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        引水式電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置設(shè)計(jì)與研究

        2017-09-07 01:33:42邢怡芳郭富權(quán)
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2017年18期

        邢怡芳 郭富權(quán)

        摘 要:引水式電站是一種較為常見的電站類型,其金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的布置具有一定的相似性和代表性,合理的布置設(shè)計(jì)對整個(gè)工程設(shè)計(jì)管理有著極其重要的意義。

        關(guān)鍵詞:引水式電站;金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備;布置形式

        中圖分類號:TV34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        1.概述

        引水式水電站是自河流坡降較陡、落差比較集中的河段,以及河灣或相鄰兩個(gè)河床高程相差較大的地方,利用引水道引水而與天然水面形成符合要求的水頭落差發(fā)電的水電站。引水式水電站的主要任務(wù)是發(fā)電,其裝機(jī)容量主要取決于水頭和流量的大小。由于山區(qū)河流的特點(diǎn)是流量不大,但天然河道的落差一般較大,因此, 引水式電站所需的發(fā)電水頭可通過修建引水明渠或引水隧洞來取得。引水式水電站可分為無壓引水式水電站和有壓引水式水電站,區(qū)別是引水道的形式:無壓引水式水電站的引水道為明渠、無壓隧洞、渡槽等;有壓引水式水電站的引水道一般多為壓力隧洞、壓力管道等。引水道的長度由幾公里至幾十公里不等。

        引水式電站的主要建筑物由泄水系統(tǒng)和引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物等組成。電站的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備由分布于這些建筑物處的攔污柵、閘門及其啟閉設(shè)備組成,其擔(dān)負(fù)著整個(gè)樞紐控制水位、宣泄洪水、保護(hù)機(jī)組正常運(yùn)行等任務(wù)。

        2.引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置設(shè)計(jì)

        引水式電站的引水道位于河道一側(cè),引水系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)一般由進(jìn)水口的攔污柵、事故閘門/調(diào)壓井事故閘門、施工支洞進(jìn)人檢修閘門和尾水管出口的尾水檢修閘門及其啟閉設(shè)備組成。

        2.1進(jìn)水口攔污柵及其啟閉設(shè)備

        電站進(jìn)水口的攔污柵的設(shè)置形式,可根據(jù)上游來污物的種類、數(shù)量和對清污的要求不同采用不同方式。如果污物情況嚴(yán)重,可采用安裝回轉(zhuǎn)式清污機(jī),隨時(shí)清污;如果污物情況不太嚴(yán)重,可采用固定式攔污柵配合清污抓斗裝置,在需要時(shí)清污;如果污物情況較輕,可采用兩道攔污柵前后設(shè)置,兩道攔污柵輪換工作,攔污柵提出壩面進(jìn)行清污。

        回轉(zhuǎn)式清污機(jī)需要在壩面安裝污物傳送帶設(shè)施,方便車輛可直接將污物裝車運(yùn)走,否則只能靠人工清理。

        固定式攔污柵和清污抓斗裝置配合工作的形式:固定攔污柵為傾斜布置,柵體上設(shè)計(jì)有清污抓斗的工作軌道(有時(shí)柵條可兼作清污抓斗軌道),方便清污抓斗裝置對固定攔污柵進(jìn)行污物清理。清污抓斗裝置安裝在壩頂?shù)幕炷亮荷?,沿其軌道可左右移?dòng)。

        兩道攔污柵前后設(shè)置輪換工作的清污形式:攔污柵為直立滑動(dòng)式,前道柵為主柵,后道柵為副柵。主柵需要清污時(shí),先將副柵放入副柵槽中開始工作,然后將主柵提出壩面進(jìn)行人工清污。清污結(jié)束后,仍將主柵放入主柵槽中工作,提起副柵。整個(gè)過程需要移動(dòng)式啟閉機(jī)配合抓梁或拉桿完成。

        以上3種攔污柵的設(shè)置形式都避免了清污時(shí)需要機(jī)組停機(jī)的情況發(fā)生。

        2.2進(jìn)水口/調(diào)壓井事故閘門及其啟閉設(shè)備

        進(jìn)水口/調(diào)壓井事故閘門,雖然布置位置不同(進(jìn)水口事故門布置在攔污柵之后,調(diào)壓井事故門設(shè)置在調(diào)壓井后側(cè)),但運(yùn)行要求都相同:均為動(dòng)水關(guān)閉,靜水開啟,不允許局部開啟狀態(tài)下動(dòng)水過流,采用門頂充水閥充水平壓,啟門操作時(shí)要求啟門水頭達(dá)到允許水壓差以下。

        進(jìn)水口事故閘門可根據(jù)閘門數(shù)量多少及其前攔污柵的設(shè)置情況,采用移動(dòng)式啟閉機(jī)或固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作啟閉。

        調(diào)壓井事故閘門一般為一孔一扇設(shè)置,故采用固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作啟閉。

        2.3 電站施工支洞進(jìn)人檢修閘門

        施工支洞進(jìn)人檢修閘門布置在施工支洞和引水隧洞交匯處,可方便實(shí)現(xiàn)定期對引水隧洞進(jìn)行檢修維護(hù)工作。該閘門的運(yùn)行工況是:在無水狀態(tài)下由人工開啟,閘門為轉(zhuǎn)動(dòng)開啟式,平時(shí)過流時(shí)關(guān)閉該閘門擋水。

        2.4 尾水檢修閘門及其啟閉設(shè)備

        尾水檢修閘門布置在尾水管出口,可根據(jù)初期發(fā)電需要,按一孔一扇布置。 尾水檢修閘門運(yùn)行工況為靜水啟閉,充水平壓后在允許啟門水頭差下啟門。

        尾水檢修閘門一般孔數(shù)較多,可用移動(dòng)式啟閉機(jī)配合自動(dòng)抓梁或拉桿啟閉。

        3.泄水系統(tǒng)建筑物的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置設(shè)計(jì)

        泄水系統(tǒng)建筑物的布置除保證安全宣泄各級設(shè)計(jì)洪水外,還要兼顧電站的取水防沙、排除污物及清淤保庫等綜合要求。主要建筑物形式有以下幾種:溢流壩、泄洪閘、溢流表孔、泄洪排沙底孔、施工導(dǎo)流明渠或者施工導(dǎo)流洞等。

        在保證正常發(fā)電的前提下,兼顧庫容、洪水期洪峰流量、庫區(qū)泥沙淤積程度、泄水建筑物泄流能力、施工導(dǎo)流布置等要求后,可靈活采用各種建筑物形式單獨(dú)或相組合的布置方式。比如:

        (1)電站要滿足二期導(dǎo)流和泄洪要求,還要滿足中小洪水運(yùn)用要求,且兼顧電站進(jìn)水口門前清的任務(wù),可采用泄洪閘與施工導(dǎo)流明渠結(jié)合的布置形式;

        (2)電站常遇小洪水情況,除發(fā)電外,多余洪水可經(jīng)溢流壩自由出流,入庫洪水流量增大后,泄水閘須開啟投入運(yùn)行,并按實(shí)際運(yùn)行要求調(diào)整泄洪閘的開度,采用泄洪閘和溢流壩相結(jié)合的布置方式。

        (3)電站壩址所處河谷狹窄,洪水期洪峰流量大,水位高,水庫庫容小,泥沙淤積后水庫可利用庫容對洪水沒有調(diào)蓄作用,可采用溢流表孔和泄洪排沙底孔相結(jié)合的布置方式 。

        泄水系統(tǒng)建筑物的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備根據(jù)布置位置和運(yùn)行工況的不同,有工作閘門、事故閘門和檢修閘門及其相應(yīng)配套的啟閉設(shè)備。

        3.1工作閘門及其啟閉設(shè)備

        泄水系統(tǒng)的工作閘門一般采用門型為弧形閘門(若水頭較低可采用平面閘門,須做模型試驗(yàn),確定動(dòng)水局開的開度),根據(jù)擋水水頭不同有表孔弧門和潛孔弧門兩種形式。河流泥沙情況嚴(yán)重的需要考慮門前淤沙高度,并將泥沙壓力、泥沙黏滯力計(jì)入設(shè)計(jì)計(jì)算中。表孔弧門設(shè)計(jì)還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮波浪壓力。

        弧形工作門的運(yùn)行工況為:動(dòng)水啟閉,可局開或全開泄洪、沖沙。

        弧形工作門一般采用液壓啟閉機(jī)啟閉,其控制方式為現(xiàn)地控制和中央集中控制,故現(xiàn)地及遠(yuǎn)程均能實(shí)現(xiàn)對弧形工作閘門的啟閉操作。

        3.2事故閘門及其啟閉設(shè)備

        事故閘門設(shè)置在工作閘門前面。事故閘門運(yùn)行工況為動(dòng)水閉門,靜水啟門,充水平壓后,在水頭差不大于允許啟門水頭差時(shí)操作啟門,不允許局部開啟狀態(tài)下動(dòng)水過流。

        事故閘門根據(jù)布置位置和數(shù)量,可采用固定式或移動(dòng)式啟閉機(jī)操作啟閉。固定式啟閉機(jī)可直接連接閘門進(jìn)行啟閉操作,移動(dòng)式啟閉機(jī)需配合抓梁或拉桿對閘門進(jìn)行啟閉操作。

        3.3檢修閘門及其啟閉設(shè)備

        檢修閘門設(shè)置在工作閘門或事故閘門前面。設(shè)置在溢洪道工作門前的檢修閘門多采用疊梁閘門。檢修閘門運(yùn)行工況為靜水啟閉,充水平壓后,在水頭差不大于允許啟門水頭差時(shí)操作啟門。

        檢修閘門平時(shí)在門庫存放,采用移動(dòng)式啟閉機(jī)配合抓梁操作啟閉。

        3.4導(dǎo)流閘門及其啟閉設(shè)備

        導(dǎo)流閘門設(shè)置在導(dǎo)流洞進(jìn)口,結(jié)合工程施工工期和初期發(fā)電的各種運(yùn)行工況和水位確定安裝平臺的高程。導(dǎo)流洞封堵時(shí)關(guān)閉該閘門,形成堵頭封堵,下游用混凝土回填導(dǎo)流洞。

        導(dǎo)流閘門的運(yùn)行工況為動(dòng)水啟閉,啟閉水頭和擋水水頭根據(jù)實(shí)際工況確定。導(dǎo)流閘門一般采用固定式啟閉機(jī)配合拉桿操作啟閉。

        結(jié)語

        本文較全面地介紹了引水式電站的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置形式種類,設(shè)計(jì)者在對整個(gè)工程的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循簡潔、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)及設(shè)備易維護(hù)等的原則。

        參考文獻(xiàn)

        [1]楊薇.引水式電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].小水電,2015(6):48-50.

        [2] NB 35055—2015,水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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