第十一章水电站进水口3概要

1、第十一章 水电站进水口第四节 有压进水口的主要设备有压进水口应根据运用条件设置拦污设备、闸门及启闭设备、通气孔以及充水阀等主要 设备。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带人进水 口，同时不让这些漂浮物堵塞进水口，影响进水能力。主要的拦污设备是进口处的拦污栅。 许多河流洪水期漂浮物骤增，进口处的拦污栅极易堵塞，清污不及，就可能使水电站被迫减 小出力甚至停机，压坏拦污栅的事例也曾发生。为了减轻对进口拦污栅的压力，有时在离进 水口几十米之外加设一道粗栅或拦污浮排，拦截粗大的漂浮物，并将其引向溢流坝，渲泄至 下游。（一）拦污栅的布置及支承结构 拦污栅的立

2、面布置可以是倾斜的或垂直的。洞式及墙式进水口的拦污栅常布置为倾斜的， 倾角为 60°-70°左右，见图 11-1 及图 11-2, 其优点是过水断面大，且易于清污。塔式进水口 的拦污栅可布置为倾斜的或垂直的，取决于进水口的结构形状。坝式进水口的拦污栅一般为 垂直的。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，后者可增大拦污栅处的过 水断面。洞式及墙式进水口一般采用平面拦污栅，见图 11-1 和图 11-2 ，塔式及坝式进水口 则两种均可能采用。 坝式进水口采用平面拦污栅的情况可见图11-2 ，该电站所有进水口共用一个整体的平面拦污栅，充分利用了进水口之间的空间来增

3、大过水断面，结构简单又便于机 械清污。坝式进水口采用多边形拦污栅的情况见图 11-4 。拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出。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.Om/s 为宜。当河流污物很少或经粗栅、拦 污浮排等措施后，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。拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承，见图 11-1 及图 11-4 。拦污栅框架由墩（柱）及 横

4、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，但过小会减小净过水断面，增加水头损失。多边形拦污栅离压力管道进口不能太近，以保证人流 平顺。拦污栅框架顶部应高出需要清污时的相应水库水位。（二）拦污栅栅片拦污栅由若千块栅片组成，每块栅片的宽度一般不超过2.5m，高度不超过4m,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。栅片的结构如图11-6所示。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

5、的一边嵌人该槽口并加焊，不仅固定 了位置，也增加了侧向稳定性。栅片顶部设有吊环。图11-6栅片结构示例栅条的厚度及宽度由强度计算决定，通常厚8-12mm，宽100-200mm。栅条的净距b取决于水轮机的型号及尺寸，以保证通过拦污栅的污物不会卡在水轮机过流部件中为原则。该值一般由水轮机制造厂提供， 或对于混流式水轮机，取b- /30,轴流式水轮机，取b- /20, 其中 为转轮直径，对冲击式水轮机，b d/5,其中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水头损失。（三）拦污栅的清污及防冻拦污栅是否被污物堵塞及其堵塞程度可通

6、过观察栅前栅后的压力差来判断，这是因为正常情况下水流通过拦污栅的水头损失很小，被污物堵塞后则明显增大。发现拦污栅被堵时，要及时清污，以免造成额外的水头损失。堵塞不严重时清污方便，堵塞过多则过栅流速大，水头损失加大，污物被水压力紧压在栅条上，清污困难，处理不当时会造成停机或压坏拦污 栅的事故。拦污栅的清污方法随清污设施及污物种类不同而异。人工清污是用齿耙扒掉拦污栅上的污物，一般用于小型水电站的浅水、倾斜拦污栅。大中型水电站常用清污机，如图11-6所示。若污物中的树枝较多，不易扒除时，可利用倒冲的方法使其脱离拦污栅，如引水系统中 有调压井或前池，则可先加大水电站出力，然后突弃负荷，造成引水道内短时

7、间反向水流， 将污物自拦污栅上冲下，再将其扒走。拦污栅吊起清污方法可用于污物不多的河流，结合拦 污栅检修进行，也用于污物（尤其是漂浮的树枝）较多、清污困难的情况。对于后一种情况， 可设两道拦污栅，一道吊出清污时，另一道可以拦污，以保证水电站正常运行，如四川映秀 湾水电站。图11-7清污机在严寒地区要防止拦污栅封冻，如冬季仍能保证全部栅条完全埋在水下，则水面形成冰 盖后、下层水温高于 0C,栅面不会结冰。如栅条露出水面，则要设法防止栅面结冰。一种 方法是在栅面上通过 50V以下电流，形成回路，使栅条发热。另一种方法是将压缩空气用管 道通到拦污栅上游面的底部，从均匀布置的喷嘴中喷出，形成自下向上的

8、夹气水流，将下层 温水带至栅面，并增加水流紊动，防止栅面结冰。这时要相应减少水电站引用流量以免吸入 大量气泡。在特别寒冷的地区，有时采用室内进水口（包括拦污栅），以便保温。（四）拦污栅结构设计原理拦污栅及其支承结构的设计荷载有：水压力，清污机压力，漂浮物（漂木及浮冰等）的 冲击力，清污机自重，拦污栅及支承结构自重等。拦污栅设计水压力指的是拦污栅可能堵塞 情况下的栅前栅后压力差，一般可取为2-4m均匀水压力。有可能严重堵塞时，设计水压力要相应加大。拦污栅栅片上下两端支承在横梁上，栅条相当于简支梁，设计荷载确定后不难算出所需 要的截面尺寸。栅片的荷载传给上下两根横梁，横梁受匀布力。横梁、柱墩等按框

9、架结构设 计。、闸门及启闭设备进水口通常设两道闸门，即事故闸门及检修闸门。当隧洞较短或调压室处另设有事故闸 门时，可只设一道检修闸门。事故闸门仅在全开或全关的情况下工作，不用于流量调节，其 主要功用是，当机组或引水道内发生事故时迅速切断水流，以防事故扩大。此外，引水道检 修期间， 也用以封堵水流。 事故闸门常悬挂于孔口上方， 以便事故时能在动水中快速 (1-2min) 关闭。闸门开启为静水开启，即先用充水阀向门后充水，待门前后水压基本平衡后才开启闸 门。事实上，闸门前后常因引水道末端的阀门或水轮机导叶漏水产生一定压差，故事故闸门 应能在 3-5m 水压差下开启。事故闸门一般为平面门，因其占据空

10、间小，布置上较为方便， 但也有采用弧形门的。周边进水的塔式进水口则常采用圆筒闸门。每套闸门配备一套固定的 卷扬式启闭机或油压启闭机， 以便随时操作。 闸门启闭机应有就地操作和远方操作两套系统， 并配有可靠电源。闸门应能吊出进行检修。检修闸门设在事故闸门之前，在检修事故闸门及其门槽时用以堵水。一般采用静水启闭 的平板门，中小型电站上也可采用迭梁。几个进水口可合用一扇检修门。几个进水口合用一 台移动式的启闭机(如坝顶门机)，或采用临时启闭设备均可。三、通气孔及充水阀 通气孔设在事故闸门之后，其功用是，当引水道充水时用以排气，当事故闸门关闭放空 引水道时，用以补气以防出现有害的真空。当闸门为前止水时

11、，常利用闸门井兼作通气孔， 如图 11-1 所示。当闸门为后止水时，则必须设专用的通气孔，如图 11-4 所示。通气孔中常 设爬梯，兼作进人孔。通气孔的面积常按最大进气流量除以允许进气流速得出。最大进气流量出现在事故闸门 紧急关闭时，可近似认为等于进水口的最大引用流量。允许进气流速与引水道形式有关，对 于露天钢管可取 30-50m/s ，坝内钢管及隧洞可取 70-80m/s ，或更高。通气孔顶端应高出上 游最高水位，以防水流溢出。要采取适当措施，防止通气孔因冰冻堵塞，防止大量进气时危 害运行人员或吸人周围物件。充水阀的作用是开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便静水开启闸门。充 水阀的尺寸应根据充水容积、下游漏水量及要求充满的时间等来确定。充水阀可安装在专门 设置的连通闸门前后水道的旁通管上，但较常见的是直接在平板闸门上设 “小门 ”，利用闸门 拉杆启闭。闸门关闭时，拉杆及充水阀重量同时关闭充水阀，提升拉杆而闸门本体尚未提起 时即可先行开启充水阀。过去一些工程常不设充水阀而采用