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

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)計對整個工程設(shè)計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 文獻標識碼：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是發(fā)電，其裝機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，其擔負著整個樞紐控制水位、宣泄洪水、保護機組正常運行等任務。

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

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)一般由進水口的攔污柵、事故閘門/調(diào)壓井事故閘門、施工支洞進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進水口攔污柵及其啟閉設(shè)備

電站進水口的攔污柵的設(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。如果污物情況嚴重，可采用安裝回轉(zhuǎn)式清污機，隨時清污；如果污物情況不太嚴重，可采用固定式攔污柵配合清污抓斗裝置，在需要時清污；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，攔污柵提出壩面進行清污。

回轉(zhuǎn)式清污機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)計有清污抓斗的工作軌道（有時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行污物清理。清污抓斗裝置安裝在壩頂?shù)幕炷亮荷希仄滠壍揽勺笥乙苿印?/p>

兩道攔污柵前后設(shè)置輪換工作的清污形式：攔污柵為直立滑動式，前道柵為主柵，后道柵為副柵。主柵需要清污時，先將副柵放入副柵槽中開始工作，然后將主柵提出壩面進行人工清污。清污結(jié)束后，仍將主柵放入主柵槽中工作，提起副柵。整個過程需要移動式啟閉機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需要機組停機的情況發(fā)生。

2.2進水口/調(diào)壓井事故閘門及其啟閉設(shè)備

進水口/調(diào)壓井事故閘門，雖然布置位置不同（進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)），但運行要求都相同：均為動水關(guān)閉，靜水開啟，不允許局部開啟狀態(tài)下動水過流，采用門頂充水閥充水平壓，啟門操作時要求啟門水頭達到允許水壓差以下。

進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，采用移動式啟閉機或固定卷揚式啟閉機操作啟閉。

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

2.3 電站施工支洞進人檢修閘門

施工支洞進人檢修閘門布置在施工支洞和引水隧洞交匯處，可方便實現(xiàn)定期對引水隧洞進行檢修維護工作。該閘門的運行工況是：在無水狀態(tài)下由人工開啟，閘門為轉(zhuǎn)動開啟式，平時過流時關(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，可用移動式啟閉機配合自動抓梁或拉桿啟閉。

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

泄水系統(tǒng)建筑物的布置除保證安全宣泄各級設(shè)計洪水外，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、施工導流明渠或者施工導流洞等。

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、施工導流布置等要求后，可靈活采用各種建筑物形式單獨或相組合的布置方式。比如：

（1）電站要滿足二期導流和泄洪要求，還要滿足中小洪水運用要求，且兼顧電站進水口門前清的任務，可采用泄洪閘與施工導流明渠結(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行，并按實際運行要求調(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)布置位置和運行工況的不同，有工作閘門、事故閘門和檢修閘門及其相應配套的啟閉設(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，確定動水局開的開度），根據(jù)擋水水頭不同有表孔弧門和潛孔弧門兩種形式。河流泥沙情況嚴重的需要考慮門前淤沙高度，并將泥沙壓力、泥沙黏滯力計入設(shè)計計算中。表孔弧門設(shè)計還應根據(jù)實際情況考慮波浪壓力。

弧形工作門的運行工況為：動水啟閉，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)地及遠程均能實現(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。事故閘門運行工況為動水閉門，靜水啟門，充水平壓后，在水頭差不大于允許啟門水頭差時操作啟門，不允許局部開啟狀態(tài)下動水過流。

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

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操作啟門。

檢修閘門平時在門庫存放，采用移動式啟閉機配合抓梁操作啟閉。

3.4導流閘門及其啟閉設(shè)備

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

導流閘門的運行工況為動水啟閉，啟閉水頭和擋水水頭根據(jù)實際工況確定。導流閘門一般采用固定式啟閉機配合拉桿操作啟閉。

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)計者在對整個工程的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置設(shè)計過程中應遵循簡潔、實用、經(jīng)濟及設(shè)備易維護等的原則。

參考文獻

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