一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩的製作方法
2023-04-28 18:49:51
一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，包括壩體，所述壩體的中部設有進水段，所述進水段上下兩側分別設有豎井，所述進水段內設有水平進水管道，所述水平進水管道通過縱向進水管道與兩側的豎井連通；各豎井由內外豎井組成，內豎井中沿豎直方向設置有滑動軌道，所述滑動軌道上安裝有軌道式升降機，所述軌道式升降機與縱向進水管道之間依次連接有連接件、攔汙罩、喇叭形連接管和伸縮套管，所述伸縮套管與縱向進水管道之間設有閥門；所述水平進水管道內設置有工作閘門；本發明可以實現不同深度取水，擴大了取水的溫度範圍；提高了取水操作的靈活性、安全性和穩定性；可廣泛用於中低水頭分層型水庫，滿足水庫下遊的用水需求。
【專利說明】一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，屬於水利水電工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前國內外有一批已建、在建或待建的大型水庫，這些水庫帶來巨大經濟社會效益，隨著環保意識的增強，水庫對水環境的影響逐漸也為人們所熟知。水庫蓄水後，庫區形成了巨大的水域，它不僅可以調節河流徑流量，而且對庫內的熱能起到調節作用。受氣候變化、出入流水溫、蒸發及水的理化特性等影響，水庫形成了特有的溫度場。根據我國現行的水庫環境影響評價中，若多年平均入庫徑流量與總庫容的比值小於10，則該水庫為典型分層型水庫。
[0003]一些深水型水庫的水溫結構常年處於分層狀態，以國內某典型分層水庫為例，根據多年壩前垂向水溫實測資料分析，1-3月份，水庫處於封凍期，壩前水溫結構呈逆溫分布，庫表水溫接近0.(TC，庫底水溫維持在3.(TC?4.(TC範圍，垂向平均溫差為3.7°C左右。4月份，隨著氣溫的升高，水庫表層逐漸解凍，庫表冷水在升溫期氣溫、太陽輻射的作用下，表層水體得到熱量而水溫逐漸升高，垂向基本呈等溫狀態，表層和庫底溫差為1.TC。5月份以後，隨著氣溫逐漸升高，表層水體繼續吸熱，在水下20-30m範圍內逐漸形成溫躍層，水庫進入分層狀態。7、8月份，庫區表層水體溫度升至最高，達26.6°C，庫區垂向水體溫差也達最大值，18.5°C左右，溫差主要集中在水下30m內。9月份開始，隨著氣溫下降，水體表層溫度降低，密度較大的表層冷水逐漸下沉，並與下層溫水對流摻混，形成秋季的水庫大翻轉，同溫層厚度逐漸增加，庫底水溫持續緩慢升高，垂向溫差減小，約到11月份形成第二次垂向等溫狀態。持續的氣溫降低使表層水體繼續冷卻下沉，當庫區表層水溫降至4.(TC左右，表層水體繼續失熱，垂向形成逆溫分布，當表層水體進一步降至0.(TC後，水庫結冰封凍形成冰蓋進入冰封期。
[0004]對於這些典型的分層型水庫，水電站在運行過程中，取水高程決定取水水溫。近年來，隨著生態環境保護意識的日益增強，對於大型深水庫採取分層取水的措施來解決水庫水溫分層和水庫下洩需求水溫之間的矛盾逐漸為建設環保部門所認可。採用水電站分層取水，目的是有選擇的下洩水庫不同溫度層的水體，進而控制下洩水溫，以滿足供水、灌溉、下遊水生生物生境等需求。
[0005]目前大中型水庫多採用疊梁門控制分層取水方式、多層取水口分層取水方式等，還有一些小型水利工程採用壩內埋設多層取水管的取水方式。疊梁門分層取水方式主要下洩表層高溫水，可調整性低，對於多目標取水工程而言適用性差，對下遊生態環境產生一定程度的影響；多層取水口取水方式，表層孔主要取高溫水，底孔主要取低溫水，但底孔洩流量有限，且用底孔洩放水庫底部較冷的水流來保護喜冷生物會導致發電量顯著減少；壩內埋設多層取水管的分層取水壩，只適合小流量、低水頭的情況，主要滿足市政及工業用水要求。對於70m以下的中低水頭水庫，上述的取水方式都無法實現特定溫度層取水以及在動水中調節的功能。
[0006]因此，目前亟需一種取水水溫範圍大、調整性好、適用性廣、發電效益高的分層取水大壩，允許電站在水庫的不同深度取水，並且下洩水溫滿足下遊的生態環境和農業灌溉要求。
【發明內容】
[0007]發明目的:本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，可以實現不同深度取水，擴大了取水的溫度範圍；提高了取水操作的靈活性、安全性和穩定性；安裝方便快捷，減小了施工的難度和複雜程度，可廣泛用於中低水頭分層型水庫，滿足水庫下遊的用水需求。
[0008]技術方案:本發明所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，包括壩體，所述壩體的中部設有進水段，所述進水段上下兩側分別設有豎井，所述豎井由外豎井和與之連通的內豎井構成，所述外豎井與水庫連通；
[0009]所述進水段內設有水平進水管道，所述水平進水管道通過縱向進水管道與兩側的豎井連通；
[0010]所述內豎井中沿豎直方向設置有滑動軌道，所述滑動軌道上安裝有軌道式升降機，所述軌道式升降機與縱向進水管道之間依次連接有連接件、攔汙罩、喇叭形連接管和伸縮套管，所述伸縮套管與縱向進水管道之間設有閥門；
[0011 ] 所述外豎井及水平進水管道的進水口設置有攔汙柵，所述水平進水管道內設置有工作閘門，所述工作閥門位於進水口內的攔汙柵與縱向進水管道之間。
[0012]進一步完善上述技術方案，所述的伸縮套管由多個不同直徑的單節管件構成，其中:除最內節的管件之外，其他管件靠近攔汙罩的一端與其緊鄰的內側管件之間設有環形卡環，所述伸縮套管內所有的單節管件靠近閥門的埠外側均設有與環形卡環相匹配的凸緣。
[0013]進一步地，所述伸縮套管的單節管件中，除最外節管件之外，其他管件上的凸緣外側及所有環形卡環的內側均有設置0型環密封裝置。
[0014]進一步地，所述的伸縮套管的單節管件中，除最外節管件之外，其他管件側壁上在靠近凸緣位置處開有排水口，所述排水孔中設置有單向閥。
[0015]進一步完善上述技術方案，所述水平進水管道遠離水庫的一端設置有檢修閥門。
[0016]作為優選，所述閥門為大型進水蝶閥，可以控制伸縮套管的取水流量大小。
[0017]作為優選，所述外豎井及水平進水管道中的攔汙柵為一體式結構，貫穿進水段及其上下兩側豎井。
[0018]作為優選，所述豎井的截面為凸字形，所述外豎井的截面為長方形，內豎井的截面為正方形。
[0019]作為優選，所述的伸縮套管採用鋼骨架塑料複合管，與鋼製套管相比，鋼骨架塑料複合管顯著降低了鋼材用量，減小伸縮套管的重量。
[0020]本發明與現有技術相比，其有益效果是:本發明設置兩個伸縮套管，通過軌道式升降機帶動伸縮套管上下移動，可實現不同深度取水，擴大了取水的溫度範圍；鋼骨架塑料複合管替代鋼製伸縮套管，減少了鋼材的使用量，減少了工程造價，降低了安裝的難度；強化了套管的密封效果，在伸縮套管伸縮時，排水孔和單向閥的存在，可以將兩密封環之間的水排到管道內，使大壩操作更加靈活、穩定、安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1所述一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩的縱向剖面示意圖。
[0022]圖2為圖1的AA剖面示意圖。
[0023]圖3為實施例1所述卡環及0型環密封裝置示意圖。
[0024]圖4為實施例1所述排水孔及單向閥示意圖。
[0025]圖中:1、壩體，2、豎井，3、滑動軌道，4、軌道式升降機，5、連接件，6、攔汙罩，7、喇叭形連接管，8、伸縮套管，9、環形卡環，10、0型環密封裝置，11、排水孔，12、閥門，13、進水段，14、工作閘門，15、攔汙柵，16、檢修閘門，17、凸緣，18、單向閥，19、縱向進水管道，20、水平進水管道，21、門式起重機，22、長方形豎井，23、正方形豎井。
【具體實施方式】
[0026]下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。
[0027]實施例1:如圖1至4所示，一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩包括壩體1，在壩體I中部設有高度為9m的進水段13，在進水段中部水平方向設有直徑為3m的水平進水管道20，在進水段上下兩側分別設有與水庫連通且高度為40m的凸字形豎井，此凸字形豎井由靠近水庫側順流方向長度為7.3m、壩向長度為8.4m的截面為長方形的長方形豎井和與之連通的截面為邊長9m正方形的正方形豎井組成，所述進水段兩側的豎井通過與水平進水管道連通的縱向進水管道連接，其距離水平進水管道的進水口 13.lm，所述縱向進水管道的直徑為3.4m、高度為3m。
[0028]在正方形豎井內壁上沿順流方向對稱設置四個長度為38.3m的滑動軌道3，在滑動軌道3上設置高度為2m的軌道式升降機4，軌道式升降機4可沿著滑動軌道3上下滑動，軌道式升降機4通過長度為1.8m的連接件5與直徑為4.45m、高度為2.23m的攔汙罩6鉸接相連，攔汙罩6與高度為0.7m長的喇叭形連接管7焊接相連，喇叭形連接管7與伸縮套管8最內節通過40個M27*90的螺栓相連，伸縮套管8的最外節套管通過法蘭與直徑為3.8m大型進水蝶閥12相連，大型進水蝶閥12通過50個M30X800的地腳螺栓固定於縱向進水管路的兩端，水平進水管道20前段設置攔汙柵15和工作閘門14、後段設置檢修閘門16，攔汙柵由20段高度為4m、寬度為8.6m攔汙柵疊加而成，貫穿進水段及其上下兩側的長方形豎井22，工作閘門14高度為5m、寬度為8.6m，通過門式起重機21啟閉，控制中部水平進水管道20的進水；檢修閘門16與工作閘門14尺寸相同，在機組檢修時關閉。
[0029]本實施例中，伸縮套管8為鋼骨架塑料複合管，與鋼製套管相比，鋼骨架塑料複合管顯著降低了鋼材用量，減小伸縮套管8的整體重量。伸縮套管8是由多個不同直徑的單節管件構成，伸縮套管8除最內節管件之外，其他管件靠近攔汙罩6的一端與其緊鄰的內側管件之間設有環形卡環9，所述伸縮套管8內所有的單節管件靠近閥門12的埠外側均設有與環形卡環相匹配的徑向長度為IOcm的凸緣17。[0030]所述伸縮套管8的單節管件中，除最外節管件之外，其他管件上的凸緣17外側及所有環形卡環9的內側均有設置0型環密封裝置10。所述的伸縮套管8的單節管件中，除最外節管件之外，其他管件側壁上在靠近凸緣17位置處開有排水孔11，所述排水孔11中設置有單向閥18。兩凸字形豎井中伸縮套管8的各個部件及其尺寸相同，但是布置方向相反。
[0031]在實際使用時，軌道式升降機4沿滑動軌道3自由滑動，從而帶動整個伸縮套管8沿豎向伸縮，根據取水溫度的需求，將喇叭形連接管7固定在某個固定高程上，伸縮套管8的單節管長、管道節數由水庫深度、取水水溫決定，本實施例中，伸縮套管共有三節，每節長度IOm,最內節管件外徑為3m,中間管件外徑為3.4m,最外節管件外徑3.8m。由於水下壓力較大，0型環密封裝置10不能完全阻礙水的滲漏，當軌道式升降機4上下移動時，相鄰管道壁之間滲入的水會阻礙伸縮套管8的運動。因此，凸緣17上部設置兩個對稱布置的排水孔11，並在孔中設置直徑為5cm的單向閥18。此時，伸縮管道8運動時，管壁之間滲漏的水會通過排水孔11流入管道中，由於單向閥18的存在，保證了水流動的單向性。
[0032]本發明所述的採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩包括壩體，共有上中下三個取水口，根據取水的需要，共有上、中、下、上中四種取水口組合，而伸縮套管高程的不同，使取水的水溫組合更加多樣化。四種取水口組合對應四種運行工況:
[0033]第一工況:僅開啟上部大型進水蝶閥，關閉工作閘門和下部大型進水蝶閥，水從水庫依次進入上部凸字形豎井、攔汙罩、喇叭形連接管、上部伸縮套管、上部大型進水蝶閥、壩內管道、機組，軌道式升降機上下移動，獲取表層優良水質的水。
[0034]第二工況:僅工作閘門開啟，關閉上、下部大型進水蝶閥，水從中部水平進水管道流入機組，獲取水庫中部的水。
[0035]第三工況:僅開啟下部大型進水蝶閥，關閉上部大型進水蝶閥和工作閘門，水從水庫依次進入下部凸字形豎井、攔汙罩、喇叭形連接管、下部伸縮套管、下部大型進水蝶閥、壩內管道、機組，隨著軌道式升降機上下移動，通過虹吸的方式取水，獲取水庫底部的低溫水，但是這對上部大型進水蝶閥以及工作閘門的密封性能要求很高，由此實現了高吸程、大管徑的虹吸式取水。
[0036]第四工況:開啟上部大型進水蝶閥、工作閘門，關閉下部進水蝶閥，獲取水庫中上層的混合水，水庫上部水溫高、水質好，水庫中部水溫低、水質差，所獲取的水，既可以滿足下遊的水質、水溫要求，也可以改善水庫的水質。
[0037]已知某一水庫,正常蓄水位為150m,相應庫容為32.4億m3 ;死水位76.8m,
[0038]相應庫容為22.3億m3，具有多年調節性能。由於太陽輻射、水庫形態、上遊來量及其水溫、取水口的位置、水庫調度方式等，使水庫的水溫在垂向存在明顯的分層現象。
[0039]已知此水庫壩前的水溫分布如下表I所示:
[0040]表I水庫壩前垂向水溫結果
[0041]
【權利要求】
1.一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，包括壩體，其特徵在於: 所述壩體的中部設有進水段，所述進水段上下兩側分別設有豎井，所述豎井由外豎井和與之連通的內豎井構成，所述外豎井與水庫連通； 所述進水段內設有水平進水管道，所述水平進水管道通過縱向進水管道與兩側的豎井連通； 所述內豎井中沿豎直方向設置有滑動軌道，所述滑動軌道上安裝有軌道式升降機，所述軌道式升降機與縱向進水管道之間依次連接有連接件、攔汙罩、喇叭形連接管和伸縮套管，所述伸縮套管與縱向進水管道之間設有閥門； 所述外豎井及水平進水管道的進水口設置有攔汙柵，所述水平進水管道內設置有工作閘門，所述工作閥門位於進水口內的攔汙柵與縱向進水管道之間。
2.根據權利要求1所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述的伸縮套管由多個不同直徑的單節管件構成，其中:除最內節的管件之外，其他管件靠近攔汙罩的一端與其緊鄰的內側管件之間設有環形卡環，所述伸縮套管內所有的單節管件靠近閥門的埠外側均設有與環形卡環相匹配的凸緣。
3.根據權利要求2所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述伸縮套管的單節管件中，除最外節管件之外，其他管件上的凸緣外側及所有環形卡環的內側均有設置O型環密封裝置。
4.根據權利要求2或3所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述的伸縮套管的單節管件中，除最外節管件之外，其他管件側壁上在靠近凸緣位置處開有排水口，所述排水孔中設置有單向閥。
5.根據權利要求1所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述水平進水管道遠離水庫的一端設置有檢修閥門。
6.根據權利要求1所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述閥門為大型進水蝶閥。
7.根據權利要求1所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述外豎井及水平進水管道中的攔汙柵為一體式結構，貫穿進水段及其上下兩側豎井。
8.根據權利要求1所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述豎井的截面為凸字形，所述外豎井的截面為長方形，內豎井的截面為正方形。
9.根據權利要求2所述的一種採用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特徵在於:所述的伸縮套管採用鋼骨架塑料複合管。
【文檔編號】E02B8/00GK103498445SQ201310467327
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2013年10月9日
【發明者】戴會超, 高興傑, 戴凌全, 鄭鐵剛, 張鴻清, 毛勁喬, 柯雲 申請人:河海大學, 中國長江三峽集團公司