用于引水发电工程的敞开式引水系统的制作方法

本实用新型涉及一种敞开式引水系统，尤其是涉及一种用于引水发电工程的敞开式引水系统，属于水利水电工程建筑物设计建造技术领域。

背景技术：

当水电站引水线路较长时，以及当机组运行中突然甩负荷关闭导叶时，由于水流的惯性作用，流道内会产生很大的水锤效应，易损毁发电设备。如果没有调压井，水锤会击毁导水叶和其它过流部件。为了释放流道内的水锤压力，常常在引水隧洞与压力管道交界处设置调压室，以避免压力管道中的水锤压力传递到引水隧洞中，影响引水隧洞结构安全。调压室一般是从山体中开挖出来的井式结构，称为调压井；调压室也可采用凸出地面的结构，成为调压塔。

由于连通管的效应，当机组正常运行时，调压室内水位与上游水库水位基本是平齐的；当机组甩负荷即关闭正在运行的机组导叶时，由于压力管道中的水锤产生涌波，调压室内的水位将高于上游库水位；当机组增负荷即开启未运行的机组的导叶时，由于压力管道中的水锤作用，调压室内的水位将低于上游库水位。由此，对于调压室而言，为满足甩负荷时涌波水位的要求，其结构顶高程必须是大于上游水库水位的。

目前，水电站引水系统常用的布置型式的结构特征为：1从上游至下游，引水系统由引水隧洞、调压室、压力管道组成；2引水隧洞和压力钢管采用地下埋藏式，在岩质山体中开挖而成；3调压室采用调压井型式，在岩质山体中井挖形成，调压室部位的地形要高于上游水库水位。该结构的优点为：该结构能够较好地适应岩质山体地区的地形、地质条件。当引水线路地形低于上游水库水位，且以覆盖层地质条件为主时，该结构将出现以下问题：1覆盖层成洞条件差，施工成本大，引水隧洞和压力管道采用地下埋藏式的经济性较差；2调压室部位地形低于上游水库水位，如采用调压井型式，不能满足甩负荷时调压室内涌波水位的要求；3引水线路以覆盖层为主，基础承载能力低，如采用混凝土调压塔结构，由于重量较大，可能会无法满足基础承载力要求，进而发生基础沉陷或不均匀沉降。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，施工成本较为低廉且能很好的保证引水发电设备安全运行的用于引水发电工程的敞开式引水系统。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于引水发电工程的敞开式引水系统，包括输水管道，所述的敞开式引水系统还包括自适应水压调节装置，所述的输水管道为沿引水线路地形布置在覆盖层基础上的钢质输水管道，所述的自适应水压调节装置插接在所述输水管道的输出端上；引水发电过程中，所述输水管道内的异常水压通过所述的自适应水压调节装置消除。

本实用新型的有益效果是：本申请通过设置一套包括自适应水压调节装置和输水管道的敞开式引水系统，并将所述的输水管道设置成沿引水线路地形布置在覆盖层基础上的钢质输水管道，然后将所述的自适应水压调节装置插接在所述输水管道的输出端上。再在引水发电过程中，使所述输水管道内的异常水压通过所述的自适应水压调节装置消除。这样，由于所述的钢质输水管道是沿引水线路地形布置在覆盖层基础上的，从而可以省去在岩质基础上的大量开挖工作，同时，由于将现有的混凝土结构且埋设在岩质基础内的调压井改进为了自适应水压调节装置，还可以省去建造调压井需要的基础开挖，进而达到大量降低和减少基础开挖工作量的目的，实现降低施工成本的目标。而且由于将现有的调压井结构改进为自适应水压调节装置的结构后，还可以使起调压作用的自适应水压调节装置的结构与现有的调压井的结构相比更加的简单，以及能很好的保证引水发电设备安全运行。

进一步的是，所述的钢质输水管道包括钢质引水管和构成末段输水管道的钢质压力管，所述的钢质引水管通过钢筋混凝土镇墩固定在所述的覆盖层基础上，所述的自适应水压调节装置插接在所述钢质引水管与所述钢质压力管的交接处。

上述方案的优选方式是，所述的自适应水压调节装置包括调压塔和预埋过渡管，所述调压塔的顶部为敞开结构，调压塔敞开的该顶部的高程不低于上游侧的最高水位，从底部与所述调压塔连通的预埋过渡管插接在所述输水管道的输出端上。

进一步的是，所述的调压塔为钢质圆筒型调压塔。

进一步的是，所述的自适应水压调节装置还包括混凝土基座，所述调压塔的中下部和所述的预埋过渡管均布置在所述的混凝土基座中。

上述方案的优选方式是，在所述混凝土基座的下方还设置有混凝土基础，所述的混凝土基座通过所述的混凝土基础固定在开挖基础内。

进一步的是，在所述的开挖基础内还设置有摩擦柱，所述摩擦柱的顶端与所述的混凝土基础连接。

附图说明

图1为本实用新型用于引水发电工程的敞开式引水系统的平面布置图；

图2为本实用新型用于引水发电工程的敞开式引水系统的剖面视图；

图3为图2的I部放大图。

图中标记为：输水管道1、自适应水压调节装置2、覆盖层基础3、钢质引水管4、钢质压力管5、钢筋混凝土镇墩6、调压塔7、预埋过渡管8、混凝土基座9、混凝土基础10、摩擦柱11。

具体实施方式

如图1、图2以及图3所示是本实用新型提供的一种结构简单，施工成本较为低廉且能很好的保证引水发电设备安全运行的用于引水发电工程的敞开式引水系统。所述的开敞式引水系统，包括输水管道1，所述的敞开式引水系统还包括自适应水压调节装置2，所述的输水管道1为沿引水线路地形布置在覆盖层基础3上的钢质输水管道，所述的自适应水压调节装置2插接在所述输水管道1的输出端上；引水发电过程中，所述输水管道1内的异常水压通过所述的自适应水压调节装置2消除。本申请通过设置一套包括自适应水压调节装置2和输水管道1的开敞式引水系统，并将所述的输水管道1设置成沿引水线路地形布置在覆盖层基础3上的钢质输水管道，然后将所述的自适应水压调节装置2插接在所述输水管道1的输出端上。再在引水发电过程中，使所述输水管道内的异常水压通过所述的自适应水压调节装置 2消除。这样，由于所述的钢质输水管道是沿引水线路地形布置在覆盖层基础3上的，从而可以省去在岩质基础上的大量开挖工作，同时，由于将现有的混凝土结构且埋设在岩质基础内的调压井改进为了自适应水压调节装置2，还可以省去建造调压井需要的基础开挖，进而达到大量降低和减少基础开挖工作量的目的，实现降低施工成本的目标。而且由于将现有的调压井结构改进为自适应水压调节装置2的结构后，还可以使起调压作用的自适应水压调节装置2的结构与现有的调压井的结构相比更加的简单，以及能很好的保证引水发电设备安全运行。

上述实施方式中，结合所述的钢质输水管道包括钢质引水管4和构成末段输水管道的钢质压力管5的结构特点，为了最大限度的减少开挖量，同时又能保证对所述钢质输水管道的固定质量，所述的钢质引水管通过钢筋混凝土镇墩6固定在所述的覆盖层基础3上，此时，所述自适应水压调节装置2最优选的安装结构为插接在所述钢质引水管4与所述钢质压力管 5的交接处。进一步的，为了既保证所述自适应水压调节装置2的自调压功能，同时又使其结构更为简洁，以降低生产成本，本申请将所述的自适应水压调节装置2设置成包括调压塔 7和预埋过渡管8的结构，并将所述调压塔7的顶部设置为敞开结构，而且调压塔敞开的该顶部的高程不低于上游最高水位，从底部与所述调压塔7连通的预埋过渡管8插接在所述输水管道1的输出端上。这样，不管是甩负荷还是增负荷引起的水压波动均可以很安全的通顶部敞开的调压塔7自行调节，结构简单，制作、建造方便。此时，所述的调压塔7优选为钢质圆筒型调压塔。

结合本申请所述的调压塔7为钢质圆筒型调压塔的结构特点，为了减小安装该自适应水压调节装置2的基础开挖量，同时，又保证基安装的可靠性，所述的自适应水压调节装置2 还包括混凝土基座9，所述调压塔7的中下部和所述的预埋过渡管8均布置在所述的混凝土基座9中；在所述混凝土基座9的下方还设置有混凝土基础10，所述的混凝土基座9通过所述的混凝土基础10固定在开挖基础内；在所述开挖基础内还设置有摩擦柱11，所述摩擦柱11的顶端与所述的混凝土基础10连接。

综上所述，采用本申请提供的开敞式引水系统具有以下的有益效果：

1)引水钢管和压力钢管均为明钢管型式，直接沿引水线路地表布置即可，无需再进行覆盖层地下洞室开挖，施工难度大大降低，引水钢管和压力钢管的经济性也得到提高；

2)调压室采用了凸出地面布置的钢制调压塔结构，调压塔身的顶高程高于上游水库水位和甩负荷时最高涌波水位，能够满足释放机组甩负荷时压力钢管内水锤压力的要求；

3)钢制调压塔自重轻，且采用了大截面积的混凝土基础，及底部摩擦桩结构，能够适应覆盖层地基低地基承载力的要求，发生基础沉陷的风险大大降低。

实施例一

本实施例的主要结构特征：

a.引水系统由引水钢管、钢制调压塔和压力钢管组成；

b.引水钢管采用明钢管型式，沿引水线路地形布置，采用钢筋混凝土镇墩7固定于覆盖层基础上；

c.钢制调压塔由调压塔身、混凝土基座、混凝土基础及其下部的摩擦桩组成；调压塔身为圆筒型，顶高程高于上游水库水位和最高涌波水位，采用钢板卷板后焊接而成，调压塔身钢板深入到混凝土基座中，并与混凝土基座作预埋的工字钢相焊接；混凝土基座内部设置了预埋钢管与上游引水钢管和下游压力钢管相接，预埋钢管与调压塔身之间预埋了连接钢管；混凝土基础截面积大于混凝土基座，混凝土基础下部设置了摩擦桩；

d.压力钢管采用明钢管型式，采用钢筋混凝土镇墩固定在覆盖层基础上。

本实施例的有益效果

a.引水钢管和压力钢管均为明钢管型式，直接沿引水线路地表布置即可，无需再进行覆盖层地下洞室开挖，施工难度大大降低，引水钢管和压力钢管的经济性也得到提高。

b.调压室采用了凸出地面布置的钢制调压塔结构，调压塔身的顶高程高于上游水库水位和甩负荷时最高涌波水位，能够满足释放机组甩负荷时压力钢管内水锤压力的要求；

a)当机组正常运行时，挡水坝上游水库中水流沿取水口、引水钢管、钢制调压塔内的预埋钢管、压力钢管进入发电厂房，由于连通管的作用，部分水流由混凝土基座内预埋的连接钢管进入到调压塔身，调压塔身内的水位与上游水库水位齐平，低于调压塔身顶高程；

b)机组甩负荷时，压力钢管内产生水锤波向上游传播，经钢制调压塔时，水锤波通过混凝土基座内预埋的连接钢管进入到调压塔身，调压塔身内的水位抬高，水池波也得以释放。此时，调压塔身内的涌波水位仍低于调压塔身顶高程。

c.钢制调压塔自重轻，且采用了大截面积的混凝土基础，及底部摩擦桩结构，能够适应覆盖层地基低地基承载力的要求，发生基础沉陷的风险大大降低。