水库表层取水设施的布置.pdf

67摘要:水资源的开发利用,不仅应满足水的数量要求,还应满足水的质量要求,人们要科学地利用水库中的水,必须对水库进行生态调度,也就是从水库中取水质良好的表层水,即表层取水。本文简述了表层取水的必要性,表层取水设施的分类。针对国内表层取水技术不成熟,还需提高完善的现状,在参考国外资料的基础上,全面阐述了多节式取水设施的各种型式,分析了每种型式的布置特点及构成要素。关键词:取水设施;布置;构成分类中图分类号:TV671文献标识码:B文章编号:1006-3951(1999)03-0067-04耿桂先(水利部水利水电规划设计总院,北京 100011)收稿日期:1999-06-14作者简介:耿桂先(1946),女,河南新乡人,高工,主要从事金属结构设计。水 库 表 层 取 水 设 施 的 布 置第 15卷第 3 期云南水力发电YUNNAN WATER POWER1表层取水必要性根据水库成层特性,水库分为成层型、中间型、混合型三种。大中型水库多为成层型水库,即水库内水的温度、浊度分层分布。水稻是喜温作物,根据江西大同源水库试验得出,用表层温水灌溉较深层冷水灌溉可使水稻增产 30%。浮游生物是鱼类的天然食料,浮游生物大都生活在水库表层,利用含浮游生物少的中层、底层水发电、会使得下游几十公里河道内渔业减产。从上可看出对水库水的利用,不是单单满足数量要求就行,还必须满足质量要求,也就是说人们应科学地利用水库中的水,对水库进行生态调度。为了从水库中取得表层水,近些年来人们相应建成了一些表层取水设施。2表层取水设施类型表层取水设施主要有以下几种型式。(1)多孔式:(见图 1.a)在取水范围内设置标高不同的多个孔口,每个孔口分别由闸门控制开关。其缺点是不能连续地取得表层水。(2)铰接式:(见图 1.b)由浮于水面的浮子和铰连接管臂组成,水从水面流入管臂,浮子随水库水位升降,可连续地取得表层水。但取水量不大,一般均在 2/s以下。(3)多节式:由取水塔、取水闸门等结构物组Study on Roller Compacted Concrete MaterialProperties for Feixiangcun ReservoirFeng Xiao-dong(Honghe Prefectural Water Conservancy and Hydropower Survey,Design and Research Institute,Yunnan Mengzi 661100,China)Abstract:The annual flyash discharge from the Xiaolongtan Thermal Power Plant is about 500,000 t,which has notbeen utilized properly in construction of dams in Yunnan Province due to high content of free calcium oxide(fCa0)andharmful sulfur trioxide(S03)in it.The author made preliminary analysis of the roller compacted concrete test resultsfor construction of the Feixiangcun reservoir in Yuanyang County.The analysis proved that the flyash could be used asan additive of concrete for construction of the Feixiangcun dam.Thus local material can be utilized and project cost canbe reduced.This is also a new way to use flyash from the Xiaolongtan Thermal Power Plant.Key words:flyash from Xiaolongtan Thermal Power Plant;test and study;feixiangcun reservoir68图 1多孔式、铰接式取水设施图 2多节式表层取水设施图 3平面取水闸门门叶门槽关系1999年第 3 期云南水力发电成。依 据库水位 变化,随时调 节 闸 门 总高,以 保持一定 的 取 水 深度,连 续地取得定量的表层水。取 水量可达 100/s。另外还有复式、下沉式等表层取水设施,这里不作介绍。本文仅对取水量大的多节式表层取水设施详细介绍。3多节式取水设施3.1布置多节式表层取水设施有三种结构布置型式:平面多节式、半圆筒多节式、圆筒多节式。详见图 2多节式表层取水设施由栏污栅、取水塔、取水闸门、事故闸门、底部闸门、安全闸门、启闭机械、控制设备等组成。至于事故闸门之后相接的泄水道、阀门式水轮机等这里不加叙述。3.2取水孔口水力设计表层取水时在水库表层形成一流动层,流动层内的水流向进水口进入塔内被取走,即表层取水只取流动层内的水,而这一流动层内的水正是人们所需要的。其流动层厚度 D计算公式为:D=(QCG.H gB)13式中QC)孔口取水量(/s)B)流动层内水密度变化梯度(1/m)G)为 0.324H)取水孔口的有效开口角(对于平面多节式、半圆筒多节式为 P,对于圆筒多节式为 2P)g)重力加速度(m/s2)取水闸门的取水深度不能太大,太大会破坏流动层厚度,当取水深度为 1/2 1/3 D时,则对流动层厚度D无影响,一般取水深度多取 2 3 m。流动层的水经进水口进入取水塔内,塔内流速过大会产生负压,当取水是为了发电时,水头损失会增大,因此塔内流速控制为 2 5 m/s。取水塔内流速过小时,塔内会吸入空气,产生旋涡,为此塔内流速一般都不小于 0.5 m/s。a平面取水闸门平面取水闸门由多节平面闸门门叶组成,当平面取水闸门由二节门叶组成时,则为大家都熟知的双扉门。节与节间依靠挂钩相连,为使每节门叶沿各自的主轨上下移动,每节门叶的左右侧各设悬臂主滚轮二个,主滚轮直径大都为 200 400 mm。对于尺寸较大的门叶有时主滚轮不得不多于 4 个,此种情况下,为使每个主滚轮受力均匀,主滚轮则做成偏心轴。平面取水闸门门叶与门槽关系(见图 3.a),门槽主轨不直接埋入混凝土中,而是把主轨焊接在基础构件上,通过基础构件将主滚轮荷载传到混凝土内。但也有不同的布置(见图 3.b),这种布置时,其门叶宽度逐节增大。b半圆筒取水闸门半圆筒取水闸门由多节拱形门叶组成,拱形门叶由面钣、拱横接而成,拱横梁按两固定铰进行设计。为使每节门叶沿各自的主轨上下移动,每节门叶左右侧各设主滚轮二个。门叶面钣似半圆形瓦片,面钣半径逐节加大,并同心,其圆心为主滚轮轴线与门叶对称轴交点。c圆筒取水闸门69圆筒取水闸门由多节圆筒形门叶组成,其结构类似电视机上的拉杆天线,为使闸门伸缩自如,每节门叶均需焊接悬臂杆,杆端安装主滚轮或滑瓦,以使圆筒闸门沿埋没在取水塔上的主轨上下行走(见图4)。主轨对称布置,可以为 2、3、4 不同数目,每节门叶都沿相同的主轨行走,这一点与平面取水闸门及半圆筒取水闸门截然不同。3.3取水结构物3.3.1 栏污栅拦污栅的功能是阻止流木、流冰、污物进入取水闸门、泄水道、阀门或水轮机。栅条多为扁钢构成,栅条可以焊接在拦污栅框架上成为固定拦污栅,也可以做成活动拦污栅。但最好做成能取出的活动拦污栅。拦污栅过栅流速过大会产生涡流、共振和水头损失大等,为此一般控制过栅流速为 1 m/s 左右。3.3.2取水闸门取水闸门布置型式分为两种,即塔内过流断面向下逐渐增大的渐扩型和相反的渐缩型(见图 5)。设计时应从以下几方面综合比较后决定选用那种型式:(1)对进水口型状及大小的影响;(2)检修时便于将门叶提至检修平台;(3)从稳定性分析利于抗震;(4)泥沙堆积不影响各节门叶间的伸缩。取水闸门起到取水、隔水作用,是多节式表层取水设施的重要设备。平面表层取水设施,圆筒表层取水设施,半圆筒表层取水设施中分别对应设置了平面取水闸门,圆筒取水闸门、半圆筒取水闸门。取水闸门由多节门连成一体,闸门依据库水位的升降而伸缩,其全伸、全缩时的长度由表层取水的最高、最低水位决定。3.3.3取水塔取水塔的作用是支持取水闸门、拦污栅,并在取水塔顶部设置固定卷扬启闭机,控制盘等,取水塔有以下几种:a斜槽式斜槽式取水塔多为钢筋混凝土结构,建在地质条件良好的斜坡上,为防止斜槽滑动,每隔 5 10 m设置一个抗滑台阶,必要时用锚杆或地脚螺拴加以固定。斜槽式取水塔中的取水闸门与取水塔本身一样亦为斜向布置。b坝体设置式从坝体上游面伸出牛腿、托梁,以支持立柱,形成矩形框架形的取水塔,该种取水塔有混凝土结构,也有钢结构。c独立塔式取水塔独立设在水库中,为细长的水中建筑物,有钢结构和混凝土结构两种,必须具有稳定性及抗震性,取水塔顶部的操作平台通过工作桥与水库边坡相连。3.3.4事故闸门取水闸门之后,泄水道的进口处设置平面闸门,其作用是当取水闸门拆修时或泄水道、泄水道出口的阀门、发电机组发生事故时下闸挡水。该门动水关门,利用充水阀充水,静水启门,故为事故闸门。该门在多节式表层取水设施中必须设置。3.3.5底部闸门底部闸门设置在取水闸门下面,当水位太低,取水闸门取不到水时,可用底部闸门取水;有时水库为排除浊水(泥沙)也需设置底部闸门。底部闸门根据需要可设也可不设。底部闸门一般为平面滑动闸门,静水启闭。3.3.6安全闸门取水闸门全伸高度比普通闸门高度大得多,有的全伸高度达 70 80 m。在设计取水闸门时,其设计水头不按塔内无水考虑,因为那样太不经济了,一般设计水头 ho设定为 3.0 m。但是取水闸门在运行中,由于误操作,自动控制失灵、停电等事故,塔内的水面会迅速下降,当取水塔内外水位差大于取水闸门设计水头时,取水闸门会遭致破坏,为避免以上事耿桂先水库表层取水设施的布置图 5 取水闸门布置型式图 4圆筒取水闸门主滚轮、滑瓦70故发生,在表层取水设施中特设置安全闸门。安全闸门门体结构的设计水头等于取水闸门的设计水头 ho,安全闸门自动开门水头值设计成小于ho,其自动复位水头值设计成小于自动开门水头值。当取水塔内外水位差等于安全闸门的开门水头值时,安全闸门自动打开,水库水经安全闸门迅速进入取水塔内,塔内水位迅速上升,到塔内外水位差等于安全闸门自动复位水头值时,安全闸门关闭,这就保证塔内外水位差不会大于 ho。安全闸门的采用可大大减小取水闸门的设计水头,使取水闸门的重量大大减轻。目前国内还没有安全闸门应用实例,如今后设计中设置安全闸门,也将会产生大的经济效益。3.3.7启闭机械拦污栅、底部闸门、事故闸门及取水闸门均需要配置启闭机进行操作(小型取水闸门利用门顶浮子实现操作的例子除外),其启闭机均为固定卷扬启闭机。而取水闸门则必须用高扬程固定卷扬启闭机。3.3.8控制设备为实现闸门的控制,一般用以下几种装置,满足设施的现地,远方及自动操作。a 检测装置:水位计、闸门开度计、水温计、浊度计等。b 操作装置:现地操作盘、远方操作盘等。以上是多节式表层取水设施的各设备项的说明,受篇幅所限,只能简述到此。4结语美国 30年代成立田纳西流域管理局时,就已开始重视水库水温问题,并对水温进行了系统的监测工作,40年代就有少量表层取水结构出现。70年代、80 年代日本相继出现了不少多节式表层取水设施(如真名川、寺内、下久保、草术、藤原、川治、定山溪等)。而且已被国际大坝会议环境特别委员会作为典型模式推荐。我国近几年才开始设计了几个圆筒多节式表层取水设施(如升钟、扬角坝、刘兰、大龙洞等),但流量均不超过 20/s,也均未设安全闸门。对于平面,半圆筒多节式表层取水设施的设计经验,则可以说几乎空白。总之在我国科学利用水资源、推广提高表层取水技术势在必行。参 考 文 献 日建设省河川局开发科编.选择取水设施设计要领及说明.1987年 9 月本刊讯 1999年 8月 10日,在四川省龚嘴水力发电总厂召开的全国 25个成员单位参加的大型水电厂(站)经验交流暨劳动竞赛会议上,我省漫湾、鲁布革两大水电厂再次获得全国大型水电厂(站)先进单位称号。其中漫湾电厂是以总分第一的好成绩荣获此殊荣,而鲁布革电厂是继 1994年以来第三次获得此殊荣。Layout of Reservoir Surface Intake FacilitiesGENGGui-xian(General Water Conservancy and Hydropower Planning andDesign Institute,Ministry of Water Resources,Beijing 100011,China)Abstract:Development and utilization of water resources shall meet not only water quantity demands,but also waterquality demands.To use water in reservoirs in a proper way,ecological management shall be made,that is to take highquality surface water from reservoirs.This paper describes the necessity of taking water from reservoir surface and cla-ssification of reservoir surface intake facilities.In view of that the current technique of taking water from reservoir surfa-ce has not yet been well developed,it is quite necessary to expound various types of reservoir surface intake facilitiesand to analyze layout characteristics and components of each type of the facilities in a comprehensive way by referenceto the information available abroad.Key words:intake facilities;layout;composition and classification1999年第 3 期云南水力发电我省两大水 电厂在全 国大型水 电厂劳动竞赛 活动中双 双获奖