第十一章水電站進(jìn)水口3概要

1、第十一章 水電站進(jìn)水口第四節(jié) 有壓進(jìn)水口的主要設(shè)備有壓進(jìn)水口應(yīng)根據(jù)運(yùn)用條件設(shè)置攔污設(shè)備、閘門及啟閉設(shè)備、通氣孔以及充水閥等主要 設(shè)備。一、攔污設(shè)備 攔污設(shè)備的功用是防止漂木、樹枝、樹葉、雜草、垃圾、浮冰等漂浮物隨水流帶人進(jìn)水 口，同時(shí)不讓這些漂浮物堵塞進(jìn)水口，影響進(jìn)水能力。主要的攔污設(shè)備是進(jìn)口處的攔污柵。 許多河流洪水期漂浮物驟增，進(jìn)口處的攔污柵極易堵塞，清污不及，就可能使水電站被迫減 小出力甚至停機(jī)，壓壞攔污柵的事例也曾發(fā)生。為了減輕對(duì)進(jìn)口攔污柵的壓力，有時(shí)在離進(jìn) 水口幾十米之外加設(shè)一道粗柵或攔污浮排，攔截粗大的漂浮物，并將其引向溢流壩，渲泄至 下游。（一）攔污柵的布置及支承結(jié)構(gòu) 攔污柵的立

2、面布置可以是傾斜的或垂直的。洞式及墻式進(jìn)水口的攔污柵常布置為傾斜的， 傾角為 60°-70°左右，見圖 11-1 及圖 11-2, 其優(yōu)點(diǎn)是過水?dāng)嗝娲螅乙子谇逦?。塔式進(jìn)水口 的攔污柵可布置為傾斜的或垂直的，取決于進(jìn)水口的結(jié)構(gòu)形狀。壩式進(jìn)水口的攔污柵一般為 垂直的。攔污柵的平面形狀可以是平面的或多邊形的。前者便于清污，后者可增大攔污柵處的過 水?dāng)嗝?。洞式及墻式進(jìn)水口一般采用平面攔污柵，見圖 11-1 和圖 11-2 ，塔式及壩式進(jìn)水口 則兩種均可能采用。 壩式進(jìn)水口采用平面攔污柵的情況可見圖11-2 ，該電站所有進(jìn)水口共用一個(gè)整體的平面攔污柵，充分利用了進(jìn)水口之間的空間來增

3、大過水?dāng)嗝妫Y(jié)構(gòu)簡單又便于機(jī) 械清污。壩式進(jìn)水口采用多邊形攔污柵的情況見圖 11-4 。攔污柵的總面積常按電站的引用流量及擬定的過柵流速反算得出。過柵流速是指扣除墩 （柱） 、橫梁及柵條等各種阻水?dāng)嗝婧蟀磧裘娣e算出的流速。 攔污柵總面積小則過柵流速大， 水頭損失大，漂浮物對(duì)攔污柵的撞擊力大，清污亦困難；攔污柵面積大，則會(huì)增加造價(jià)，甚 至布置困難。為便于清污，過柵流速以不超過 1.Om/s 為宜。當(dāng)河流污物很少或經(jīng)粗柵、攔 污浮排等措施后，攔污柵前污物很少，而水電站引用流量較大時(shí)，過柵流速可適當(dāng)加大。攔污柵通常由鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)支承，見圖 11-1 及圖 11-4 。攔污柵框架由墩（柱）及 橫

4、梁組成，墩（柱）側(cè)面留槽，攔污柵片插在槽內(nèi)，上、下兩端分別支承在兩根橫梁上，承受水壓時(shí)相當(dāng)于簡支梁。橫梁的間距一般不大于4m，間距過大會(huì)加大柵片的橫斷面，但過小會(huì)減小凈過水?dāng)嗝妫黾铀^損失。多邊形攔污柵離壓力管道進(jìn)口不能太近，以保證人流 平順。攔污柵框架頂部應(yīng)高出需要清污時(shí)的相應(yīng)水庫水位。（二）攔污柵柵片攔污柵由若千塊柵片組成，每塊柵片的寬度一般不超過2.5m，高度不超過4m,柵片像閘門一樣插在支承結(jié)構(gòu)的柵槽中，必要時(shí)可一片片提起檢修。柵片的結(jié)構(gòu)如圖11-6所示。其矩形邊框由角鋼或槽鋼焊成，縱向的柵條常用扁鋼制成，上下兩端焊在邊框上。沿柵條的 長度方向，等距設(shè)置幾道帶有槽口的橫隔板，柵條背水

5、的一邊嵌人該槽口并加焊，不僅固定 了位置，也增加了側(cè)向穩(wěn)定性。柵片頂部設(shè)有吊環(huán)。圖11-6柵片結(jié)構(gòu)示例柵條的厚度及寬度由強(qiáng)度計(jì)算決定，通常厚8-12mm，寬100-200mm。柵條的凈距b取決于水輪機(jī)的型號(hào)及尺寸，以保證通過攔污柵的污物不會(huì)卡在水輪機(jī)過流部件中為原則。該值一般由水輪機(jī)制造廠提供， 或?qū)τ诨炝魇剿啓C(jī)，取b- /30,軸流式水輪機(jī)，取b- /20, 其中 為轉(zhuǎn)輪直徑，對(duì)沖擊式水輪機(jī)，b d/5,其中d為噴嘴直徑；但最大凈距不宜超過 20cm , 最小凈距不宜小于 5cm。柵條的截面形狀直接影響水流通過攔污柵時(shí)的水頭損失。（三）攔污柵的清污及防凍攔污柵是否被污物堵塞及其堵塞程度可通

6、過觀察柵前柵后的壓力差來判斷，這是因?yàn)檎Ｇ闆r下水流通過攔污柵的水頭損失很小，被污物堵塞后則明顯增大。發(fā)現(xiàn)攔污柵被堵時(shí)，要及時(shí)清污，以免造成額外的水頭損失。堵塞不嚴(yán)重時(shí)清污方便，堵塞過多則過柵流速大，水頭損失加大，污物被水壓力緊壓在柵條上，清污困難，處理不當(dāng)時(shí)會(huì)造成停機(jī)或壓壞攔污 柵的事故。攔污柵的清污方法隨清污設(shè)施及污物種類不同而異。人工清污是用齒耙扒掉攔污柵上的污物，一般用于小型水電站的淺水、傾斜攔污柵。大中型水電站常用清污機(jī)，如圖11-6所示。若污物中的樹枝較多，不易扒除時(shí)，可利用倒沖的方法使其脫離攔污柵，如引水系統(tǒng)中 有調(diào)壓井或前池，則可先加大水電站出力，然后突棄負(fù)荷，造成引水道內(nèi)短時(shí)

7、間反向水流， 將污物自攔污柵上沖下，再將其扒走。攔污柵吊起清污方法可用于污物不多的河流，結(jié)合攔 污柵檢修進(jìn)行，也用于污物（尤其是漂浮的樹枝）較多、清污困難的情況。對(duì)于后一種情況， 可設(shè)兩道攔污柵，一道吊出清污時(shí)，另一道可以攔污，以保證水電站正常運(yùn)行，如四川映秀 灣水電站。圖11-7清污機(jī)在嚴(yán)寒地區(qū)要防止攔污柵封凍，如冬季仍能保證全部柵條完全埋在水下，則水面形成冰 蓋后、下層水溫高于 0C,柵面不會(huì)結(jié)冰。如柵條露出水面，則要設(shè)法防止柵面結(jié)冰。一種 方法是在柵面上通過 50V以下電流，形成回路，使柵條發(fā)熱。另一種方法是將壓縮空氣用管 道通到攔污柵上游面的底部，從均勻布置的噴嘴中噴出，形成自下向上的

8、夾氣水流，將下層 溫水帶至柵面，并增加水流紊動(dòng)，防止柵面結(jié)冰。這時(shí)要相應(yīng)減少水電站引用流量以免吸入 大量氣泡。在特別寒冷的地區(qū)，有時(shí)采用室內(nèi)進(jìn)水口（包括攔污柵），以便保溫。（四）攔污柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理攔污柵及其支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載有：水壓力，清污機(jī)壓力，漂浮物（漂木及浮冰等）的 沖擊力，清污機(jī)自重，攔污柵及支承結(jié)構(gòu)自重等。攔污柵設(shè)計(jì)水壓力指的是攔污柵可能堵塞 情況下的柵前柵后壓力差，一般可取為2-4m均勻水壓力。有可能嚴(yán)重堵塞時(shí)，設(shè)計(jì)水壓力要相應(yīng)加大。攔污柵柵片上下兩端支承在橫梁上，柵條相當(dāng)于簡支梁，設(shè)計(jì)荷載確定后不難算出所需 要的截面尺寸。柵片的荷載傳給上下兩根橫梁，橫梁受勻布力。橫梁、柱墩等按框

9、架結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)。、閘門及啟閉設(shè)備進(jìn)水口通常設(shè)兩道閘門，即事故閘門及檢修閘門。當(dāng)隧洞較短或調(diào)壓室處另設(shè)有事故閘 門時(shí)，可只設(shè)一道檢修閘門。事故閘門僅在全開或全關(guān)的情況下工作，不用于流量調(diào)節(jié)，其 主要功用是，當(dāng)機(jī)組或引水道內(nèi)發(fā)生事故時(shí)迅速切斷水流，以防事故擴(kuò)大。此外，引水道檢 修期間， 也用以封堵水流。 事故閘門常懸掛于孔口上方， 以便事故時(shí)能在動(dòng)水中快速 (1-2min) 關(guān)閉。閘門開啟為靜水開啟，即先用充水閥向門后充水，待門前后水壓基本平衡后才開啟閘 門。事實(shí)上，閘門前后常因引水道末端的閥門或水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水產(chǎn)生一定壓差，故事故閘門 應(yīng)能在 3-5m 水壓差下開啟。事故閘門一般為平面門，因其占據(jù)空

10、間小，布置上較為方便， 但也有采用弧形門的。周邊進(jìn)水的塔式進(jìn)水口則常采用圓筒閘門。每套閘門配備一套固定的 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)或油壓啟閉機(jī)， 以便隨時(shí)操作。 閘門啟閉機(jī)應(yīng)有就地操作和遠(yuǎn)方操作兩套系統(tǒng)， 并配有可靠電源。閘門應(yīng)能吊出進(jìn)行檢修。檢修閘門設(shè)在事故閘門之前，在檢修事故閘門及其門槽時(shí)用以堵水。一般采用靜水啟閉 的平板門，中小型電站上也可采用迭梁。幾個(gè)進(jìn)水口可合用一扇檢修門。幾個(gè)進(jìn)水口合用一 臺(tái)移動(dòng)式的啟閉機(jī)(如壩頂門機(jī))，或采用臨時(shí)啟閉設(shè)備均可。三、通氣孔及充水閥 通氣孔設(shè)在事故閘門之后，其功用是，當(dāng)引水道充水時(shí)用以排氣，當(dāng)事故閘門關(guān)閉放空 引水道時(shí)，用以補(bǔ)氣以防出現(xiàn)有害的真空。當(dāng)閘門為前止水時(shí)

11、，常利用閘門井兼作通氣孔， 如圖 11-1 所示。當(dāng)閘門為后止水時(shí)，則必須設(shè)專用的通氣孔，如圖 11-4 所示。通氣孔中常 設(shè)爬梯，兼作進(jìn)人孔。通氣孔的面積常按最大進(jìn)氣流量除以允許進(jìn)氣流速得出。最大進(jìn)氣流量出現(xiàn)在事故閘門 緊急關(guān)閉時(shí)，可近似認(rèn)為等于進(jìn)水口的最大引用流量。允許進(jìn)氣流速與引水道形式有關(guān)，對(duì) 于露天鋼管可取 30-50m/s ，壩內(nèi)鋼管及隧洞可取 70-80m/s ，或更高。通氣孔頂端應(yīng)高出上 游最高水位，以防水流溢出。要采取適當(dāng)措施，防止通氣孔因冰凍堵塞，防止大量進(jìn)氣時(shí)危 害運(yùn)行人員或吸人周圍物件。充水閥的作用是開啟閘門前向引水道充水，平衡閘門前后水壓，以便靜水開啟閘門。充 水閥的尺寸應(yīng)根據(jù)充水容積、下游漏水量及要求充滿的時(shí)間等來確定。充水閥可安裝在專門 設(shè)置的連通閘門前后水道的旁通管上，但較常見的是直接在平板閘門上設(shè) “小門 ”，利用閘門 拉桿啟閉。閘門關(guān)閉時(shí)，拉桿及充水閥重量同時(shí)關(guān)閉充水閥，提升拉桿而閘門本體尚未提起 時(shí)即可先行開啟充水閥。過去一些工程常不設(shè)充水閥而采用