进水口设计

第七章水电站进水口及引水建筑物

重点：水电站有压进水口的类型及适用条件、位置选择原则、高程及轮廓尺寸的拟定，及进水口设备的布置；引水渠道和有压隧洞的作用、线路选择、断面设计和水

力计算方法；压力前池的作用、组成及尺寸确定。

第一节进水口的功用和要求

一、功用和和基本要求

1．功用：进水口是水电站水流的进口，是按照发电要求将水引入水电站的引水道。

2．基本要求

(1) 要有足够的进水能力

在任何工作水位下，进水口都能引进必须的流量。因此在枢纽布置中必须合理按排进水口的位置和高程；进水口要水流平顺并有足够的断面尺寸，一般按水电站的最大引用流量Q max设计。

(2) 水质要符合要求

不允许有害泥沙和各种污物进入引水道和水轮机。进水口要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙设备。

(3) 水头损失要小

进水口位置要合理，进口轮廓平顺、流速较小，尽可能减小水头损失。

(4)可控制流量

进水口须设置闸门，以便在事故时紧急关闭，截断水流，避免事故扩大，也为引水系统的检修创造条件。对于无压引水式电站，引用流量的大小也由进口闸门控制。

(5) 满足水工建筑物的一般要求

进水口要有足够的强度、刚度和稳定性，结构简单，施工方便，造型美观，便于运行、维护和检修。

二、类型

按水流条件分，水电站进水口分为有压进水口和无压进水口两大类。

(1) 无压：类似于水闸，水流为明流，引表层水为主，适用于无压引水式电站。

(2) 有压：进水口在最低水位以下，水流为有压流，以引深层水为主。适用于坝式、有压引水式、混合式水电站。

第二节有压进水口

一、有压进水口的类型及适用条件

后接有压引水道，引水库深层水为主

1．隧洞式进水口

隧洞式进水口

特征：在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安置在竖井中，竖井的顶部布置启闭机及操纵室，渐变段之后接隧洞洞身。

适用：工程地质条件较好，岩体比较完整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况。

2．墙式进水口

墙式进水口

特征：进口段、闸门段和闸门竖井均布置在山体之外，形成一个紧靠在山岩上的单独墙式建筑物，承受水压及山岩压力。要有足够的稳定性和强度。

适用：地质条件差，山坡较陡，不易挖井的情况

3．塔式进水口

塔式进水口

特征：进口段及闸门段及其一部框架形成一个塔式结构，耸立在水库之中，塔顶设操纵平台和启闭机室，用工作桥与岸边或坝顶相连。塔式进水口可一边或四周进水。

适用：当地材料坝、进口处山岩较差、岸坡又比较平缓。

4．坝式进水口

特征：进水口依附在坝体的上游面上，并与坝内压力管道连接。进口段和闸门段常合二

为一，布置紧凑。

适用：混凝土重力坝的坝后式厂房、坝内式厂房和河床式厂房。

二、有压进水口的位置、高程及轮廓尺寸

(一) 有压进水口的位置

原则：水流平顺、对称，不发生回流和旋涡，不出现淤积，不聚集污物，泄洪时仍能正常进水。进水口后接压力隧洞，应与洞线布置协调一致，选择地形、地质及水流条件均较好的位置。

(二) 有压进水口高程

原则：进水口顶部高程应低于最低死水位，并有一定的埋深；底部高程应高于淤沙高程。

1．顶部高程：以不出现吸气漩涡为原则（带入空气、吸入漂浮物影响正常发电）

S临界=cv

d ——闸门净高(m)，v ——闸门断面流速(m/s)，c——经验系数，0.55~0.73

S ——闸门顶低于最低水位的临界淹没深度。

2．底部高程：

进水口的底部高程通常在水库设计淤沙高程以上0.5~1.0m，当设有冲沙设备时，应根据排沙情况而定。

(三) 有压进水口的轮廓尺寸

进水口一般由进口段、闸门段和渐变段组成。进水口的轮廓应使流平顺，流速变化均匀，水流与四周侧壁之间无负压及涡流。进口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右。

(1) 进口段。作用是连接拦污栅与闸门段。

隧洞进口段为平底，两侧收缩曲线为四分之圆弧或双曲线，上唇收缩曲线一般为四分之一椭圆。进口段的长度没有一定标准，在满足工程结构布置与水流顺畅的条件下，尽可能紧凑。

(2) 闸门段。闸门段是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此段布置。

d

闸门段一般为矩形，事故闸门净过水面积为(1.1~1.25)洞面积,检修闸门孔口与此相等或稍大。门宽B等于洞径D，门高略大于洞径D。

(3) 渐变段。渐变段是矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。

通常采用圆角过渡，圆角半径r可按直线规律变为隧洞半径R；渐变段的长度一般为隧洞直径的1.5~2.0倍；侧面收缩角为6˚~8°为宜，一般不超过10°。

(4) 坝式进水口

为了适应坝体的结构要求，坝式进水口的长度要缩短，进口段与闸门段常合二为一。

坝式进水口做成矩形喇叭口状，其渐变段长度一般取引水道直径的1.0~1.5倍。

三、有压进水口的主要设备

有压进水口主要设置拦污设备、闸门及其启闭设备、通气孔及充水阀等。

(一) 拦污设备(trash rack或trash screen)

作用：防止有害污物进入进水口，防止漂浮物进入进水口，影响过水能力。

1．作用：防止有害污物进入进水口，防止漂浮物进入进水口，影响过水能力。

2．布置：(1) 平面倾斜：倾角一般为60~700。过水断面大，易于清污，适用于洞式、岸墙式。

(2) 平面直立：适用塔式、坝式

(3) 多边形：增大过水面积，结构复杂，适用坝式水口。

倾斜式直立式

3．结构：

支承结构：一般金属框架或钢筋混凝土结构；

栅片结构：由若干栅片组成，栅片放在支承结构的栅槽中。经常提放（修理、清污)；尺寸为4.5×2.5m(高×宽)

4．清污及防冻：定期清污（人工、机械）

注：拦污栅框架顶部应高出需要清污时的相应水库水位

5．设计

(1) 过栅流速：v≯1m/s