一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，包括坝体，所述坝体的中部设有进水段，所述进水段上下两侧分别设有竖井，所述进水段内设有水平进水管道，所述水平进水管道通过纵向进水管道与两侧的竖井连通；各竖井由内外竖井组成，内竖井中沿竖直方向设置有滑动轨道，所述滑动轨道上安装有轨道式升降机，所述轨道式升降机与纵向进水管道之间依次连接有连接件、拦污罩、喇叭形连接管和伸缩套管，所述伸缩套管与纵向进水管道之间设有阀门；所述水平进水管道内设置有工作闸门；本发明可以实现不同深度取水，扩大了取水的温度范围；提高了取水操作的灵活性、安全性和稳定性；可广泛用于中低水头分层型水库，满足水库下游的用水需求。
【专利说明】一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，属于水利水电工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前国内外有一批已建、在建或待建的大型水库，这些水库带来巨大经济社会效益，随着环保意识的增强，水库对水环境的影响逐渐也为人们所熟知。水库蓄水后，库区形成了巨大的水域，它不仅可以调节河流径流量，而且对库内的热能起到调节作用。受气候变化、出入流水温、蒸发及水的理化特性等影响，水库形成了特有的温度场。根据我国现行的水库环境影响评价中，若多年平均入库径流量与总库容的比值小于10，则该水库为典型分层型水库。
[0003]一些深水型水库的水温结构常年处于分层状态，以国内某典型分层水库为例，根据多年坝前垂向水温实测资料分析，1-3月份，水库处于封冻期，坝前水温结构呈逆温分布，库表水温接近0.(TC，库底水温维持在3.(TC?4.(TC范围，垂向平均温差为3.7°C左右。4月份，随着气温的升高，水库表层逐渐解冻，库表冷水在升温期气温、太阳辐射的作用下，表层水体得到热量而水温逐渐升高，垂向基本呈等温状态，表层和库底温差为1.TC。5月份以后，随着气温逐渐升高，表层水体继续吸热，在水下20-30m范围内逐渐形成温跃层，水库进入分层状态。7、8月份，库区表层水体温度升至最高，达26.6°C，库区垂向水体温差也达最大值，18.5°C左右，温差主要集中在水下30m内。9月份开始，随着气温下降，水体表层温度降低，密度较大的表层冷水逐渐下沉，并与下层温水对流掺混，形成秋季的水库大翻转，同温层厚度逐渐增加，库底水温持续缓慢升高，垂向温差减小，约到11月份形成第二次垂向等温状态。持续的气温降低使表层水体继续冷却下沉，当库区表层水温降至4.(TC左右，表层水体继续失热，垂向形成逆温分布，当表层水体进一步降至0.(TC后，水库结冰封冻形成冰盖进入冰封期。
[0004]对于这些典型的分层型水库，水电站在运行过程中，取水高程决定取水水温。近年来，随着生态环境保护意识的日益增强，对于大型深水库采取分层取水的措施来解决水库水温分层和水库下泄需求水温之间的矛盾逐渐为建设环保部门所认可。采用水电站分层取水，目的是有选择的下泄水库不同温度层的水体，进而控制下泄水温，以满足供水、灌溉、下游水生生物生境等需求。
[0005]目前大中型水库多采用叠梁门控制分层取水方式、多层取水口分层取水方式等，还有一些小型水利工程采用坝内埋设多层取水管的取水方式。叠梁门分层取水方式主要下泄表层高温水，可调整性低，对于多目标取水工程而言适用性差，对下游生态环境产生一定程度的影响；多层取水口取水方式，表层孔主要取高温水，底孔主要取低温水，但底孔泄流量有限，且用底孔泄放水库底部较冷的水流来保护喜冷生物会导致发电量显著减少；坝内埋设多层取水管的分层取水坝，只适合小流量、低水头的情况，主要满足市政及工业用水要求。对于70m以下的中低水头水库，上述的取水方式都无法实现特定温度层取水以及在动水中调节的功能。
[0006]因此，目前亟需一种取水水温范围大、调整性好、适用性广、发电效益高的分层取水大坝，允许电站在水库的不同深度取水，并且下泄水温满足下游的生态环境和农业灌溉要求。
【发明内容】
[0007]发明目的:本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，可以实现不同深度取水，扩大了取水的温度范围；提高了取水操作的灵活性、安全性和稳定性；安装方便快捷，减小了施工的难度和复杂程度，可广泛用于中低水头分层型水库，满足水库下游的用水需求。
[0008]技术方案:本发明所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，包括坝体，所述坝体的中部设有进水段，所述进水段上下两侧分别设有竖井，所述竖井由外竖井和与之连通的内竖井构成，所述外竖井与水库连通；
[0009]所述进水段内设有水平进水管道，所述水平进水管道通过纵向进水管道与两侧的竖井连通；
[0010]所述内竖井中沿竖直方向设置有滑动轨道，所述滑动轨道上安装有轨道式升降机，所述轨道式升降机与纵向进水管道之间依次连接有连接件、拦污罩、喇叭形连接管和伸缩套管，所述伸缩套管与纵向进水管道之间设有阀门；
[0011 ] 所述外竖井及水平进水管道的进水口设置有拦污栅，所述水平进水管道内设置有工作闸门，所述工作阀门位于进水口内的拦污栅与纵向进水管道之间。
[0012]进一步完善上述技术方案，所述的伸缩套管由多个不同直径的单节管件构成，其中:除最内节的管件之外，其他管件靠近拦污罩的一端与其紧邻的内侧管件之间设有环形卡环，所述伸缩套管内所有的单节管件靠近阀门的端口外侧均设有与环形卡环相匹配的凸缘。
[0013]进一步地，所述伸缩套管的单节管件中，除最外节管件之外，其他管件上的凸缘外侧及所有环形卡环的内侧均有设置0型环密封装置。
[0014]进一步地，所述的伸缩套管的单节管件中，除最外节管件之外，其他管件侧壁上在靠近凸缘位置处开有排水口，所述排水孔中设置有单向阀。
[0015]进一步完善上述技术方案，所述水平进水管道远离水库的一端设置有检修阀门。
[0016]作为优选，所述阀门为大型进水蝶阀，可以控制伸缩套管的取水流量大小。
[0017]作为优选，所述外竖井及水平进水管道中的拦污栅为一体式结构，贯穿进水段及其上下两侧竖井。
[0018]作为优选，所述竖井的截面为凸字形，所述外竖井的截面为长方形，内竖井的截面为正方形。
[0019]作为优选，所述的伸缩套管采用钢骨架塑料复合管，与钢制套管相比，钢骨架塑料复合管显著降低了钢材用量，减小伸缩套管的重量。
[0020]本发明与现有技术相比，其有益效果是:本发明设置两个伸缩套管，通过轨道式升降机带动伸缩套管上下移动，可实现不同深度取水，扩大了取水的温度范围；钢骨架塑料复合管替代钢制伸缩套管，减少了钢材的使用量，减少了工程造价，降低了安装的难度；强化了套管的密封效果，在伸缩套管伸缩时，排水孔和单向阀的存在，可以将两密封环之间的水排到管道内，使大坝操作更加灵活、稳定、安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为实施例1所述一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝的纵向剖面示意图。
[0022]图2为图1的AA剖面示意图。
[0023]图3为实施例1所述卡环及0型环密封装置示意图。
[0024]图4为实施例1所述排水孔及单向阀示意图。
[0025]图中:1、坝体，2、竖井，3、滑动轨道，4、轨道式升降机，5、连接件，6、拦污罩，7、喇叭形连接管，8、伸缩套管，9、环形卡环，10、0型环密封装置，11、排水孔，12、阀门，13、进水段，14、工作闸门，15、拦污栅，16、检修闸门，17、凸缘，18、单向阀，19、纵向进水管道，20、水平进水管道，21、门式起重机，22、长方形竖井，23、正方形竖井。
【具体实施方式】
[0026]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0027]实施例1:如图1至4所示，一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝包括坝体1，在坝体I中部设有高度为9m的进水段13，在进水段中部水平方向设有直径为3m的水平进水管道20，在进水段上下两侧分别设有与水库连通且高度为40m的凸字形竖井，此凸字形竖井由靠近水库侧顺流方向长度为7.3m、坝向长度为8.4m的截面为长方形的长方形竖井和与之连通的截面为边长9m正方形的正方形竖井组成，所述进水段两侧的竖井通过与水平进水管道连通的纵向进水管道连接，其距离水平进水管道的进水口 13.lm，所述纵向进水管道的直径为3.4m、高度为3m。
[0028]在正方形竖井内壁上沿顺流方向对称设置四个长度为38.3m的滑动轨道3，在滑动轨道3上设置高度为2m的轨道式升降机4，轨道式升降机4可沿着滑动轨道3上下滑动，轨道式升降机4通过长度为1.8m的连接件5与直径为4.45m、高度为2.23m的拦污罩6铰接相连，拦污罩6与高度为0.7m长的喇叭形连接管7焊接相连，喇叭形连接管7与伸缩套管8最内节通过40个M27*90的螺栓相连，伸缩套管8的最外节套管通过法兰与直径为3.8m大型进水蝶阀12相连，大型进水蝶阀12通过50个M30X800的地脚螺栓固定于纵向进水管路的两端，水平进水管道20前段设置拦污栅15和工作闸门14、后段设置检修闸门16，拦污栅由20段高度为4m、宽度为8.6m拦污栅叠加而成，贯穿进水段及其上下两侧的长方形竖井22，工作闸门14高度为5m、宽度为8.6m，通过门式起重机21启闭，控制中部水平进水管道20的进水；检修闸门16与工作闸门14尺寸相同，在机组检修时关闭。
[0029]本实施例中，伸缩套管8为钢骨架塑料复合管，与钢制套管相比，钢骨架塑料复合管显著降低了钢材用量，减小伸缩套管8的整体重量。伸缩套管8是由多个不同直径的单节管件构成，伸缩套管8除最内节管件之外，其他管件靠近拦污罩6的一端与其紧邻的内侧管件之间设有环形卡环9，所述伸缩套管8内所有的单节管件靠近阀门12的端口外侧均设有与环形卡环相匹配的径向长度为IOcm的凸缘17。[0030]所述伸缩套管8的单节管件中，除最外节管件之外，其他管件上的凸缘17外侧及所有环形卡环9的内侧均有设置0型环密封装置10。所述的伸缩套管8的单节管件中，除最外节管件之外，其他管件侧壁上在靠近凸缘17位置处开有排水孔11，所述排水孔11中设置有单向阀18。两凸字形竖井中伸缩套管8的各个部件及其尺寸相同，但是布置方向相反。
[0031]在实际使用时，轨道式升降机4沿滑动轨道3自由滑动，从而带动整个伸缩套管8沿竖向伸缩，根据取水温度的需求，将喇叭形连接管7固定在某个固定高程上，伸缩套管8的单节管长、管道节数由水库深度、取水水温决定，本实施例中，伸缩套管共有三节，每节长度IOm,最内节管件外径为3m,中间管件外径为3.4m,最外节管件外径3.8m。由于水下压力较大，0型环密封装置10不能完全阻碍水的渗漏，当轨道式升降机4上下移动时，相邻管道壁之间渗入的水会阻碍伸缩套管8的运动。因此，凸缘17上部设置两个对称布置的排水孔11，并在孔中设置直径为5cm的单向阀18。此时，伸缩管道8运动时，管壁之间渗漏的水会通过排水孔11流入管道中，由于单向阀18的存在，保证了水流动的单向性。
[0032]本发明所述的采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝包括坝体，共有上中下三个取水口，根据取水的需要，共有上、中、下、上中四种取水口组合，而伸缩套管高程的不同，使取水的水温组合更加多样化。四种取水口组合对应四种运行工况:
[0033]第一工况:仅开启上部大型进水蝶阀，关闭工作闸门和下部大型进水蝶阀，水从水库依次进入上部凸字形竖井、拦污罩、喇叭形连接管、上部伸缩套管、上部大型进水蝶阀、坝内管道、机组，轨道式升降机上下移动，获取表层优良水质的水。
[0034]第二工况:仅工作闸门开启，关闭上、下部大型进水蝶阀，水从中部水平进水管道流入机组，获取水库中部的水。
[0035]第三工况:仅开启下部大型进水蝶阀，关闭上部大型进水蝶阀和工作闸门，水从水库依次进入下部凸字形竖井、拦污罩、喇叭形连接管、下部伸缩套管、下部大型进水蝶阀、坝内管道、机组，随着轨道式升降机上下移动，通过虹吸的方式取水，获取水库底部的低温水，但是这对上部大型进水蝶阀以及工作闸门的密封性能要求很高，由此实现了高吸程、大管径的虹吸式取水。
[0036]第四工况:开启上部大型进水蝶阀、工作闸门，关闭下部进水蝶阀，获取水库中上层的混合水，水库上部水温高、水质好，水库中部水温低、水质差，所获取的水，既可以满足下游的水质、水温要求，也可以改善水库的水质。
[0037]已知某一水库,正常蓄水位为150m,相应库容为32.4亿m3 ;死水位76.8m,
[0038]相应库容为22.3亿m3，具有多年调节性能。由于太阳辐射、水库形态、上游来量及其水温、取水口的位置、水库调度方式等，使水库的水温在垂向存在明显的分层现象。
[0039]已知此水库坝前的水温分布如下表I所示:
[0040]表I水库坝前垂向水温结果
[0041]
【权利要求】
1.一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，包括坝体，其特征在于: 所述坝体的中部设有进水段，所述进水段上下两侧分别设有竖井，所述竖井由外竖井和与之连通的内竖井构成，所述外竖井与水库连通； 所述进水段内设有水平进水管道，所述水平进水管道通过纵向进水管道与两侧的竖井连通； 所述内竖井中沿竖直方向设置有滑动轨道，所述滑动轨道上安装有轨道式升降机，所述轨道式升降机与纵向进水管道之间依次连接有连接件、拦污罩、喇叭形连接管和伸缩套管，所述伸缩套管与纵向进水管道之间设有阀门； 所述外竖井及水平进水管道的进水口设置有拦污栅，所述水平进水管道内设置有工作闸门，所述工作阀门位于进水口内的拦污栅与纵向进水管道之间。
2.根据权利要求1所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述的伸缩套管由多个不同直径的单节管件构成，其中:除最内节的管件之外，其他管件靠近拦污罩的一端与其紧邻的内侧管件之间设有环形卡环，所述伸缩套管内所有的单节管件靠近阀门的端口外侧均设有与环形卡环相匹配的凸缘。
3.根据权利要求2所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述伸缩套管的单节管件中，除最外节管件之外，其他管件上的凸缘外侧及所有环形卡环的内侧均有设置O型环密封装置。
4.根据权利要求2或3所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述的伸缩套管的单节管件中，除最外节管件之外，其他管件侧壁上在靠近凸缘位置处开有排水口，所述排水孔中设置有单向阀。
5.根据权利要求1所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述水平进水管道远离水库的一端设置有检修阀门。
6.根据权利要求1所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述阀门为大型进水蝶阀。
7.根据权利要求1所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述外竖井及水平进水管道中的拦污栅为一体式结构，贯穿进水段及其上下两侧竖井。
8.根据权利要求1所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述竖井的截面为凸字形，所述外竖井的截面为长方形，内竖井的截面为正方形。
9.根据权利要求2所述的一种采用伸缩套管式分层取水的中低水头大坝，其特征在于:所述的伸缩套管采用钢骨架塑料复合管。
【文档编号】E02B8/00GK103498445SQ201310467327
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】戴会超, 高兴杰, 戴凌全, 郑铁刚, 张鸿清, 毛劲乔, 柯云 申请人:河海大学, 中国长江三峡集团公司