進(jìn)水。 適用：當(dāng)?shù)夭牧蠅巍⑦M(jìn)口處山巖較差、岸坡又比較平緩第10頁(yè)/共63頁(yè)第11頁(yè)/共63頁(yè)第12頁(yè)/共63頁(yè)四、壩式進(jìn)水口 特征：進(jìn)水口依附在壩體的上游面上，并與壩內(nèi)壓力管道連接。進(jìn)口段和閘門段常合二為一，布置緊湊。 適用：混凝土重力壩的壩后式廠房、壩內(nèi)式廠房和河床式廠房。第13頁(yè)/共63頁(yè)第14頁(yè)/共63頁(yè)第四節(jié) 有壓進(jìn)水口的位置、高程及尺寸 一、位置 原則：水流平順、對(duì)稱，不發(fā)生回流和漩渦，不出現(xiàn)淤積，不聚集污物，泄洪時(shí)仍能正常進(jìn)水。進(jìn)水口后接壓力隧洞

4、，應(yīng)與洞線布置協(xié)調(diào)一致，要選擇地形、地質(zhì)及水流條件均較好的位置。第15頁(yè)/共63頁(yè)二、高程1.頂部高程：進(jìn)水口頂部高程應(yīng)低于最低死水位，并有一定的埋深：2.底部高程：進(jìn)水口的底部高程通常在水庫(kù)設(shè)計(jì)淤沙高程以上0.51.0m，當(dāng)設(shè)有沖沙設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)排沙情況而定。dcvscr第16頁(yè)/共63頁(yè)三、輪廓尺寸 組成：一般由進(jìn)口段、閘門段、漸變段組成。 進(jìn)水口的輪廓應(yīng)使水流平順，流速變化均勻，水流與四周側(cè)壁之間無(wú)負(fù)壓及渦流。 應(yīng)根據(jù)運(yùn)行水頭和設(shè)計(jì)流量，考慮孔口流速、閘門尺寸系列和啟閉機(jī)容量選定，進(jìn)水口孔口尺寸。 進(jìn)口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右。 有壓引水道的進(jìn)水口，其孔口面積一般不宜小于

5、后接引水道的面積。第17頁(yè)/共63頁(yè)1、進(jìn)口段 作用是連接攔污柵與閘門段。 隧洞進(jìn)口段為平底，兩側(cè)收縮曲線為四分之一圓弧或雙曲線，上唇收縮曲線一般為四分之一橢圓。 進(jìn)口段長(zhǎng)度沒有一定標(biāo)準(zhǔn)，在滿足工程結(jié)構(gòu)布置與水流順暢的條件下，盡可能緊湊。第18頁(yè)/共63頁(yè)2、閘門段 閘門段是進(jìn)口段和漸變段的連接段，閘門及啟閉設(shè)備在此段布置。 閘門段一般為矩形，事故閘門凈過水面積為(1.11.25)洞面積；檢修閘門孔口與此相等或稍大。 門寬B 等于洞徑D，門高略大于洞徑D。第19頁(yè)/共63頁(yè)3、漸變段 矩形閘門段到圓形隧洞的過渡段。 通常采用圓角過渡，圓角半徑r可按直線規(guī)律變?yōu)樗矶窗霃絉 ； 漸變段的長(zhǎng)度：一般

6、為隧洞直徑的1.52.0倍；側(cè)面收縮角為68為宜，一般不超過10。第20頁(yè)/共63頁(yè)第五節(jié) 有壓進(jìn)水口的主要設(shè)備一、攔污設(shè)備1.作用：防止有害污物、漂浮物等進(jìn)入進(jìn)水口，影響過水能力。2.布置：平面傾斜：傾角一般為60-70。過水?dāng)嗝娲?，易于清污，適用于洞式、岸墻式。平面直立：適用塔式、壩式。多邊形：適用壩式水口。第21頁(yè)/共63頁(yè)攔污柵圖片第22頁(yè)/共63頁(yè)攔污柵圖片第23頁(yè)/共63頁(yè)移動(dòng)式清淤機(jī)移動(dòng)式清淤機(jī)攔污柵清污機(jī)攔污柵清污機(jī)回轉(zhuǎn)式清淤機(jī)回轉(zhuǎn)式清淤機(jī)VR6型攔污柵清污機(jī)型攔污柵清污機(jī)第24頁(yè)/共63頁(yè)清污機(jī)第25頁(yè)/共63頁(yè)3.結(jié)構(gòu)支承結(jié)構(gòu)：一般金屬框架或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；柵片結(jié)構(gòu)：由若干

7、柵片組成，柵片放在支承結(jié)構(gòu)的柵槽中。尺寸為4.52.5m(高寬)4.清污及防凍定期清污（人工、機(jī)械）注：攔污柵框架頂部應(yīng)高出需要清污時(shí)的相應(yīng)水庫(kù)水位第26頁(yè)/共63頁(yè)5.設(shè)計(jì)(1) 過柵流速：v1m/s(2) 柵條間距b：根據(jù)水輪機(jī)的型式確定。 HL：b=D1/30 ZL: b=D1/20 CJ: b=d/5(3) 攔污柵與進(jìn)水口之間的距離不小于D（洞徑或管道直徑）(4) 設(shè)計(jì)荷載：按45m水頭的水壓力設(shè)計(jì)。超過45m時(shí)，自動(dòng)停機(jī)。第27頁(yè)/共63頁(yè)二、閘門及啟閉設(shè)備1.工作閘門(事故閘門)(emergency gate)作用：緊急情況下切斷水流，以防事故擴(kuò)大。運(yùn)用要求：動(dòng)水中快速(12min

8、)關(guān)閉，靜水中開啟。布置方式：一般為平板門。一口、一門、一機(jī)(固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī))，以便隨時(shí)操作。第28頁(yè)/共63頁(yè)2.檢修閘門(bulkhead gate)：作用：設(shè)在工作閘門上游側(cè)，檢修事故閘門和及其門槽時(shí)用以堵水。運(yùn)用要求：靜水中啟閉。布置方式：平板閘門，幾個(gè)進(jìn)水口共用一套檢修閘門，啟閉可用移動(dòng)式或臨時(shí)啟閉設(shè)備，平時(shí)檢修閘門存放在儲(chǔ)門室內(nèi)。第29頁(yè)/共63頁(yè)三、通氣孔及充水閥1.通氣孔(air hole)位置：有壓進(jìn)水口的事故閘門之后作用：引水道充水時(shí)用以排氣，事故閘門緊急關(guān)閉放空引水道時(shí)，用以補(bǔ)氣以防出現(xiàn)有害真空。面積=最大進(jìn)氣流量/允許進(jìn)氣流速Va露天式管道進(jìn)水口，Va一般取3050m/

9、s，壩內(nèi)管道和隧洞：Va取7080m/s。規(guī)范：通氣孔面積可取管道面積的5%左右。第30頁(yè)/共63頁(yè)2.充水閥(filling valve)作用：開啟閘門前向引水道充水，平衡閘門前后水壓，以便在靜水中開啟閘門，從而減小啟門力。尺寸：根據(jù)充水容積、下游漏水量及要求的充水時(shí)間來(lái)確定。位置：設(shè)置在壩內(nèi)廊道。壩式進(jìn)口設(shè)旁通管，管的上游通至上游壩面，下游至事故閘門之后，旁通管穿過壩體廊道，并在廊道內(nèi)設(shè)充水閥。設(shè)置在平板門上。第31頁(yè)/共63頁(yè)第六節(jié) 無(wú)壓進(jìn)水口及沉沙池 一、無(wú)壓進(jìn)水口第32頁(yè)/共63頁(yè)1.特征、適用條件、作用特征：無(wú)壓進(jìn)水口內(nèi)水流為明流，以引表層水為主。進(jìn)水口后一般接無(wú)壓引水道。適用：適

10、用于無(wú)壓引水式電站。作用：控制水量與水質(zhì)，并保證使發(fā)電所需水量以盡可能小的水頭損失進(jìn)入渠道。第33頁(yè)/共63頁(yè)2.位置宜選在“穩(wěn)定河段”上，并靠近主槽布置，不應(yīng)布置在河床過寬、主流分散的河段上。若以防沙為主，其位置宜選在彎曲河段的凹岸，最有利的位置為彎道頂點(diǎn)的下游附近，若以防污或防冰為主宜，選在直河段。不應(yīng)在含有大量推移質(zhì)的支流或山溝的匯口附近設(shè)置進(jìn)水口。應(yīng)避開容易聚積污物的回流區(qū)，并應(yīng)避免流冰或漂木的直接撞擊。 第34頁(yè)/共63頁(yè)3.攔污設(shè)施一般均設(shè)攔污柵或浮排以攔截漂浮物。防污要求見第二節(jié)。4.攔沙、沉沙、沖沙設(shè)施無(wú)壓進(jìn)水口的防沙問題比較突出，在選擇樞紐位置、進(jìn)行總體布置、設(shè)置泄洪建筑物和

11、擬定水庫(kù)運(yùn)行方式時(shí)，都應(yīng)把防沙問題放在重要地位予以考慮。第35頁(yè)/共63頁(yè)二、沉沙池(Sand basin) 第36頁(yè)/共63頁(yè)沉沙池布置第37頁(yè)/共63頁(yè)沉沙池布置第38頁(yè)/共63頁(yè)2、沉沙池的類型 按用途可以分為水利工程沉沙池和水電工程沉沙池；按運(yùn)行方式可分為水力沖洗式和非沖洗式沉沙池。 水力沖洗式沉沙池。水電站的沉沙池多采用連續(xù)沖洗式，水利工程沉沙池多采用定期沖洗式。 連續(xù)沖洗式：將沉降下來(lái)的泥沙連續(xù)不斷地排入下游河道?？刹贾脼閱问沂交蚨嗍沂?。其構(gòu)造比較復(fù)雜，但運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，可連續(xù)供水。一般用來(lái)處理粗粒徑泥沙。 定期沖洗式：當(dāng)淤積到一定厚度時(shí)，需要停止引水，排除泥沙，不能連續(xù)供水。 非沖

12、洗式沉沙池。多在水利工程中應(yīng)用。第39頁(yè)/共63頁(yè)3 3、連續(xù)沖洗式沉沙池的布置組成：引渠、上游連接段、工作段、下游連接段、旁側(cè)溢流堰、排沙廊道系統(tǒng)。第40頁(yè)/共63頁(yè)引渠。要滿足設(shè)計(jì)流量范圍內(nèi)不同設(shè)計(jì)含沙量的正常輸水要求，防止小流量引水時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重淤積。沿引渠可設(shè)置沖沙、泄水設(shè)施。其深度和寬度均小于沉沙池工作段的尺寸。上游連接段。作用：使水流均勻擴(kuò)散，平穩(wěn)地進(jìn)入池室工作段，并最大限度地減少泥沙在連接段沉降。設(shè)置有進(jìn)水閘、配水、整流、攔污等設(shè)施。為了使水流均勻地?cái)U(kuò)散，其平面布置常采用對(duì)稱擴(kuò)散型式，單側(cè)擴(kuò)散角不易大于812。如果采用非對(duì)稱擴(kuò)散，兩側(cè)擴(kuò)散角之和宜小于1624 。為了防止淤堵，該段應(yīng)設(shè)

13、置沖沙廊道。第41頁(yè)/共63頁(yè) 工作段。其主要作用是沉降泥沙，并由池底主廊道、支廊道連續(xù)沖洗。工作段的結(jié)構(gòu)。沖沙系統(tǒng)由若干條支廊道和主廊道組成。支廊道順?biāo)鞣较虿贾糜诔氐椎倪M(jìn)沙孔下，并分別匯入主廊道。沉沙池工作段內(nèi)可根據(jù)池室布置，設(shè)置多個(gè)沖沙系統(tǒng)。廊道系統(tǒng)中的泥沙，利用工作段的水頭沖洗?？梢苑殖啥喽畏謩e沉降和沖洗。第42頁(yè)/共63頁(yè)下游連接段。 主要作用是使出池水流能順暢地進(jìn)入下游輸水道。 由于下游輸水道斷面小，下游連接段宜采用逐漸收縮的漸變斷面。收縮角一般按水流收縮角確定。 連續(xù)沖洗式沉沙池的沖沙廊道一旦堵塞，可使用下游連接段內(nèi)的事故沖沙閘沖洗。因此，在該段內(nèi)應(yīng)設(shè)置事故沖沙閘作為備用沖沙設(shè)施

14、。第43頁(yè)/共63頁(yè)旁側(cè)溢流堰 作用是在進(jìn)水口閘門操作不當(dāng)或機(jī)組丟棄負(fù)荷時(shí)，宣泄進(jìn)入沉沙池超過設(shè)計(jì)流量的水量，或防止沉沙池出現(xiàn)雍水情況。 可設(shè)置在沉沙池工作段、引渠或輸水道的適當(dāng)部位。 堰頂寬度及高程應(yīng)根據(jù)宣泄流量按堰流公式確定，但堰頂宜略高于正常水位，一般高于正常水位5cm以上。第44頁(yè)/共63頁(yè)沖沙廊道 其頂部為帶孔的水平蓋板或底柵，將池室內(nèi)水流(流速小)與沖沙廊道內(nèi)的水流(流速大)分開。 沖沙廊道內(nèi)的流量是逐漸增加的，其橫斷面應(yīng)相應(yīng)增大，使沖沙廊道的流速大致為常數(shù)。 沖沙廊道的進(jìn)水最好設(shè)計(jì)成斜向的，以便造成橫向環(huán)流，提高輸沙能力。 當(dāng)采用正面進(jìn)水時(shí)，可在沖沙廊道的側(cè)墻及底部設(shè)置斜向的條齒

15、，可大大增加輸沙能力。第45頁(yè)/共63頁(yè)1-帶孔蓋板；帶孔蓋板；2-廊道廊道沖沙廊道結(jié)構(gòu)沖沙廊道結(jié)構(gòu)第46頁(yè)/共63頁(yè)1.污物問題 2.泥沙問題 3.氣錘問題 4.漩渦問題 5.冰凍問題 第七節(jié) 進(jìn)水口運(yùn)行中存在的問題第47頁(yè)/共63頁(yè)1、污物問題 污物(impurity，trash)帶來(lái)的問題主要是堵塞攔污柵，這是我國(guó)水電站進(jìn)水口運(yùn)行中最為普遍的問題。 約有半數(shù)以上的進(jìn)水口曾發(fā)生不程度的攔污柵堵塞。輕者，堵塞會(huì)加大攔污柵的水頭損失，減少進(jìn)水口的引進(jìn)流量，嚴(yán)重者會(huì)造成柵條變形或被壓斷，攔污柵最大壓差高達(dá)1112米。第48頁(yè)/共63頁(yè) 鹽鍋峽水電站：汛期有大量雜物被帶到壩前，年總量在3000m3

16、以上。進(jìn)水口迎水流布置，無(wú)任何額外防護(hù)設(shè)施。1964年汛期，洪峰大、污物多，停機(jī)清污十分頻繁，35天就要清污一次。8月12日，污物來(lái)勢(shì)兇猛，來(lái)不及清理，先是堵塞攔污柵，接著泥沙受阻淤積，致使柵體壓差達(dá)到近7米，最終將攔污柵壓垮，被迫停機(jī)600多小時(shí)，折合損失240萬(wàn)元。1966年1967年兩年內(nèi)因停機(jī)清污所造成的損失達(dá)到1569萬(wàn)元。 黃壇口水電站由于地形條件不好，在進(jìn)水口前形成大面積回流區(qū)，并出現(xiàn)漏斗漩渦。洪水季節(jié)有大量污物堆積，厚度近1米，漂浮物一旦被吸入漩渦，就會(huì)被附著在攔污柵上。1961年由于攔污柵堵塞使電站出力降低4000kW，攔污柵壓差達(dá)到5.4米，最終導(dǎo)致攔污柵壓壞脫落，被迫停機(jī)

17、。第49頁(yè)/共63頁(yè) 電站進(jìn)水口堵塞和攔污柵被壓垮的原因：進(jìn)水口位置選擇不當(dāng)，有的頂沖主流，有的位于聚集污物的回流區(qū)，同時(shí)缺乏攔導(dǎo)污物的設(shè)施。對(duì)河流漂浮物的漂移規(guī)律、種類、及其數(shù)量等特征調(diào)查研究不夠，防污設(shè)計(jì)一般化，缺乏專門的防污設(shè)施。缺乏與污物種類和來(lái)量相適應(yīng)的清污設(shè)備。多數(shù)攔污柵沒有裝置監(jiān)測(cè)壓差的設(shè)施，沒有建立正常的清污制度，貽誤了時(shí)機(jī)。早期設(shè)計(jì)的攔污柵，對(duì)污物堵塞情況認(rèn)識(shí)不足，壓差荷載假定偏小，柵條強(qiáng)度不夠。第50頁(yè)/共63頁(yè)2、泥沙問題 從已建水電站的運(yùn)行情況來(lái)看，不論是低壩還是高壩進(jìn)水口，凡是沒有防沙設(shè)施或防沙措施不力的，都不同程度地存在著泥沙(sediment)問題，如進(jìn)水口淤積、

18、過水部件磨損、廠房管路堵塞等。 即使是深孔式進(jìn)水口，如果不采取有力的防沙措施，致使淤積高程高于進(jìn)水孔底板高程的情況也很常見。 隨著淤積的發(fā)展，進(jìn)入水輪機(jī)的泥沙逐漸增多，水輪機(jī)的磨損也日益加重。此外，廠房的管路堵塞還會(huì)造成廠房?jī)?nèi)的水力量測(cè)系統(tǒng)失靈，冷卻器失效，影響機(jī)組的正常運(yùn)行。第51頁(yè)/共63頁(yè) 鹽鍋峽水電站裝機(jī)8臺(tái)，為低壩式水電站。 該電站在運(yùn)行二三年后，淤積累計(jì)總量達(dá)到1.54億m3，占總庫(kù)容的71%，壩前淤積到進(jìn)水口底板高程。 在其設(shè)計(jì)中過高地估計(jì)了上游的水土保持效益，對(duì)庫(kù)區(qū)的淤積形態(tài)估計(jì)不足，并寄希望于上游的劉家峽水電站先建并攔截泥沙，因此造成了大量泥沙過機(jī)，水輪機(jī)嚴(yán)重磨損，使機(jī)組效率

19、降低25%，同時(shí)也降低了機(jī)械強(qiáng)度。 因此檢修次數(shù)增加、檢修時(shí)間加長(zhǎng)，檢修費(fèi)用加大。以4#機(jī)組為例，平均兩年大修一次，平均每次大修工期為56天。第52頁(yè)/共63頁(yè) 劉家峽水電站位于鹽鍋峽水電站的上游，具有高壩大庫(kù)，總庫(kù)容為57億m3。由于其上游含沙量很大的支流河的匯入，使泥沙不久即推移到壩前。設(shè)計(jì)中雖然吸取了鹽鍋峽的教訓(xùn)，左右岸均設(shè)置了排沙設(shè)施，但在實(shí)際運(yùn)行中，排沙設(shè)施只能拉走部分進(jìn)水口前的泥沙，1號(hào)和2號(hào)進(jìn)水的泥沙無(wú)法解決，因此水輪機(jī)磨損嚴(yán)重。1985年以前，機(jī)組大修間隔時(shí)間為2.56年，平均大修一次為66天。1985年以后，機(jī)組大修間隔時(shí)間為1.96年，平均大修一次所需時(shí)間增加到103天。由

20、于頻繁檢修，水輪機(jī)葉片不能恢復(fù)原狀，使機(jī)組效率下降。第53頁(yè)/共63頁(yè)原因分析：過高估計(jì)水土保持效益，以為泥沙將逐漸減少，設(shè)計(jì)中沒有采取防沙措施, 對(duì)泥沙問題估計(jì)不足。在防沙規(guī)劃思想上，寄希望于上游高壩大庫(kù)的建設(shè)，希望能攔截部分泥沙。但實(shí)際上即使上游有高壩大庫(kù)，攔沙總有一定年限，遲早還是要排沙。河流泥沙帳沒有算清。對(duì)泥沙來(lái)量和庫(kù)區(qū)淤積形態(tài)估計(jì)不足，致使防沙設(shè)施不完全，進(jìn)水口高程欠妥。進(jìn)水口位置選擇不當(dāng)，容易造成泥沙聚集。如澄碧河水電站建在山溝出口處，又未采取防沙措施，致使進(jìn)水口前泥沙淤積34米。第54頁(yè)/共63頁(yè)三、氣錘問題 氣錘(air drop hammer，jack hammer)，又稱

21、氣浪，是壓力水道中劇烈波動(dòng)的壓縮氣體由進(jìn)水口通道沖出而發(fā)出的噴水現(xiàn)象，噴出的水柱高達(dá)10多米，破壞力極大，影響電站的運(yùn)行。 在被調(diào)查的51座電站中，有21座電站不同程度地發(fā)生過氣錘噴水，有的接連發(fā)生。第55頁(yè)/共63頁(yè) 獅子灘水電站在低水位運(yùn)行時(shí)，隧洞內(nèi)一聲雷鳴般的巨響，水從進(jìn)水口的進(jìn)人孔噴出，水柱高達(dá)10米以上，將進(jìn)水口附近的鐵蓋板沖走。 鹽水溝水電站，運(yùn)行中閘門提得過快，洞內(nèi)水流從進(jìn)水口的通氣管噴出，射向閘門室，門窗被沖壞，門槽上鋼梁被掀起。 石泉水電站先后三次發(fā)生氣錘噴水，嚴(yán)重的一次，噴水射到下游110kV開關(guān)站，引起雙母線接地，造成重大的停電事故。第56頁(yè)/共63頁(yè) 發(fā)生氣錘的原因： 壓力水道中混入空氣。而空氣的混入一是因?yàn)檫M(jìn)水