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某水库引水兼泄水系统金属结构的优化布置策略

时间:2020-09-16 来源:黑龙江水利科技 本文字数:3613字
作者:李维纬 单位:贵州新中水工程有限公司

  摘    要: 针对目前水库引水兼泄水系统金属结构布置工作开展存在的局限,文章以实际工程项目为例,分析了引水兼泄水系统金属结构的布置现状,并提出了优化控制的方法策略。结果表明,需与工程系统建设要求和金属结构作用状态进行结合,以提高系统结构作用的安全可靠性。

  关键词:  水库工程; 引水兼泄水系统; 金属结构; 放空;

  0 、引 言

  水库中的引水兼泄水系统,是维系工程建设安全可靠目标达成的关键,其金属结构更是保证系统运行耐久性的基础。为提高系统金属结构布置的科学合理性,工程建设者应对水库建设要求与引水兼泄水系统设置情况进行分析,以找出最具适用性的金属结构设备布置。如此,水库工程建设就可达到地区对灌溉、工业供水以及人畜供水的目标需求,进而推动现代化经济建设的全面发展进程。

  1 、工程概况

  西山水库位于从江县西山镇顶洞村,水库所在河流晚都河(顶洞河)为珠江流域柳江水系都柳江二级支流,一级支流为翠里河。工程任务为人畜供水、灌溉供水及工业供水。主要建筑物由高填充自密实混凝土砌石重力坝+坝身开敞式溢洪道+溢洪道左侧引水兼泄水系统等组成。推荐坝型为自密实混凝土砌石坝,最大坝高53.5m。水库的正常蓄水位294.00m,死水位266.00m,兴利调节库容为465.8万m3,总库容697万m3。为使工程建设满足所处地区各类水资源使用需求,相关建设者应对水库引水兼泄水系统金属结构的布置现状进行分析,以找出优化控制策略。

  2 、西山水库引水兼泄水系统金属结构的布置现状

  为了满足灌溉用水水温和水质的要求,引水兼泄水系统设置分层取水。引水兼泄水系统金属结构设备布置在溢洪道左侧,从取水兼放空管进口顺水流方向依次设置有拦污栅、分层取水隔水闸门、事故闸门和坝后放空偏心半球阀、灌溉供水活塞式多功能控制阀、人饮供水活塞式多功能控制阀及生态放水偏心半球阀,其主要功能是保证正常放空、供水和生态环境水下放[1]。

  此外,为进一步满足西山水库的灌溉要求,按照分层原则对取水口进行了布置。具体来说,就是拦污栅采用静水启闭操作运行方式;分层取水隔水阀门采用静水启闭运行方式,且与拦污栅共用一台台车式启闭机操作,并以钢丝绳和拉杆方式连接拦污栅和隔水闸门;事故闸门则采用动闭静启操作方式[2]。

  值得注意的是,由于拦污栅、隔水闸门、事故闸门的埋件都处于淹没状态,其检修维护需将水位降至取水口底槛以下,因此,在布置水库放空检修作业时,应一并检修维护。其中门(栅)体检修应在检修平台上进行,以保障作业安全稳定性[3]。
 

某水库引水兼泄水系统金属结构的优化布置策略
 

  3 、西山水库引水兼泄水系统金属结构的优化布置策略

  3.1 、取水兼放空管进口拦污栅

  拦污栅设置在取水兼放空管进口喇叭口处,孔口尺寸为1.5×17.0-3.0m(宽×高-设计水头,下同),单节拦污栅孔口尺寸为1.5×2.43-3.0m,共计7节拦污栅,采用多节拦污栅的方式,节与节之间采用不锈钢螺栓连接。底槛高程263.00m,检修平台高程301.00m,设计引用流量为0.835m3/s,生态水流量为0.265m3/s,合计为1.1m3/s,平均过栅流速0.062m/s,放空最大流量为16.02m3/s,设计水头3.0m,型式为平面滑动式拦污栅,操作运行条件为静水启闭,主支承采用增强四氟型滑块,单节拦污栅重量为1.07t,栅体总重7.5t,拉杆重2.5t,合计重10.0t,栅槽埋件重12.0t,栅体及埋件主材均选用Q235B。选用1台安装在304.50mm高程的QPT250KN-13m台车式移动卷扬启闭机控制,启闭机容量为250KN,扬程为13m,启闭机电动机功率为11kW,行走装置电动机功率为5.5kW。启闭机上设置荷载限制器、扬程指示装置、上下极限位置限制器及行程限制器[4]。

  拦污栅长期放置于取水兼放空管进口拦截污物,当水库需要放空时,静水整体提栅并分节放置于检修平台上。拦污栅前后设置有可靠的水位差检测装置(与其后1#隔水闸门共用),以监视拦污栅前后水位差,当拦污栅前后水位差检测装置显示水位差超过3m时,需关闭其后事故闸门,静水提栅至清污平台人工清污,避免出现超过设计水头的运行工况,防止事故发生。

  3.2 、取水兼放空管进口分层取水隔水闸门

  在拦污栅下游设置分层取水隔水闸门2扇,孔口尺寸均为1.5m×1.5m,顺水流方向依次是设置在263.00m高程的1#隔水闸门,设置在278.00m高程的2#隔水闸门。在水库取水时段,水库水位高于279.50m(含279.50m)时,开启2#隔水闸门取水,1#隔水闸门处于关闭状态;水库水位低于279.50m时,开启1#隔水闸门取水,2#隔水闸门处于关闭状态;当下游不需要取水时,可关闭其后事故闸门挡水。

  分层取水隔水闸门孔口尺寸均为1.5m×1.5m,1#隔水闸门底槛高程263.00m,检修平台高程299.50m,设计水头37m,总水压为899kN,闸门型式为平面定轮钢闸门,操作运行条件是静水启闭,主支承采用定轮,采用下游面板和下游止水的布置方式,门体及埋件主材均选用Q235B,门体重5.0t,拉杆重4.0t,合计重9.0t,埋件重14.0t。2#隔水闸门底槛高程278.00m,检修平台高程299.50m,设计水头22m,总水压为567kN,闸门型式为平面定轮钢闸门,操作运行条件是静水启闭,主支承采用定轮,采用下游面板和下游止水的布置方式,门体及埋件主材均选用Q235B,门体重5.0t,拉杆重2.0t,合计重7.0t,埋件重10.0t。隔水闸门与其前拦污栅共用1台QPT250KN-13m台车式移动卷扬启闭机控制,启闭机容量为250KN,扬程为13m,启闭机电动机功率为11kW,行走装置电动机功率为5.5kW[5]。

  对于启闭机,应设置荷载限制器、扬程指示装置、上下极限位置限制器及行程限制器。当隔水闸门需要启闭时,先关闭其后事故闸门,再静水启闭隔水闸门。值的注意的是,隔水闸门前后设置均有可靠的水位差检测装置,当隔水闸门前后水位差检测装置显示水位差不超过3m时方能启闭隔水闸门。

  3.3 、取水兼放空管进口事故闸门

  对于2#隔水闸门下游,应设置1扇事故闸门,孔口尺寸为1.5×1.5-37.0m,底槛高程263.00m,检修平台高程299.50m,设计水头37.0m,总水压为899kN,闸门型式为平面定轮钢闸门,操作运行条件是动闭静启,主支承采用定轮,采用下游面板和下游止水的布置方式,门体及埋件主材均主材选用Q235B,门体重5.0t,埋件重14.0t。选用1台安装在304.50mm高程的QPG400KN-39.0m高扬程卷扬式启闭机控制,启闭机容量为400KN,扬程为39.0m,电动机功率为11.0kW。启闭机上设置荷载限制器、扬程指示装置及上下极限位置限制器[6]。

  当管道、坝后放空偏心半球阀、灌溉供水活塞式多功能控制阀、人饮供水活塞式多功能控制阀、生态放水偏心半球阀需要检修,动水下闸挡水,待检修工作完成,先关闭坝后放空偏心半球阀、灌溉供水活塞式多功能控制阀、人饮供水活塞式多功能控制阀和生态放水偏心半球阀,采用小开度提门充水平压,当闸门前后水压差<3m时(水位差检测装置监控,与2#隔水闸门共用)静水启门,提升并锁锭于检修平台高程,最后开启灌溉供水活塞式多功能控制阀、人饮供水活塞式多功能控制阀、生态放水偏心半球阀向下游供水和下放生态环境水。事故闸门下游侧设置有1个φ400mm通气孔。

  3.4、 坝后放空阀门布置

  对于坝后放空闸门的顺水流方向,应在放空管出口φ1200mm主管末端位置设置1套DN1200mm放空阀门,管道中心高程263.75m,设计水头为36m,该阀为工作阀门,选用型号为PQ947H-06-DN1200偏心半球阀,公称压力为0.6MPa,操作方式为手电两用,电机功率5.5kW,运行条件为动水启闭,平时处于关闭状态,当水库需要放空时开启该阀。放空管末端接入溢洪道下游消力池护坦内,经消能后流入下游河床。放空偏心半球阀下游侧钢管上设置有法兰式管道伸缩节,型号为VSSJA-2-0.6MPa。为了防止偏心半球阀震动,在二期混凝土中预埋地脚螺栓,用地脚螺栓固定偏心半球阀底座。

  当水库需要放空时,先动水关闭进口事故闸门、坝后灌溉供水活塞式多功能控制阀、人饮供水活塞式多功能控制阀和生态放水偏心半球阀,静水提启取水兼放空管进口拦污栅和隔水闸门,拦污栅分节放置在检修平台上,隔水闸门提到孔口以上1.5m左右锁锭,再静水提启事故闸门,最后开启放空偏心半球阀放空水库。待放空任务完成后,先关闭放空偏心半球阀,静水复位拦污栅,按取水要求关闭隔水闸门,再开启灌溉供水活塞式多功能控制阀、人饮供水活塞式多功能控制阀、生态放水偏心半球阀供水和下放生态环境水[7]。

  4 、结 语

  综上所述,水库引水兼泄水系统金属结构的布置,应结合工程建设要求与结构作用状态来提升取水兼放空管进口拦污栅、取水兼放空管进口分层取水隔水闸门、取水兼放空管进口事故闸门以及坝后放空阀门布置的质量效果,进而使其高效服务于所处地区水资源的优化控制建设。

  参考文献

  [1]肖宇,陈铁,柯颢云.不同类型引水系统的水轮机调节系统模型仿真[J].电子科技,2019,32(03):15-20.
  [2]程志宇.白莲崖水库闸门金属结构的设计与分析[J].设备管理与维修,2019(04):170-172.
  [3]王代江.清沙河水库供水工程泄水建筑物的设计优化分析[J].黑龙江水利科技,2018,46(11):70-72.
  [4]胡嵩,王长江.前坪水库工程泄水建筑物金属结构设计及关键技术研究[J].治淮,2018(11):30-31.
  [5]王德丽.台江县空寨水库工程金属结构布置与设计[J].水利科学与寒区工程,2018,1(07):49-52.
  [6]江超,盛金保,朱沁夏.我国水库深孔泄水建筑物统计与闸门前堆积物现状调研分析[J].中国水利,2018(12):37-39.
  [7]沈晓钧,雷冠军,殷峻暹.引汉济渭工程泄水系统失效风险计算[J].水利水电技术,2018,49(06):126-134.

  原文出处:李维纬.西山水库引水兼泄水系统的金属结构研究[J].黑龙江水利科技,2020,48(07):87-88+236.
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