進(jìn)水及引水建筑物.pptVIP

第一節(jié) 進(jìn)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(jìn)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(jìn)水口的類型,一、進(jìn)水建筑物的功用和要求,第一節(jié) 進(jìn)水口,三、有壓進(jìn)水口(pressure intake port),四、無(wú)壓進(jìn)水口(free flow inlet),五、虹吸式進(jìn)水口(siphonic inlet),（一）進(jìn)水建筑物的功用 為引進(jìn)發(fā)電用水目的而專門修建的建筑物，稱為水電站的進(jìn)水建筑物。又稱為進(jìn)水口。水電站進(jìn)水口的功用是：引進(jìn)符合發(fā)電要求的用水。,一、進(jìn)水建筑物的功用和要求,（二）電站進(jìn)水口的基本要求,1.足夠的進(jìn)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(jìn)水口： 主要特征：進(jìn)水口在最低水位以下，水流為有壓流，以引深層水為主，進(jìn)水口后一般接有壓隧洞或管道。 無(wú)壓進(jìn)水口： 主要特征：水流為明流，引表層水為主，進(jìn)水口后一般接無(wú)壓引水建筑物。 虹吸式進(jìn)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(jìn)水口的類型,（一）有壓進(jìn)水口的主要類型及適用條件,（二）有壓進(jìn)水口的布置,（三）有壓進(jìn)水口的主要設(shè)備,三、有壓進(jìn) 水 口,（一）有壓進(jìn)水口的主要類型及適用條件,1.隧洞式進(jìn)水口,2.壓力墻式進(jìn)水口,3.塔式進(jìn)水口,4.壩式進(jìn)水口,1.隧洞式進(jìn)水口（豎井式）,特征：在隧洞進(jìn)口附近的巖體中開(kāi)挖豎井，井壁一般要進(jìn)行襯砌，閘門安置在豎井中，豎井的頂部布置啟閉機(jī)及操作室，漸變段之后接隧洞洞身。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受風(fēng)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(jì)。,缺點(diǎn)：豎井前的隧洞段不便檢修，豎井開(kāi)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(kāi)挖平洞和豎井的情況。,圖2-1隧洞式進(jìn)水口,隧洞進(jìn)水口（斜坡式）,2.壓力墻式進(jìn)水口,特征：進(jìn)口段、閘門段 和在山巖上的單獨(dú)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(qiáng)度。（右圖）,適用：地質(zhì)條件差， 山坡較陡，不宜擴(kuò)大 斷面和開(kāi)挖豎井或因 地形條件不宜采用隧 洞式進(jìn)水口時(shí)的情況。 壓力前池中所設(shè)的壓 力水管進(jìn)水口即屬于 此類型。,壓力墻式進(jìn)水口實(shí)例,3.塔式進(jìn)水口,特征：進(jìn)口段及閘門段及上部框架形成一個(gè)塔式結(jié)構(gòu)，聳立在水庫(kù)之中，塔頂設(shè)操縱平臺(tái)和啟閉機(jī)室，用工作橋與岸邊或壩頂相連。 塔式進(jìn)水口可一 邊或四周進(jìn)水。(如圖) 適用：當(dāng)?shù)夭牧蠅?、進(jìn) 口處山巖較差、岸坡又 比較平緩。,圖2-6 塔式進(jìn)水口實(shí)物圖,4.壩式進(jìn)水口,特征：進(jìn)水口依附在壩體的上游面上，并與壩內(nèi)壓力管道連接。進(jìn)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(jìn) 水 口,圖2-7,（二）有壓進(jìn)水口的布置,1.基本資料,2.有壓進(jìn)水口位置與高程,3.有壓進(jìn)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(jìn)水口范圍內(nèi)的地 形、地質(zhì)資料，建筑物等級(jí)等； （2）水文氣象條件、上游漂浮物的性質(zhì)與來(lái)量、泥 沙淤積情況、河道冰凌情況； （3）電站的運(yùn)行水位與引用流量； （4）引水道的直徑、長(zhǎng)度和控制方式，水輪機(jī)特性； （5）地震烈度等。,2.有壓進(jìn)水口位置與高程,（1）位置選擇原則 應(yīng)從水庫(kù)的地形，地質(zhì)條件、水位變幅、引水路線、進(jìn)水口型式以及其他進(jìn)水口位置等方面來(lái)綜合考慮。應(yīng)盡量使水流平順、對(duì)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(jìn)水口過(guò)水或泄洪時(shí)不影響該進(jìn)水口的進(jìn)水量。,2.高程選擇,進(jìn)水口頂部高程應(yīng)低于最低死水位，并有一定的淹沒(méi)深度,滿足不產(chǎn)生吸氣漩渦，關(guān)鍵是不產(chǎn)生漏斗狀吸氣漩渦；底部高程應(yīng)高于淤沙高程1.0m以上。,圖2-8 進(jìn)水口的臨界淹沒(méi)深度,C=0.550.73,3.有壓進(jìn)水口輪廓尺寸的擬定,有壓進(jìn)水口沿水流方向可分為進(jìn)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(guān)。,（1）進(jìn) 口 段,（2）閘 門 段,（3）漸 變 段,（1）進(jìn)口段,連接攔污柵與閘門段。斷面常為矩形，沿長(zhǎng)度方向逐漸減小。隧洞進(jìn)口段為平底，兩側(cè)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(dāng)引水流量及流速不大時(shí)，頂板曲線也可用圓弧曲線。圓弧半徑RD/2。 對(duì)重要工程應(yīng)根 據(jù)模型試驗(yàn)確定 進(jìn)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(jìn)水口的輪廓,閘門段是進(jìn)口段和漸變段的連接段，布置閘門及啟閉設(shè)備。該段一般為矩形，事故閘門凈過(guò)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(guò)渡段。 通常采用圓角過(guò)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(zhǎng)度一般為隧洞直徑的1.52.0倍；側(cè)面收縮角為68為宜，一般不超過(guò)10 （如圖2-10所示）,進(jìn)水口的漸變段,圖2-10,（三）有壓進(jìn)水口的主要設(shè)備,1.攔污設(shè)備,2.閘門及啟閉設(shè)備,3.通氣孔及充水閥,1.攔 污 設(shè) 備,（1）攔污設(shè)備的作用 （2）攔污柵的布置及支承結(jié)構(gòu) （3）攔污柵的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 （4）攔污柵的水頭損失 （5）攔污柵的清污及防凍,（1）攔污設(shè)備的作用： 防止有害污物和漂浮物進(jìn)入進(jìn)水口，并不使污物堵塞進(jìn)水口，影響過(guò)水能力，以保證閘門和機(jī)組的正常運(yùn)行。,（2）攔污柵的布置及支承結(jié)構(gòu) ：,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(guò)2.5m，高度不超過(guò) 4.5m。,（3）攔污柵的結(jié)構(gòu)與構(gòu)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(guò)柵流速及柵條形狀有關(guān)。一般要求過(guò)柵流速不大于1.0m/s。,（5)攔污柵的清污及防凍：,攔污柵應(yīng)利用人工或機(jī)械及時(shí)清污，若清污很困難時(shí)，可將攔污柵吊出來(lái)清污（清污機(jī)械如圖）。在嚴(yán)寒地區(qū)要防止攔污柵封凍。,圖2-13 清污機(jī)械,2.閘門及啟閉設(shè)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(kuò)大。 運(yùn)用要求：動(dòng)水中快速(12min)關(guān)閉，靜水中開(kāi)啟。 布置方式：一般為平板門。一口、一門、一機(jī)(固定式卷?yè)P(yáng)起閉機(jī))，以便隨時(shí)操作。,作用：設(shè)在工作閘門上游側(cè)，檢修事故閘門及其門槽時(shí)用以堵水。 運(yùn)用要求：靜水中啟閉。 布置方式：平板閘門，幾個(gè)進(jìn)水口共用一套檢修閘門，啟閉可用移動(dòng)式或臨時(shí)啟閉設(shè)備，平時(shí)檢修閘門可存放在儲(chǔ)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(guān)閉閘門時(shí)向引水管道補(bǔ)氣，防止管道發(fā)生真空而失穩(wěn)；當(dāng)引水道充水時(shí)排氣。,充水閥作用： 在工作閘門開(kāi)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(kāi)啟。,特點(diǎn)：,進(jìn)水口水流為無(wú)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(jìn)入渠道。,分類：無(wú)壩取水，有壩取水,無(wú)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(wú)壓進(jìn)水口,有 壩 進(jìn) 水 口,圖a,（一）無(wú)壓進(jìn)水口的位置選擇,無(wú)論是有壩取水還是無(wú)壩取水進(jìn)水口的位置應(yīng)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(jìn)水口引進(jìn)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(jìn)水口布置圖,（二）無(wú)壓進(jìn)水口的組成建筑物及其布置,有壩開(kāi)敞式進(jìn)水口的組成建筑物一般有攔河低壩（或攔河閘）、進(jìn)水閘、沖沙閘及沉沙池等。,進(jìn)水閘與沖沙閘的相對(duì)位置應(yīng)以“正面進(jìn)水側(cè)面排沙”的原則進(jìn)行布置。 （如以下2-15，2-16，2-17幾種布置）,圖2-15 設(shè)有沖水閘的進(jìn)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(hù)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(jī),圖2-16,圖2-17,五、虹吸式進(jìn)水口,用途：用于水頭在2030m左右，前池水位變幅不大的無(wú)壓引水式水電站。,特點(diǎn)：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(jìn)水口一般由進(jìn)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(hù)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(yùn)行安全可靠。 防沖、防淤 (2)對(duì)渠道加設(shè)護(hù)面，減小糙率、防滲、防沖、防草、維護(hù)邊坡穩(wěn)定，保證電站出力； (3) 防草： (4) 防凌： 4、整個(gè)引水工程應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案，并便于施工和運(yùn)行。,二、引水渠道的類型,水電站的引水渠道又稱為動(dòng)力渠道。它位于無(wú)壓進(jìn)水口或沉沙池之后。根據(jù)其水力特性，可分為自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道和非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道兩種類型。,（一）自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道 （二）非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道,（一）自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道 主要特點(diǎn)： 渠頂高程沿渠道全長(zhǎng)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(shè)泄水建筑物；無(wú)溢流水量損失，能在水頭和水量?jī)煞矫娴玫匠浞掷?，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(jìn)口水位變化不大，電站停機(jī)時(shí)下游無(wú)供水要求。,自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道,（二）非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道 主要特點(diǎn)： 渠頂沿渠道長(zhǎng)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(shè)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(shí)渠末水位較自動(dòng)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(zhǎng)、地面縱坡較大的電站或電站停止運(yùn)行后仍需向下游供水。,非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道,兩種類型渠道對(duì)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(jìn)口至壓力前池的渠道中心線。選擇原則： 1、渠線應(yīng)盡量短而直，以減小水頭損失、降低造價(jià)。 2、渠線盡可能高，以獲得較大的落差。 3渠線應(yīng)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(hù)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(hù)面 在渠道的表面用各種材料做成的保護(hù)層叫做渠道護(hù)面。護(hù)面的作用是： 1、減少渠道的滲漏損失，加強(qiáng)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(zhǎng)草和穴居動(dòng)物對(duì)渠道的破壞。 渠道護(hù)面的類型：有混凝土護(hù)面、砌石護(hù)面、礫石護(hù)面、粘土和灰土護(hù)面、瀝青材料護(hù)面及塑料薄膜護(hù)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(shè)備 四、 壓力前池布置設(shè)計(jì),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(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。 （二）壓力前池組成 1、前室和進(jìn)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(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件和運(yùn)用要求，并結(jié)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(yùn)行協(xié)調(diào)靈活、結(jié)構(gòu)安全經(jīng)濟(jì)。,（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(wèn)題； 應(yīng)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(zhǎng)度。 2. 布置形式 正向進(jìn)水： 側(cè)向進(jìn)水： 斜向進(jìn)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(jìn)水室；4-溢流堰；5-壓力水管,三、前池的主要設(shè)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(jī),1、攔污柵 攔污柵設(shè)置在進(jìn)水室入口處的柵槽中，攔污柵一般與水平面成7080傾斜放置。可采用人工清污或機(jī)械清污，有時(shí)為吊出柵片清污或檢修，又不影響電站的正常運(yùn)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(jìn)水室時(shí)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(yīng)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(méi)式進(jìn)水口相同。 旁通管布置在進(jìn)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(jī) 攔污柵和檢修閘門可采用移動(dòng)式啟閉機(jī)，工作閘門則應(yīng)每個(gè)進(jìn)水室采用一臺(tái)固定啟閉機(jī)。,四、 壓力前池布置設(shè)計(jì),（一）前室（擴(kuò)大加深段） （二）進(jìn)水室 （三）壓力墻 （四）泄水道 （五）沖沙道和排冰道,（一）前室（擴(kuò)大加深段） 前室是引水渠道末端與進(jìn)水室之間的擴(kuò)大加深部分。其主要作用是將渠道斷面過(guò)渡至進(jìn)水室所需要的寬度和深度。前室應(yīng)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(kuò)散角逐漸加寬。 當(dāng)引水渠道較窄而前池較寬時(shí)，為減小池身的長(zhǎng)度而不過(guò)分加大擴(kuò)散角度，可在前室進(jìn)口端設(shè)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(jìn)入進(jìn)水室，前室末端底板高程應(yīng)低于進(jìn)水室底板高程0.5m以上，含沙量較大時(shí)，宜適當(dāng)加大此高差。,（二）進(jìn)水室 進(jìn)水室是壓力管道進(jìn)水口部分，上游與前室相接，下游為埋設(shè)壓力水管進(jìn)口的壓力墻。當(dāng)布置有兩根以上的壓力水管時(shí)，應(yīng)以隔墩分成若干獨(dú)立的進(jìn)水室，每一進(jìn)水室都設(shè)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(shè)備等。,（三）壓力墻 壓力墻是進(jìn)水室末端的擋水墻，也是壓力水管進(jìn)口的閘墻，一般用混凝土或漿砌石筑成。常見(jiàn)的構(gòu)造形式有兩種：一種在壓力墻中布置有閘門和通氣孔，閘門高度較小；另一種壓力墻與工作閘門之間有一段距離，為一開(kāi)敞水井。可作為通氣孔，此種形式閘門較高。,（四）泄水道 泄水道通常設(shè)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(shè)閘門的溢流堰。溢流堰頂高程應(yīng)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(yùn)行時(shí)發(fā)生溢流現(xiàn)象。溢流堰的布置可為正堰或側(cè)堰，下游布置有泄水陡槽和消能設(shè)施，溢流堰的斷面形狀一般為流線型的實(shí)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(yīng)在前室的最低處設(shè)置沖沙廊道。其進(jìn)口方向可與管道的進(jìn)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(cè)。 排冰道用來(lái)排除進(jìn)入壓力前池的冰凌，其底檻應(yīng)位于前室正常水位以下，用疊梁閘門進(jìn)行控制。,第四節(jié) 水電站引水隧洞,一、引水隧洞的特點(diǎn)和類型 二、引水隧洞經(jīng)濟(jì)斷面的選擇 三、引水隧洞的路線選擇,一、引水隧洞的特點(diǎn)和類型 （一）特點(diǎn) 1、可以避開(kāi)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(jià)； 3、有壓隧洞可適應(yīng)水庫(kù)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(wú)壓隧洞和有壓隧洞兩種基本類型。,無(wú)壓隧洞,有壓隧洞,1、無(wú)壓隧洞 無(wú)壓隧洞中的水流具有自由水面，用于無(wú)壓引水式電站。從水力條件來(lái)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(wú)壓隧洞的斷面形狀常采用方圓形（城門