《水电站进水口建筑物.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电站进水口建筑物.doc（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 水电站进水口建筑物第一节 进水口的功用和要求水电站进水口位于引水系统的首部。其功用是按照发电要求将水引入水电站的引水道。进水口应满足下述基本要求：(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安排进水口的位置和高程；进水口要求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有害污物进入引水道和水轮机。因此进水口要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙等设备。(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
2、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。对于无压引水式电站，引用流量的大小也由进口闸门控制。(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。由于进水口后连接的引水方式、水流流态和所处位置的不同，进水口的型式也不相同。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。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
3、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，
4、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
5、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 有压进水口有压进水口的特征是：进水口高程设在水库最低死水位以下，以引进深层水为主，整个进水口处于有压状态，其后接有压隧洞或压力管道。适用于坝式、有压引水式、混合式水电站。有压
6、进水口通常由进口段、闸门段及渐变段组成。一、有压进水口的类型及适用条件1 隧洞式进水口在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安装在竖井中，竖井的顶部布置启闭机和操纵室，如图6-1所示。渐变段之后接隧洞洞身。这种布置的优点是结构比较简单，不受风浪和冰冻的影响，地震影响也较小，比较安全可靠。缺点是竖井之前的隧洞段不便检修，竖井开挖也较困难。适用于工程地质条件较好，岩体比较完整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况。2 墙式进水口进口段、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，如图6-2所示。墙式建筑物承受水压及山岩压力，要求有足够的稳定性和强度。
7、适用于地质条件差，山坡较陡，不易开挖竖井的情况。3塔式进水口如图6-3所示，进水口的进口段、闸门段及其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，然后将水引入塔底的竖井中。塔身是直立的悬臂结构，风浪压力及地震力的影响较大，需对其进行抗倾、抗滑稳定和结构应力计算，必须有足够的强度和稳定性，同时要求地基坚固。这种进水口适用于当地材料坝枢纽中，当进口处山岩较差，而岸坡又比较平缓时也可采用这种型式。4坝式进水口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。适用于混凝土重力坝的坝后式厂房、坝
8、内式厂房和河床式厂房。如图6-4所示为混凝土重力坝的坝式进水口。二、有压进水口的位置、高程及轮廓尺寸1有压进水口的位置水电站有压进水口在枢纽中的位置，应尽量使水流平顺、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。图6-4坝式进水口1-事故闸门 2-检修闸门 3-拦污栅 4-廊道2有压进水口的高程 有压进水口顶部高程应低于运行中可能出现的最低水位，并有一定的淹没深度，以进水口前不出现漏斗式吸气漩涡为原则。漏斗旋涡会带入空气，吸入漂浮物，引起噪音和振动，减小过水能力，影响水电站的正常发电。一些已
9、建工程的原型观测分析表明，不出现吸气旋涡的临界淹没深度可按下面经验公式估算 (6-1)式中 H 闸门孔口净高(m)； V 闸门断面水流速度(m/s)；c 经验系数，c= 0.550.73，对称进水时取小值，侧向进水时取大值； 闸门顶低于最低水位的临界淹没深度(m)。图6-5 进水口淹没水深在满足进水口前不出现漏斗式吸气漩涡及引水道内不产生负压的前提下，进水口的高程应尽可能抬高，以改善结构的受力条件，降低闸门、启闭设备及引水道的造价，也便于进水口的维护和检修。有压进水口底部高程应高于设计淤沙高程。如果这个要求无法满足，则应在进水口附近设排沙孔，以保证进水口不被淤沙堵塞。进水口的底部高程通常在水库
10、设计淤沙高程以上0.51.0m，当设有排沙设施时，应根据排沙情况而定。3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。进水口的轮廓应使流平顺，流速变化较小，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。其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，如图6-1所示。椭圆曲线方程为： (6-2)式中 a 椭圆长半轴，对于顶板曲线约等于闸门处的孔口高度H； b 椭圆短半轴，对于顶板曲线，可用 H/3。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
11、凑。(2) 闸门段。闸门段是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备布置在此段。闸门段一般为矩形，事故闸门净过水面积为(1.11.25)隧洞面积，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。闸门段的体型主要取决于所采用的闸门、门槽型式及结构条件，其长度应满足闸门及启闭设备布置需要，并考虑引水道检修通道的要求。(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，如图6-6所示。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1.52.0倍，侧面收缩角为68为宜，一般不超过10。(4) 坝式进水口。为了适应坝体的结构要求，坝式进水口的长度要缩
12、短，进口段与闸门段常合二为一。坝式进水口做成矩形喇叭口状，水头较高时，喇叭开口较小，以减小闸门尺寸及孔口对坝体结构的影响；水头较低时，孔口开口较大，以降低水头损失。喇叭口的形状一般由试验确定，以不出现负压、旋涡且水头损失最小为原则。坝式进水口的渐变段长度一般取引水道直径的1.01.5倍。进水口的中心线可以是水平的，也可以是倾斜的，视与压力管道连接的条件而定。三、有压进水口的主要设备 有压进水口主要设置拦污设备、闸门及其启闭设备、通气孔及充水阀等。(一) 拦污设备拦污设备的功用是防止漂木、 树枝树叶、杂草、垃圾、浮冰等漂浮物随水流进入进水口，同时不让这些漂浮物堵塞进水口，以免影响机组正常运行。主
13、要拦污设备为进口处的拦污栅。1 拦污栅的布置及支承结构(1) 拦污栅的立面布置 拦污栅的立面布置可以是倾斜或垂直的。洞式和墙式进水口的拦污栅常布置成倾斜的，倾角为6070左右，如图6-1和6-3所示。这种布置的优点是过水断面大，易于清污。 塔式进水口的拦污栅可以布置为倾斜或垂直的，取决于进水口的结构形状。坝式进水口的拦污栅一般布置成垂直的，如图6-4所示。(2) 拦污栅的平面布置拦污栅的平面形状可以是平面的或多边形的。前者便于清污，后者可增大过水面。洞式和墙式进水口一般采用平面拦污栅，见图6-1和图6-2。塔式和坝式进水口两种均可采用，平面布置，结构简单，便于机械清污。图6-7为多边形拦污栅。
14、(3) 支承结构拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承，拦污栅框架由墩(柱)及横梁组成，墩(柱)侧面留槽，拦污栅片插在槽内，上、下两端分别支承在两根横梁上，承受水压时相当于简支梁。横梁的间距一般不大于4m，间距过大会加大栅片的横断面，过小会减小净过水断面，增加水头损失。拦污栅框架顶部应高出需要清污时的相应水库水位。2拦污栅栅片拦污栅由若干块栅片组成，每块栅片的宽度一般不超过2.5m，高度不超过4m，见图6-8。栅片像闸门一样插在支承结构的栅槽中，必要时可一片片提起检修。其矩形边框由角钢或槽钢焊成，纵向的栅条常用扁钢制成，上下两端焊在边框上。沿栅条的长度方向，等距设置几道带有槽口的横隔板，栅条背水的
15、一边嵌入该槽口并加焊，不仅固定了位置，也增加了侧向稳定性。栅片顶部设有吊环。 3拦污栅设计(1) 过栅流速过栅流速是指扣除墩(柱)、横梁及栅条等各种阻水断面后按净面积计算出的流速。拦污栅总面积小则过栅流速大，水头损失大，漂浮物对拦污栅的撞击力大，清污亦困难；拦污栅面积大，则会增加造价，甚至布置困难。为便于清污，过栅流速以不超过1.0m/s为宜。当河流污物很少或加设了粗栅、拦污浮排后，拦污栅前污物很少，而水电站引用流量较大时，过栅流速可适当加大。(2) 栅条的厚度及宽度及栅条净距栅条的厚度及宽度由强度计算决定。通常厚812mm，宽100200mm。栅条的净距b大，拦污效果差，水头损失小；相反b小，拦污效果好，水头损失大。因此其净距应保证通过拦污栅的污物不会卡在水轮机过流部件中。对于混流式水轮机可取b=D1/30，轴流式水轮机可取b=D1/20，对冲击式水轮机可取b=d/5，其中D1为转轮标称直径，d为喷嘴直径。但最大净距不宜超过 20cm，最小净距不宜小于5cm。栅条的截面形状直接影响水流通过拦污栅时的
