水電站攔污浮排裝置設(shè)計(jì)

1樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)廖方防洪工程位于江西省福州市福河市，距東鄉(xiāng)約45公里。這是一個(gè)集防洪和灌溉于一體的大型節(jié)水項(xiàng)目（2）。水庫(kù)總庫(kù)容4.32億m3,電站裝機(jī)容量49.5MW,水庫(kù)正常蓄水位65.00m,死水位及汛限水位61.00m,設(shè)計(jì)洪水位67.94m,校核洪水位68.44m,下游設(shè)計(jì)水位57.58m。樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)主要包括:引水發(fā)電系統(tǒng)、泄水系統(tǒng)(表孔和低孔)、東西岸灌溉渠首的閘門(mén)、攔污柵和啟閉設(shè)備,以及攔污浮排裝置和電氣控制設(shè)備,金屬結(jié)構(gòu)總用鋼量超過(guò)2600t。樞紐工程已于2005年12月通過(guò)安全鑒定和蓄水驗(yàn)收,并投入正常商業(yè)運(yùn)行。金屬結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)計(jì)洪水位的考驗(yàn),運(yùn)行狀況良好。特別是攔污浮排的設(shè)計(jì),攔污效果得到了運(yùn)行管理單位的好評(píng)。2攔污毒性設(shè)計(jì)工程引水發(fā)電系統(tǒng)安裝有3臺(tái)單機(jī)容量16.5MW、額定流量181.0m3/s的貫流式水輪發(fā)電機(jī)組,每臺(tái)發(fā)電機(jī)組配設(shè)1條引水流道。在進(jìn)水口設(shè)置了垂直活動(dòng)式平面鋼質(zhì)攔污柵和平面滑動(dòng)檢修鋼閘門(mén),廠房出水口每孔設(shè)有平面定輪、雙向擋水的事故檢修鋼閘門(mén)。為了減小進(jìn)水口攔污柵的孔口尺寸,在各引水道進(jìn)口處設(shè)有中間支墩,共形成6個(gè)孔口,每孔攔污柵的孔口尺寸為5.4m×22.03m(寬×高)。在施工圖設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)庫(kù)區(qū)污物情況作了調(diào)查,并結(jié)合水工建筑物總體布置情況,針對(duì)壩址上游流域以丘陵、山區(qū)為主,平時(shí)水庫(kù)中存在不少樹(shù)枝、樹(shù)根、各種雜草和農(nóng)耕稻草等漂浮物;洪水期水庫(kù)中有大量被洪水沖下的樹(shù)木、建筑構(gòu)件及各種生活垃圾等。如果采用人工清污,將費(fèi)時(shí)費(fèi)力,影響發(fā)電效益。因此,增設(shè)了清污機(jī)和攔污浮排裝置,清污機(jī)兼顧攔污柵啟閉的設(shè)計(jì)布置方案。攔污浮排裝置可以隨庫(kù)水位的升降而自動(dòng)升降,具有攔污、導(dǎo)排的功能。攔污浮排裝置的總體布置如圖1所示。3攔污浮排裝置設(shè)計(jì)該工程攔污浮排裝置的設(shè)計(jì),借鑒了國(guó)內(nèi)已建工程的成功經(jīng)驗(yàn),專程到廣東飛來(lái)峽、大朝山等工程參觀考察后,結(jié)合該工程的樞紐總體布置、庫(kù)區(qū)污物等實(shí)際情況,確定采用浮排、錨頭及垂直升降的卷?yè)P(yáng)機(jī)組成攔污浮排裝置。浮排直線長(zhǎng)275m,矢高15m,其兩端(上、下游)由活動(dòng)錨頭牽引和固定。由于受河道地形條件的限制,浮排布置與河床的水流方向夾角(約23°)偏大。為了防止浮排因回流作用反向拱起,在右岸設(shè)置了3根牽引鋼絲繩,在浮排下游端與錨頭連接處設(shè)有安全銷,當(dāng)超載時(shí),安全銷被破壞,不至于拉斷浮排而威脅發(fā)電設(shè)施的安全。浮排設(shè)計(jì)水頭差0.3m,牽引荷載1000kN,安全系數(shù)1.1。浮排由36節(jié)雙浮筒和掛柵構(gòu)成,每節(jié)長(zhǎng)度7.6m,節(jié)間十字鉸接可雙向轉(zhuǎn)動(dòng),每個(gè)浮筒直徑0.7m,掛柵高0.9m,柵條間距0.2m。兩端錨頭分別安裝在上、下游支墩內(nèi),錨頭結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)平面臺(tái)車式,浮排可隨著水庫(kù)水位在61.0～68.00m之間上下移動(dòng),由上、下游錨頭內(nèi)的QP-250kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)牽引。為了清污、檢修方便,設(shè)計(jì)還在雙浮筒上設(shè)有人行便橋,便橋的欄桿靠水流方向一側(cè)兼作攔柵,攔截表面漂浮物。橋面寬1.2m,攔柵高0.9m。雙浮筒下面的攔柵伸入水下1.37m,攔截水下污物。為了滿足錨頭與浮排同步升降,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地手動(dòng)、自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求,在上、下游錨頭支墩內(nèi)設(shè)有自動(dòng)數(shù)字式水位儀,在現(xiàn)地設(shè)有PLC電控柜,在電站中控室設(shè)置了接受和顯示錨頭行程、位置及故障的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。啟閉機(jī)啟動(dòng)條件設(shè)定為:當(dāng)庫(kù)水位與錨頭位置差值為0.1m時(shí),啟閉機(jī)自動(dòng)開(kāi)啟。攔污浮排裝置的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行檢驗(yàn),證明廖坊水利樞紐的攔污浮排裝置設(shè)計(jì)是成功的。電站進(jìn)水口前沿水面干凈明潔,雜物較少;浮排結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,受力明確,操作方便,實(shí)際運(yùn)用效果。得到了運(yùn)行管理單位的認(rèn)可。4項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和建議(1)浮排與河道主流方向角度的調(diào)整應(yīng)根據(jù)進(jìn)水口上游庫(kù)岸地形條件,在工程樞紐總體布置時(shí)盡可能將水電站進(jìn)水口設(shè)在凹形庫(kù)岸一側(cè),以便減少浮排與河床主流方向的夾角。根據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn),較佳夾角應(yīng)小于15°,一般夾角不應(yīng)大于30°。上游錨頭位置應(yīng)選擇滿足浮排工作水位變幅以及河床主流方向夾角較小的要求,錨頭與岸坡間可采用固定格柵閉合。下游錨頭應(yīng)設(shè)置在發(fā)電進(jìn)水口范圍外,并應(yīng)使漂浮物能夠通過(guò)排漂(泄流)孔順利排泄。(2)浮排視高、放流引力浮排在水流和風(fēng)力作用下為懸鏈曲線狀態(tài),設(shè)計(jì)時(shí)可簡(jiǎn)化成拋物線。根據(jù)懸鏈?zhǔn)芰Φ年P(guān)系公式,張力與浮排長(zhǎng)度成正比,與浮排矢高成反比。因此設(shè)計(jì)時(shí)要按實(shí)際情況合理取值。通常浮排長(zhǎng)度主要依據(jù)進(jìn)水口上游庫(kù)岸地形及布置而定,但不宜太長(zhǎng),特別是當(dāng)外荷載比較大時(shí),長(zhǎng)度一般控制在300m以內(nèi),以免張力太大而增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度和工程造價(jià)。浮排矢高偏大取值,雖然有利減小張力,但不利導(dǎo)排污物。因此,外荷載確定以后,矢高和張力可設(shè)定其中一個(gè)而求另一個(gè),經(jīng)反復(fù)比較后再確定。(3)降低試驗(yàn)樣本測(cè)量水位的準(zhǔn)確度錨頭與浮排