進水及引水建筑物.ppt

第一節(jié) 進水口(intake of hydropower station ),第三節(jié) 壓力前池(pressure forebay ),第二節(jié) 引水渠道(diversion canal),第二章 進水口及引水道建筑物,第四節(jié) 水電站引水隧洞(diversion tunnel),二、水電站進水口的類型,一、進水建筑物的功用和要求,第一節(jié) 進水口,三、有壓進水口(pressure intake port),四、無壓進水口(free flow inlet),五、虹吸式進水口(siphonic inlet),（一）進水建筑物的功用 為引進發(fā)電用水目的而專門修建的建筑物，稱為水電站的進水建筑物。又稱為進水口。水電站進水口的功用是：引進符合發(fā)電要求的用水。,一、進水建筑物的功用和要求,（二）電站進水口的基本要求,1.足夠的進水能力，且水頭損失?。?2.水質(zhì)符合要求 ；,3.可控制流量 ；,4.滿足水工建筑物的一般要求.,有壓進水口： 主要特征：進水口在最低水位以下，水流為有壓流，以引深層水為主，進水口后一般接有壓隧洞或管道。 無壓進水口： 主要特征：水流為明流，引表層水為主，進水口后一般接無壓引水建筑物。 虹吸式進水口： 利用虹吸原理將發(fā)電用水從前池引向壓力水管,二、水電站進水口的類型,（一）有壓進水口的主要類型及適用條件,（二）有壓進水口的布置,（三）有壓進水口的主要設備,三、有壓進 水 口,（一）有壓進水口的主要類型及適用條件,1.隧洞式進水口,2.壓力墻式進水口,3.塔式進水口,4.壩式進水口,1.隧洞式進水口（豎井式）,特征：在隧洞進口附近的巖體中開挖豎井，井壁一般要進行襯砌，閘門安置在豎井中，豎井的頂部布置啟閉機及操作室，漸變段之后接隧洞洞身。 優(yōu)點：結構簡單，不受風浪、冰凍影響，地震影響小，較安全，充分利用巖石作用，鋼筋混凝土工程量減小，較經(jīng)濟。,缺點：豎井前的隧洞段不便檢修，豎井開挖也較困難。 適用：地質(zhì)條件較好，巖 體完整，山坡坡度適宜， 易于開挖平洞和豎井的情況。,圖2-1隧洞式進水口,隧洞進水口（斜坡式）,2.壓力墻式進水口,特征：進口段、閘門段 和在山巖上的單獨墻式 建筑物，承受水壓及山 巖壓力。要有足夠的穩(wěn) 定性和強度。（右圖）,適用：地質(zhì)條件差， 山坡較陡，不宜擴大 斷面和開挖豎井或因 地形條件不宜采用隧 洞式進水口時的情況。 壓力前池中所設的壓 力水管進水口即屬于 此類型。,壓力墻式進水口實例,3.塔式進水口,特征：進口段及閘門段及上部框架形成一個塔式結構，聳立在水庫之中，塔頂設操縱平臺和啟閉機室，用工作橋與岸邊或壩頂相連。 塔式進水口可一 邊或四周進水。(如圖) 適用：當?shù)夭牧蠅?、進 口處山巖較差、岸坡又 比較平緩。,圖2-6 塔式進水口實物圖,4.壩式進水口,特征：進水口依附在壩體的上游面上，并與壩內(nèi)壓力管道連接。進口段和閘門段常合二為一，布置緊湊。 適用：混凝土重力壩的壩后式、壩內(nèi)式和河床式電站。(如下圖2-7所示),壩 式 進 水 口,圖2-7,（二）有壓進水口的布置,1.基本資料,2.有壓進水口位置與高程,3.有壓進水口輪廓尺寸的擬定,1.基本資料,（1）水利樞紐的總體布置方案，進水口范圍內(nèi)的地 形、地質(zhì)資料，建筑物等級等； （2）水文氣象條件、上游漂浮物的性質(zhì)與來量、泥 沙淤積情況、河道冰凌情況； （3）電站的運行水位與引用流量； （4）引水道的直徑、長度和控制方式，水輪機特性； （5）地震烈度等。,2.有壓進水口位置與高程,（1）位置選擇原則 應從水庫的地形，地質(zhì)條件、水位變幅、引水路線、進水口型式以及其他進水口位置等方面來綜合考慮。應盡量使水流平順、對稱、水頭損失小、不產(chǎn)生回流和漩渦、不產(chǎn)生淤積和聚集漂浮物，且其他進水口過水或泄洪時不影響該進水口的進水量。,2.高程選擇,進水口頂部高程應低于最低死水位，并有一定的淹沒深度,滿足不產(chǎn)生吸氣漩渦，關鍵是不產(chǎn)生漏斗狀吸氣漩渦；底部高程應高于淤沙高程1.0m以上。,圖2-8 進水口的臨界淹沒深度,C=0.550.73,3.有壓進水口輪廓尺寸的擬定,有壓進水口沿水流方向可分為進口段、閘門段、漸變段三部分。這三部分的尺寸及形狀，主要與攔污柵斷面、閘門尺寸和引水道斷面有關。,（1）進 口 段,（2）閘 門 段,（3）漸 變 段,（1）進口段,連接攔污柵與閘門段。斷面常為矩形，沿長度方向逐漸減小。隧洞進口段為平底，兩側收縮曲線為四分之圓弧或雙曲線，上唇 收縮曲線一 般為四分之一 橢圓（如圖）。 橢圓方程：,當引水流量及流速不大時，頂板曲線也可用圓弧曲線。圓弧半徑RD/2。 對重要工程應根 據(jù)模型試驗確定 進口曲線。壩式 常作成矩形喇叭 口形狀，頂板常 作成斜面以 便于施工。,圖2-9 有壓進水口的輪廓,閘門段是進口段和漸變段的連接段，布置閘門及啟閉設備。該段一般為矩形，事故閘門凈過水面積為(1.11.25)洞面積,檢修閘門孔口與此相等或稍大。門寬B等于洞徑D，門高略大于洞徑D。,（2）閘門段,（3）漸變段,漸變段是矩形閘門段到圓形隧洞的過渡段。 通常采用圓角過渡，圓角半徑r可按直線規(guī)律變?yōu)樗矶窗霃絉；漸變段的長度一般為隧洞直徑的1.52.0倍；側面收縮角為68為宜，一般不超過10 （如圖2-10所示）,進水口的漸變段,圖2-10,（三）有壓進水口的主要設備,1.攔污設備,2.閘門及啟閉設備,3.通氣孔及充水閥,1.攔 污 設 備,（1）攔污設備的作用 （2）攔污柵的布置及支承結構 （3）攔污柵的結構與構造 （4）攔污柵的水頭損失 （5）攔污柵的清污及防凍,（1）攔污設備的作用： 防止有害污物和漂浮物進入進水口，并不使污物堵塞進水口，影響過水能力，以保證閘門和機組的正常運行。,（2）攔污柵的布置及支承結構 ：,攔污柵在立面上可布置成垂直的或傾斜的，傾斜易清污，傾角為600700；攔污柵的平面形狀可以是多邊形（或半圓形），也可以是平面的。如下圖2-11所示,圖2-11,攔污柵由若干塊 柵片組成，每塊柵 片的寬度一般不超過2.5m，高度不超過 4.5m。,（3）攔污柵的結構與構造,圖2-12 攔污柵的柵片（尺寸：mm）,（4）攔污柵的水頭損失：,損失與過柵流速及柵條形狀有關。一般要求過柵流速不大于1.0m/s。,（5)攔污柵的清污及防凍：,攔污柵應利用人工或機械及時清污，若清污很困難時，可將攔污柵吊出來清污（清污機械如圖）。在嚴寒地區(qū)要防止攔污柵封凍。,圖2-13 清污機械,2.閘門及啟閉設備,（1）工作閘門(事故閘門),作用：緊急情況下切斷水流，以防事故擴大。 運用要求：動水中快速(12min)關閉，靜水中開啟。 布置方式：一般為平板門。一口、一門、一機(固定式卷揚起閉機)，以便隨時操作。,作用：設在工作閘門上游側，檢修事故閘門及其門槽時用以堵水。 運用要求：靜水中啟閉。 布置方式：平板閘門，幾個進水口共用一套檢修閘門，啟閉可用移動式或臨時啟閉設備，平時檢修閘門可存放在儲門室或檢修門槽上方。,（2）檢修閘門,3.通氣孔及充水閥,通氣孔作用： 在關閉閘門時向引水管道補氣，防止管道發(fā)生真空而失穩(wěn)；當引水道充水時排氣。,充水閥作用： 在工作閘門開啟前向引水管道充水，平衡閘 門上下游水壓力，使閘門在靜水中開啟。,特點：,進水口水流為無壓水流,作用：控制水量與水質(zhì)，并保證使發(fā)電所需水量以盡可能小的水頭損失進入渠道。,分類：無壩取水，有壩取水,無壩取水不能充分利用河流資源，故較少采用，常用形式為有壩取水（如圖a）,四、無壓進水口,有 壩 進 水 口,圖a,（一）無壓進水口的位置選擇,無論是有壩取水還是無壩取水進水口的位置應盡可能選在河流的凹岸，以防回流造成污物堆積，而且可以利用河彎處的橫向環(huán)流，使進水口引進表層較清的水，而底沙則由底流帶向凸岸。,圖2-14 某水電站進水口布置圖,（二）無壓進水口的組成建筑物及其布置,有壩開敞式進水口的組成建筑物一般有攔河低壩（或攔河閘）、進水閘、沖沙閘及沉沙池等。,進水閘與沖沙閘的相對位置應以“正面進水側面排沙”的原則進行布置。 （如以下2-15，2-16，2-17幾種布置）,圖2-15 設有沖水閘的進水口總體布置,1-閘墩 2-邊墩 3-上游翼墻 4-下游翼墻 5-閘底板 6-攔沙坎 7-截水墻8-消力池 9-護坦 10-穿孔混凝土板 11-亂石海漫 12-齒墻 13-胸墻14-工作橋 15-攔污柵 16-檢修門 17-工作閘門 18-下游檢修門 19-下游閘板存放槽20-啟閉機,圖2-16,圖2-17,五、虹吸式進水口,用途：用于水頭在2030m左右，前池水位變幅不大的無壓引水式水電站。,特點：是利用虹吸原理將發(fā)電用水從前池引向壓力水管。虹吸式進水口一般由進口段、駝峰段、漸變段三部分組成。 （如圖2-18所示）,圖2-18,第二節(jié) 引水渠道,一、引水渠道的作用與要求 二、引水渠道的類型 三、引水渠道路線選擇 四、引水渠道的斷面型式和護面類型,一、引水渠道的作用與要求,作用：集中河段落差形成水頭和輸送發(fā)電所需的流量。 要求： 1、有足夠的輸水能力 2、水質(zhì)符合要求。 3、運行安全可靠。 防沖、防淤 (2)對渠道加設護面，減小糙率、防滲、防沖、防草、維護邊坡穩(wěn)定，保證電站出力； (3) 防草： (4) 防凌： 4、整個引水工程應通過技術經(jīng)濟比較，選擇經(jīng)濟合理的方案，并便于施工和運行。,二、引水渠道的類型,水電站的引水渠道又稱為動力渠道。它位于無壓進水口或沉沙池之后。根據(jù)其水力特性，可分為自動調(diào)節(jié)渠道和非自動調(diào)節(jié)渠道兩種類型。,（一）自動調(diào)節(jié)渠道 （二）非自動調(diào)節(jié)渠道,（一）自動調(diào)節(jié)渠道 主要特點： 渠頂高程沿渠道全長不變，而且高出渠內(nèi)可能的最高水位；渠底按一定坡度逐漸降低，斷面也逐漸加大；在渠末壓力前池處不設泄水建筑物；無溢流水量損失，能在水頭和水量兩方面得到充分利用，但由于渠道頂部高程沿渠線相等，故工程量較大。 適用： 渠線較短，地面縱坡較小，進口水位變化不大，電站停機時下游無供水要求。,自動調(diào)節(jié)渠道,（二）非自動調(diào)節(jié)渠道 主要特點： 渠頂沿渠道長度有一定的坡度，其坡度一般與渠底坡度相同；在渠末壓力前池處（或壓力前池附近）設有泄水建筑物，一般為溢流堰或虹吸式溢水道，控制渠內(nèi)水位升高和渲泄多余水量；有棄水損失，引用流量較小時渠末水位較自動調(diào)節(jié)渠道的水位低，但渠道工程量較小。 適用： 渠道線路較長、地面縱坡較大的電站或電站停止運行后仍需向下游供水。,非自動調(diào)節(jié)渠道,兩種類型渠道對比如下表：,三、引水渠道路線選擇,引水渠道路線選擇是根據(jù)確定的引水高程和水電站廠房位置，選擇一條從進口至壓力前池的渠道中心線。選擇原則： 1、渠線應盡量短而直，以減小水頭損失、降低造價。 2、渠線盡可能高，以獲得較大的落差。 3渠線應選擇在地質(zhì)較好的地段，盡量避免與現(xiàn)有建筑物干擾。,四、引水渠道的斷面型式和護面類型,（一）渠道的斷面形式 在巖基上修建的渠道多采用窄深式的矩形斷面；在土基上一般采用梯形斷面。另外，渠道按其建筑條件又可分為挖方渠道和半挖方渠道。 渠道斷面的高度等于最大水深加安全超高。 （二）渠道護面 在渠道的表面用各種材料做成的保護層叫做渠道護面。護面的作用是： 1、減少渠道的滲漏損失，加強渠道的穩(wěn)定性； 2、減少渠道的糙率，從而降低水頭損失； 3、防止渠中長草和穴居動物對渠道的破壞。 渠道護面的類型：有混凝土護面、砌石護面、礫石護面、粘土和灰土護面、瀝青材料護面及塑料薄膜護面等。,第三節(jié) 壓力前池,一、壓力前池的作用和組成 二、壓力前池的位置選擇與布置方式 三、前池的主要設備 四、 壓力前池布置設計,一、壓力前池的作用和組成,（一）壓力前池的作用 1、分配水量。 2、保證水質(zhì)。 3、限制水位升高，渲泄多余水量，保證下游用水。 4、穩(wěn)定水頭，提高機組運行穩(wěn)定性。 （二）壓力前池組成 1、前室和進水室 2、壓力墻 3、泄水建筑物 4、排污、排沙、排冰建筑物,模式口水電站壓力前池,二、壓力前池的位置選擇與布置方式,（一）位置選擇 壓力前池的位置選擇，應根據(jù)地形地質(zhì)條件和運用要求，并結合渠道路線、壓力水管、廠房等建筑物及其本身泄水建筑物的相互位置綜合考慮確定，力求做到布置緊湊合理、水流平順通暢、運行協(xié)調(diào)靈活、結構安全經(jīng)濟。,（二）壓力前池的布置 1. 壓力前池的布置原則： 布置在陡峻山坡頂部，特別注意地基穩(wěn)定和滲漏問題； 應盡可能將壓力前池布置在天然地基的挖方中； 在保證前池穩(wěn)定前提下，盡量靠近廠房，以縮短壓力水 管的長度。 2. 布置形式 正向進水： 側向進水： 斜向進水：,壓力前池的布置方式 1-渠道；2-壓力前池；3-壓力水管；4-廠房,壓力前池的平面布置方式 1-引水渠；2-前室；3-進水室；4-溢流堰；5-壓力水管,三、前池的主要設備,1、攔污柵 2、檢修閘門和工作閘門 3、通氣孔和旁通管 4、啟閉機,1、攔污柵 攔污柵設置在進水室入口處的柵槽中，攔污柵一般與水平面成7080傾斜放置?？刹捎萌斯で逦刍驒C械清污，有時為吊出柵片清污或檢修，又不影響電站的正常運行，可采用雙層攔污柵。,2、檢修閘門和工作閘門 檢修閘門位于工作閘門之前，但可能位于攔污柵之前或之后，供檢修攔污柵、工作閘門和進水室時堵水之用，一般為疊梁式或平板式閘門。 3、通氣孔和旁通管 通氣孔應布置在緊靠工作閘門的下游面，其作用和截面面積的確定與潛沒式進水口相同。 旁通管布置在進水室的邊墻和隔墩內(nèi)，一般用閘閥控制，旁通管可為鑄鐵管、鋼管或鋼筋混凝土管。,4、啟閉機 攔污柵和檢修閘門可采用移動式啟閉機，工作閘門則應每個進水室采用一臺固定啟閉機。,四、 壓力前池布置設計,（一）前室（擴大加深段） （二）進水室 （三）壓力墻 （四）泄水道 （五）沖沙道和排冰道,（一）前室（擴大加深段） 前室是引水渠道末端與進水室之間的擴大加深部分。其主要作用是將渠道斷面過渡至進水室所需要的寬度和深度。前室應有一定的容積和水深，滿足沉沙的要求。前室在平面上以=1015的擴散角逐漸加寬。 當引水渠道較窄而前池較寬時，為減小池身的長度而不過分加大擴散角度，可在前室進口端設置分流墩。在立面上前室以1315的坡度向下延伸，直至所需要的寬度和深度。 為了便于沉沙、排沙，防止有害泥沙進入進水室，前室末端底板高程應低于進水室底板高程0.5m以上，含沙量較大時，宜適當加大此高差。,（二）進水室 進水室是壓力管道進水口部分，上游與前室相接，下游為埋設壓力水管進口的壓力墻。當布置有兩根以上的壓力水管時，應以隔墩分成若干獨立的進水室，每一進水室都設有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、工作橋和啟閉設備等。,（三）壓力墻 壓力墻是進水室末端的擋水墻，也是壓力水管進口的閘墻，一般用混凝土或漿砌石筑成。常見的構造形式有兩種：一種在壓力墻中布置有閘門和通氣孔，閘門高度較??；另一種壓力墻與工作閘門之間有一段距離，為一開敞水井?？勺鳛橥饪祝朔N形式閘門較高。,（四）泄水道 泄水道通常設于渠末或前池的邊墻上，其形式有溢流堰和虹吸管等。堰頂不設閘門的溢流堰。溢流堰頂高程應略高于前室中的正常水位（一般約5cm左右），以防止電站正常運行時發(fā)生溢流現(xiàn)象。溢流堰的布置可為正堰或側堰，下游布置有泄水陡槽和消能設施，溢流堰的斷面形狀一般為流線型的實用堰。,（五）沖沙道和排冰道 由渠道中水挾帶的泥沙沉積于前室中，應在前室的最低處設置沖沙廊道。其進口方向可與管道的進口方向相同，兩者分上下層排列。也可布置在前室最低處的一側。 排冰道用來排除進入壓力前池的冰凌，其底檻應位于前室正常水位以下，用疊梁閘門進行控制。,第四節(jié) 水電站引水隧洞,一、引水隧洞的特點和類型 二、引水隧洞經(jīng)濟斷面的選擇 三、引水隧洞的路線選擇,一、引水隧洞的特點和類型 （一）特點 1、可以避開不利地形的限制，采用較短的線路； 2、可以利用巖石抗力承受部分內(nèi)水壓力，以降低造價； 3、有壓隧洞可適應水庫水位的大幅度變化及引用流量的迅速變化； 4、不占用地面； 5、能夠避免沿途水質(zhì)的污染； 6、不受地表氣候的影響，蒸發(fā)量少，不易冰凍。,（二）類型 引水隧洞分為無壓隧洞和有壓隧洞兩種基本類型。,無壓隧洞,有壓隧洞,1、無壓隧洞 無壓隧洞中的水流具有自由水面，用于無壓引水式電站。從水力條件來看，其工作情況與明渠相同。根據(jù)地質(zhì)條件和施工條件，無壓隧洞的斷面形狀常采用方圓形（城門