一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，包括壩體，所述壩體中部設(shè)有進(jìn)水段，所述進(jìn)水段上下兩側(cè)分別設(shè)有豎井，所述進(jìn)水段內(nèi)設(shè)有水平進(jìn)水管道，所述水平進(jìn)水管道通過縱向進(jìn)水管道與兩側(cè)的豎井連通；各豎井由內(nèi)外豎井組成，內(nèi)豎井中沿豎直方向設(shè)置有滑動軌道，所述滑動軌道上安裝有軌道式升降機(jī)，所述軌道式升降機(jī)與縱向進(jìn)水管道之間依次連接有連接件、攔污罩、喇叭形連接管和伸縮套管，所述伸縮套管與縱向進(jìn)水管道之間設(shè)有閥門；所述水平進(jìn)水管道內(nèi)設(shè)置有工作閘門；本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)不同深度取水，擴(kuò)大了取水的溫度范圍；提高了取水操作的靈活性、安全性和穩(wěn)定性；可廣泛用于中低水頭分層型水庫，滿足水庫下游的用水需求。
【專利說明】一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，屬于水利水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)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(jīng)濟(jì)社會效益，隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)，水庫對水環(huán)境的影響逐漸也為人們所熟知。水庫蓄水后，庫區(qū)形成了巨大的水域，它不僅可以調(diào)節(jié)河流徑流量，而且對庫內(nèi)的熱能起到調(diào)節(jié)作用。受氣候變化、出入流水溫、蒸發(fā)及水的理化特性等影響，水庫形成了特有的溫度場。根據(jù)我國現(xiàn)行的水庫環(huán)境影響評價(jià)中，若多年平均入庫徑流量與總庫容的比值小于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(jié)構(gòu)常年處于分層狀態(tài)，以國內(nèi)某典型分層水庫為例，根據(jù)多年壩前垂向水溫實(shí)測資料分析，1-3月份，水庫處于封凍期，壩前水溫結(jié)構(gòu)呈逆溫分布，庫表水溫接近0.(TC，庫底水溫維持在3.(TC?4.(TC范圍，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(tài)，表層和庫底溫差為1.TC。5月份以后，隨著氣溫逐漸升高，表層水體繼續(xù)吸熱，在水下20-30m范圍內(nèi)逐漸形成溫躍層，水庫進(jìn)入分層狀態(tài)。7、8月份，庫區(qū)表層水體溫度升至最高，達(dá)26.6°C，庫區(qū)垂向水體溫差也達(dá)最大值，18.5°C左右，溫差主要集中在水下30m內(nèi)。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，并與下層溫水對流摻混，形成秋季的水庫大翻轉(zhuǎn)，同溫層厚度逐漸增加，庫底水溫持續(xù)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(tài)。持續(xù)的氣溫降低使表層水體繼續(xù)冷卻下沉，當(dāng)庫區(qū)表層水溫降至4.(TC左右，表層水體繼續(xù)失熱，垂向形成逆溫分布，當(dāng)表層水體進(jìn)一步降至0.(TC后，水庫結(jié)冰封凍形成冰蓋進(jìn)入冰封期。
[0004]對于這些典型的分層型水庫，水電站在運(yùn)行過程中，取水高程決定取水水溫。近年來，隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的日益增強(qiáng)，對于大型深水庫采取分層取水的措施來解決水庫水溫分層和水庫下泄需求水溫之間的矛盾逐漸為建設(shè)環(huán)保部門所認(rèn)可。采用水電站分層取水，目的是有選擇的下泄水庫不同溫度層的水體，進(jìn)而控制下泄水溫，以滿足供水、灌溉、下游水生生物生境等需求。
[0005]目前大中型水庫多采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采用壩內(nèi)埋設(shè)多層取水管的取水方式。疊梁門分層取水方式主要下泄表層高溫水，可調(diào)整性低，對于多目標(biāo)取水工程而言適用性差，對下游生態(tài)環(huán)境產(chǎn)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，但底孔泄流量有限，且用底孔泄放水庫底部較冷的水流來保護(hù)喜冷生物會導(dǎo)致發(fā)電量顯著減少；壩內(nèi)埋設(shè)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(yè)用水要求。對于70m以下的中低水頭水庫，上述的取水方式都無法實(shí)現(xiàn)特定溫度層取水以及在動水中調(diào)節(jié)的功能。
[0006]因此，目前亟需一種取水水溫范圍大、調(diào)整性好、適用性廣、發(fā)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，并且下泄水溫滿足下游的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)灌溉要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，可以實(shí)現(xiàn)不同深度取水，擴(kuò)大了取水的溫度范圍；提高了取水操作的靈活性、安全性和穩(wěn)定性；安裝方便快捷，減小了施工的難度和復(fù)雜程度，可廣泛用于中低水頭分層型水庫，滿足水庫下游的用水需求。
[0008]技術(shù)方案:本實(shí)用新型所述的一種采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(shè)有進(jìn)水段，所述進(jìn)水段上下兩側(cè)分別設(shè)有豎井，所述豎井由外豎井和與之連通的內(nèi)豎井構(gòu)成，所述外豎井與水庫連通；
[0009]所述進(jìn)水段內(nèi)設(shè)有水平進(jìn)水管道，所述水平進(jìn)水管道通過縱向進(jìn)水管道與兩側(cè)的豎井連通；
[0010]所述內(nèi)豎井中沿豎直方向設(shè)置有滑動軌道，所述滑動軌道上安裝有軌道式升降機(jī)，所述軌道式升降機(jī)與縱向進(jìn)水管道之間依次連接有連接件、攔污罩、喇叭形連接管和伸縮套管，所述伸縮套管與縱向進(jìn)水管道之間設(shè)有閥門；
[0011 ] 所述外豎井及水平進(jìn)水管道的進(jìn)水口設(shè)置有攔污柵，所述水平進(jìn)水管道內(nèi)設(shè)置有工作閘門，所述工作閥門位于進(jìn)水口內(nèi)的攔污柵與縱向進(jìn)水管道之間。
[0012]進(jìn)一步完善上述技術(shù)方案，所述的伸縮套管由多個(gè)不同直徑的單節(jié)管件構(gòu)成，其中:除最內(nèi)節(jié)的管件之外，其他管件靠近攔污罩的一端與其緊鄰的內(nèi)側(cè)管件之間設(shè)有環(huán)形卡環(huán)，所述伸縮套管內(nèi)所有的單節(jié)管件靠近閥門的端口外側(cè)均設(shè)有與環(huán)形卡環(huán)相匹配的凸緣。
[0013]進(jìn)一步地，所述伸縮套管的單節(jié)管件中，除最外節(jié)管件之外，其他管件上的凸緣外側(cè)及所有環(huán)形卡環(huán)的內(nèi)側(cè)均有設(shè)置O型環(huán)密封裝置。
[0014]進(jìn)一步地，所述的伸縮套管的單節(jié)管件中，除最外節(jié)管件之外，其他管件側(cè)壁上在靠近凸緣位置處開有排水口，所述排水孔中設(shè)置有單向閥。
[0015]進(jìn)一步完善上述技術(shù)方案，所述水平進(jìn)水管道遠(yuǎn)離水庫的一端設(shè)置有檢修閥門。
[0016]作為優(yōu)選，所述閥門為大型進(jìn)水蝶閥，可以控制伸縮套管的取水流量大小。
[0017]作為優(yōu)選，所述外豎井及水平進(jìn)水管道中的攔污柵為一體式結(jié)構(gòu)，貫穿進(jìn)水段及其上下兩側(cè)豎井。
[0018]作為優(yōu)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(nèi)豎井的截面為正方形。
[0019]作為優(yōu)選，所述的伸縮套管采用鋼骨架塑料復(fù)合管，與鋼制套管相比，鋼骨架塑料復(fù)合管顯著降低了鋼材用量，減小伸縮套管的重量。
[0020]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:本實(shí)用新型設(shè)置兩個(gè)伸縮套管，通過軌道式升降機(jī)帶動伸縮套管上下移動，可實(shí)現(xiàn)不同深度取水，擴(kuò)大了取水的溫度范圍；鋼骨架塑料復(fù)合管替代鋼制伸縮套管，減少了鋼材的使用量，減少了工程造價(jià)，降低了安裝的難度；強(qiáng)化了套管的密封效果，在伸縮套管伸縮時(shí)，排水孔和單向閥的存在，可以將兩密封環(huán)之間的水排到管道內(nèi)，使大壩操作更加靈活、穩(wěn)定、安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為實(shí)施例1所述一種采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(shí)施例1所述卡環(huán)及O型環(huán)密封裝置示意圖。
[0024]圖4為實(shí)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(jī)，5、連接件，6、攔污罩，7、喇叭形連接管，8、伸縮套管，9、環(huán)形卡環(huán)，10、O型環(huán)密封裝置，11、排水孔，12、閥門，13、進(jìn)水段，14、工作閘門，15、攔污柵，16、檢修閘門，17、凸緣，18、單向閥，19、縱向進(jìn)水管道，20、水平進(jìn)水管道，21、門式起重機(jī)，22、長方形豎井，23、正方形豎井。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0027]實(shí)施例1:如圖1至4所示，一種采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(shè)有高度為9m的進(jìn)水段13，在進(jìn)水段中部水平方向設(shè)有直徑為3m的水平進(jìn)水管道20，在進(jìn)水段上下兩側(cè)分別設(shè)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(cè)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(jìn)水段兩側(cè)的豎井通過與水平進(jìn)水管道連通的縱向進(jìn)水管道連接，其距離水平進(jìn)水管道的進(jìn)水口 13.lm，所述縱向進(jìn)水管道的直徑為3.4m、高度為3m。
[0028]在正方形豎井內(nèi)壁上沿順流方向?qū)ΨQ設(shè)置四個(gè)長度為38.3m的滑動軌道3，在滑動軌道3上設(shè)置高度為2m的軌道式升降機(jī)4，軌道式升降機(jī)4可沿著滑動軌道3上下滑動，軌道式升降機(jī)4通過長度為1.8m的連接件5與直徑為4.45m、高度為2.23m的攔污罩6鉸接相連，攔污罩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(nèi)節(jié)通過40個(gè)M27*90的螺栓相連，伸縮套管8的最外節(jié)套管通過法蘭與直徑為3.8m大型進(jìn)水蝶閥12相連，大型進(jìn)水蝶閥12通過50個(gè)M30X800的地腳螺栓固定于縱向進(jìn)水管路的兩端，水平進(jìn)水管道20前段設(shè)置攔污柵15和工作閘門14、后段設(shè)置檢修閘門16，攔污柵由20段高度為4m、寬度為8.6m攔污柵疊加而成，貫穿進(jìn)水段及其上下兩側(cè)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(jī)21啟閉，控制中部水平進(jìn)水管道20的進(jìn)水；檢修閘門16與工作閘門14尺寸相同，在機(jī)組檢修時(shí)關(guān)閉。
[0029]本實(shí)施例中，伸縮套管8為鋼骨架塑料復(fù)合管，與鋼制套管相比，鋼骨架塑料復(fù)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(gè)不同直徑的單節(jié)管件構(gòu)成，伸縮套管8除最內(nèi)節(jié)管件之外，其他管件靠近攔污罩6的一端與其緊鄰的內(nèi)側(cè)管件之間設(shè)有環(huán)形卡環(huán)9，所述伸縮套管8內(nèi)所有的單節(jié)管件靠近閥門12的端口外側(cè)均設(shè)有與環(huán)形卡環(huán)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(jié)管件中，除最外節(jié)管件之外，其他管件上的凸緣17外側(cè)及所有環(huán)形卡環(huán)9的內(nèi)側(cè)均有設(shè)置O型環(huán)密封裝置10。所述的伸縮套管8的單節(jié)管件中，除最外節(jié)管件之外，其他管件側(cè)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(shè)置有單向閥18。兩凸字形豎井中伸縮套管8的各個(gè)部件及其尺寸相同，但是布置方向相反。
[0031]在實(shí)際使用時(shí)，軌道式升降機(jī)4沿滑動軌道3自由滑動，從而帶動整個(gè)伸縮套管8沿豎向伸縮，根據(jù)取水溫度的需求，將喇叭形連接管7固定在某個(gè)固定高程上，伸縮套管8的單節(jié)管長、管道節(jié)數(shù)由水庫深度、取水水溫決定，本實(shí)施例中，伸縮套管共有三節(jié)，每節(jié)長度IOm,最內(nèi)節(jié)管件外徑為3m,中間管件外徑為3.4m,最外節(jié)管件外徑3.8m。由于水下壓力較大，O型環(huán)密封裝置10不能完全阻礙水的滲漏，當(dāng)軌道式升降機(jī)4上下移動時(shí)，相鄰管道壁之間滲入的水會阻礙伸縮套管8的運(yùn)動。因此，凸緣17上部設(shè)置兩個(gè)對稱布置的排水孔11，并在孔中設(shè)置直徑為5cm的單向閥18。此時(shí)，伸縮管道8運(yùn)動時(shí)，管壁之間滲漏的水會通過排水孔11流入管道中，由于單向閥18的存在，保證了水流動的單向性。
[0032]本實(shí)用新型所述的采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(gè)取水口，根據(jù)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(yīng)四種運(yùn)行工況:
[0033]第一工況:僅開啟上部大型進(jìn)水蝶閥，關(guān)閉工作閘門和下部大型進(jìn)水蝶閥，水從水庫依次進(jìn)入上部凸字形豎井、攔污罩、喇叭形連接管、上部伸縮套管、上部大型進(jìn)水蝶閥、壩內(nèi)管道、機(jī)組，軌道式升降機(jī)上下移動，獲取表層優(yōu)良水質(zhì)的水。
[0034]第二工況:僅工作閘門開啟，關(guān)閉上、下部大型進(jìn)水蝶閥，水從中部水平進(jìn)水管道流入機(jī)組，獲取水庫中部的水。
[0035]第三工況:僅開啟下部大型進(jìn)水蝶閥，關(guān)閉上部大型進(jìn)水蝶閥和工作閘門，水從水庫依次進(jìn)入下部凸字形豎井、攔污罩、喇叭形連接管、下部伸縮套管、下部大型進(jìn)水蝶閥、壩內(nèi)管道、機(jī)組，隨著軌道式升降機(jī)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(jìn)水蝶閥以及工作閘門的密封性能要求很高，由此實(shí)現(xiàn)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(jìn)水蝶閥、工作閘門，關(guān)閉下部進(jìn)水蝶閥，獲取水庫中上層的混合水，水庫上部水溫高、水質(zhì)好，水庫中部水溫低、水質(zhì)差，所獲取的水，既可以滿足下游的水質(zhì)、水溫要求，也可以改善水庫的水質(zhì)。
[0037]已知某一水庫，正常蓄水位為150m，相應(yīng)庫容為32.4億m3 ;死水位76.8m,相應(yīng)庫容為22.3億m3，具有多年調(diào)節(jié)性能。由于太陽輻射、水庫形態(tài)、上游來量及其水溫、取水口的位置、水庫調(diào)度方式等，使水庫的水溫在垂向存在明顯的分層現(xiàn)象。
[0038]已知此水庫壩前的水溫分布如下表I所示:
[0039]表I水庫壩前垂向水溫結(jié)果
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，包括壩體，其特征在于: 所述壩體的中部設(shè)有進(jìn)水段，所述進(jìn)水段上下兩側(cè)分別設(shè)有豎井，所述豎井由外豎井和與之連通的內(nèi)豎井構(gòu)成，所述外豎井與水庫連通； 所述進(jìn)水段內(nèi)設(shè)有水平進(jìn)水管道，所述水平進(jìn)水管道通過縱向進(jìn)水管道與兩側(cè)的豎井連通； 所述內(nèi)豎井中沿豎直方向設(shè)置有滑動軌道，所述滑動軌道上安裝有軌道式升降機(jī)，所述軌道式升降機(jī)與縱向進(jìn)水管道之間依次連接有連接件、攔污罩、喇叭形連接管和伸縮套管，所述伸縮套管與縱向進(jìn)水管道之間設(shè)有閥門； 所述外豎井及水平進(jìn)水管道的進(jìn)水口設(shè)置有攔污柵，所述水平進(jìn)水管道內(nèi)設(shè)置有工作閘門，所述工作閥門位于進(jìn)水口內(nèi)的攔污柵與縱向進(jìn)水管道之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述的伸縮套管由多個(gè)不同直徑的單節(jié)管件構(gòu)成，其中:除最內(nèi)節(jié)的管件之外，其他管件靠近攔污罩的一端與其緊鄰的內(nèi)側(cè)管件之間設(shè)有環(huán)形卡環(huán)，所述伸縮套管內(nèi)所有的單節(jié)管件靠近閥門的端口外側(cè)均設(shè)有與環(huán)形卡環(huán)相匹配的凸緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述伸縮套管的單節(jié)管件中，除最外節(jié)管件之外，其他管件上的凸緣外側(cè)及所有環(huán)形卡環(huán)的內(nèi)側(cè)均有設(shè)置O型環(huán)密封裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述的伸縮套管的單節(jié)管件中，除最外節(jié)管件之外，其他管件側(cè)壁上在靠近凸緣位置處開有排水口，所述排水孔中設(shè)置有單向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述水平進(jìn)水管道遠(yuǎn)離水庫的一端設(shè)置有檢修閥門。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述閥門為大型進(jìn)水蝶閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述外豎井及水平進(jìn)水管道中的攔污柵為一體式結(jié)構(gòu)，貫穿進(jìn)水段及其上下兩側(cè)豎井。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述豎井的截面為凸字形，所述外豎井的截面為長方形，內(nèi)豎井的截面為正方形。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用伸縮套管式分層取水的中低水頭大壩，其特征在于:所述的伸縮套管采用鋼骨架塑料復(fù)合管。
【文檔編號】E02B7/02GK203514265SQ201320621713
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】戴會超, 高興杰, 戴凌全, 鄭鐵剛, 張鴻清, 毛勁喬, 柯云 申請人:河海大學(xué), 中國長江三峽集團(tuán)公司