CN108468312B - 一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统，它包括沿引水隧洞末端布置至下游尾水隧洞的排水管道(1)，所述的排水管道(1)依次装设液控球阀(2)、液控针阀(3)、偏心旋流装置(4)、补气管(5)和液控刀阀(6)；所述的液控球阀(2)和液控针阀(3)之间安装有第一压力变送器(7)，所述的补气管(5)和液控刀阀(6)之间安装有第二压力变送器(8)；它克服了现有技术中首次充水试验后引水隧洞内可能含有较多的泥沙、石块，直接通过机组排放会对水轮机过流部件造成损伤的缺点，具有通过监控核心减压部件前后压力差实时调节液控针阀阀门开度，实现流量和压力的自动调控的优点。

Description

一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统

技术领域

本发明涉及到水利水电工程机电技术领域，更加具体地是一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统。

背景技术

对于具有长引水系统的水电站，在电站首次充水试验后或运行多年后需要检查引水隧洞时需要将引水系统内的积水排空，以方便工作人员进入流道进行检修维护。长引水、高水头电站引水系统排水量大、排水压力高，开发一种安全快速、有效消能而不对下游设施造成冲击的排水系统有其现实紧迫性。

常规的引水系统排水方案一般有如下几种：(1)在蜗壳低点装设盘形阀，将引水系统内水体排至下游尾水管。(2)通过技术供水系统管路将引水系统内水体排至下游尾水管。(3)为引水系统修建专用的检修排水隧洞，排出大部分水体后再通过压力钢管末端装设的排水阀将剩余水体排至下游尾水管。(4)过机排水，在机组开机或停机过程中，与上游快速工作闸门联动工作，在水轮发电机组空转状态下将引水系统内水体通过导叶、转轮直接排至下游尾水管。

上述几种方法对引水系统不长、水头不太高的电站是可行的，在实际工程案例中均有应用。然而对长引水系统高水头电站，上述方案都有着巨大的缺陷。对于高水头电站，采用盘形阀直接排水会产生严重的振动和汽蚀现象，甚至发生阀杆断裂、阀盘脱落等事故，存在着严重的安全风险。通过技术供水系统管路排水虽是一种较安全的排水方案，但仅适用于蜗壳取水作为技术供水水源的低水头电站。修建专用的检修排水隧洞则受到地形地势和地质条件等因素的限制，存在着施工难度大、投资大、排水期影响区域大等不利影响。如采用过机排放的方式，对长引水系统电站则需要水轮发电机组长时间保持空转状态，整个排水过程操作复杂，机组紧急停机时机难掌握，对操作人员要求高，操作风险大；且水轮发发电机组制造厂家一般会以机组的安全稳定运行为由不允许运行单位这样操作。另外，首次充水试验后引水隧洞内可能含有较多的泥沙、石块，直接通过机组排放会对水轮机过流部件造成损伤。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统。

本发明的目的是通过如下技术方案来实施的：一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统，它包括沿引水隧洞末端布置至下游尾水隧洞的排水管道，所述的排水管道依次装设液控球阀、液控针阀、偏心旋流装置、补气管和液控刀阀；所述的液控球阀和液控针阀之间安装有第一压力变送器，所述的补气管和液控刀阀之间安装有第二压力变送器；在所述的液控球阀和液控针阀之间引出一路检修排水管道，在所述的检修排水管道上依次设置有第一检修球阀和第二检修球阀，所述的检修排水管道的尾部与厂内集水井相连通；所述的排水管道一侧设置有阀门液控装置，所述的阀门液控装置分别引出三路管道，所述的三路管道分别与液控球阀、液控针阀和液控刀阀依次连接。

在上述技术方案中：当液控刀阀处于关闭状态时，所述的液控球阀和液控针阀均处于关闭状态。

在上述技术方案中：当所述的液控刀阀上游压力大于0.5Mpa时，所述的液控刀阀处于开启状态。

在上述技术方案中：当处于非排水工况时，所述的液控针阀处于关闭状态，所述的液控球阀和液控刀阀均处于全开状态；所述的第一检修球阀处于开启状态，所述的第二检修球阀处于关闭状态。

在上述技术方案中：当处于排水工况时，所述的液控球阀和液控刀阀处于全开状态，所述的液控针阀阀门开度与所述的第一压力变送器和第二压力变送器前后压力差相匹配。

在上述技术方案中：所述的阀门液控装置由PLC控制系统调节。

本发明具有如下优点：1、通过监控液控针阀3、偏心旋流装置4、补气管5前后压力差实时调节液控针阀阀门开度，实现流量和压力的自动调控。2、排水流量大，可达6-8m³/s；创造性的设计了偏心旋流装置4，减压效果好，经本系统消能减压后的水体出口压力对尾水隧洞基本无冲刷。3、减压排水过程调流特性好、流态稳定、安全性高，整套排水系统结构紧凑，操作简单。

附图说明

图1为本发明的总体结构图。

图2为本发明正常工作流程图。

图3为本发明检修工作流程图。

图中：排水管道1、液控球阀2、检修排水管道2.1、液控针阀3、偏心旋流装置4、补气管5、液控刀阀6、第一压力变送器7、第二压力变送器8、阀门液控装置9、第一检修球阀10、第二检修球阀11。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参照图1所示：一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统，它包括沿引水隧洞末端布置至下游尾水隧洞的排水管道1，所述的排水管道1依次装设液控球阀2、液控针阀3、偏心旋流装置4、补气管5和液控刀阀6；所述的液控球阀2和液控针阀3之间安装有第一压力变送器7，所述的补气管5和液控刀阀6之间安装有第二压力变送器8；在所述的液控球阀2和液控针阀3之间引出一路检修排水管道2.1，在所述的检修排水管道2.1上依次设置有第一检修球阀10和第二检修球阀11，所述的检修排水管道2.1的尾部与厂内集水井相连通；所述的排水管道1一侧设置有阀门液控装置9，所述的阀门液控装置9分别引出三路管道，所述的三路管道分别与液控球阀2、液控针阀3和液控刀阀6依次连接。

当液控刀阀6处于关闭状态时，所述的液控球阀2和液控针阀3均处于关闭状态。

当所述的液控刀阀6上游压力大于0.5Mpa时，所述的液控刀阀6处于开启状态。

当处于非排水工况时，所述的液控针阀3处于关闭状态，所述的液控球阀2和液控刀阀6均处于全开状态；所述的第一检修球阀10处于开启状态，所述的第二检修球阀11处于关闭状态。

当处于排水工况时，所述的液控球阀2和液控刀阀6处于全开状态，所述的液控针阀3阀门开度与所述的第一压力变送器7和第二压力变送器8前后压力差相匹配，由所述的阀门液控装置9调节。

长引水电站高水头大流量消能减压排水系统在水电站引水隧洞低点接入，经液控球阀2-液控针阀3-偏心旋流装置4-补气管5-液控刀阀6完成消能减压过程，排至下游尾水隧洞。第一压力变送器7安装在液控针阀3前，监控液控针阀3前压力。第二压力变送器8安装在补气管5后，监控消能减压后的排水压力。

本发明消能减压排水系统根据液控针阀3的运行状态分为正常工作流程和阀门检修流程，其中正常工作流程包含排水工况和非排水工况。

参照图2所示：当本发明消能减压排水系统处于正常工作流程、非排水工况时，液控针阀3处于全关位置，液控球阀2和液控刀阀6处于全开位置，水流被切断，系统不排水。此时第一检修球阀10处于开启状态，第二检修球阀11处于关闭状态。

当本发明消能减压排水系统处于正常工作流程、排水工况时，液控球阀2和液控刀阀6处于全开位置，操作阀门液控装置9开启液控针阀3。初始时液控针阀3处于全开位置，运行30秒水流稳定后，读取第一压力变送器7和第二压力变送器8的压力值。阀门液控装置9根据液控针阀3的通流能力特性曲线，结合第一压力变送器7和第二压力变送器8读取的效能减压前后的压力差值，自动调整阀门开度，使系统流量和压力差达到设定的目标值。整个调节过程由阀门液控装置9的PLC控制系统自动完成。

参照图3所示：当消能减压排水系统进入检修工作流程时：依次关闭液控球阀2和液控刀阀6，两检修阀门完全关闭后即可开启第一检修球阀10和第二检修球阀11，排空液控针阀3前后的积水，对液控针阀3进行检修。阀门检修完成后，依次关闭液控针阀3和第二检修球阀11，然后依次开启液控刀阀6和液控球阀2。确认各设备状态正常后，消能减压排水系统进入正常工作流程。

本发明还设置有控制系统，本发明中的控制系统为互锁程序，液控针阀3和液控球阀2开启前均需判断液控刀阀6的位置状态，当液控刀阀6处于关闭状态时禁止开启液控球阀2和液控针阀3。当液控刀阀6上游压力超过0.5Mpa时；禁止液控刀阀6关闭。

本发明的工作原理为：通过操作液控针阀3强制引导水流沿液控针阀3锥形体中心线对撞，然后进一步经过偏心旋流装置4引导，形成阀后涡带，再通过补气管5补气，加强水流对空气的混合和摩擦，破坏水流连续性，形成水气混合流态，三级连续动作实现消能减压的效果。同时利用液控泵阀位调节平顺连续的特点，实时监控减压部件前后的压力，自动调节阀门开度，最终实现消能减压、平稳排水的目的。

上述未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (2)

1.一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统，其特征在于：它包括沿引水隧洞末端布置至下游尾水隧洞的排水管道(1)，所述的排水管道(1)依次装设液控球阀(2)、液控针阀(3)、偏心旋流装置(4)、补气管(5)和液控刀阀(6)；所述的液控球阀(2)和液控针阀(3)之间安装有第一压力变送器(7)，所述的补气管(5)和液控刀阀(6)之间安装有第二压力变送器(8)；在所述的液控球阀(2)和液控针阀(3)之间引出一路检修排水管道(2.1)，在所述的检修排水管道(2.1)上依次设置有第一检修球阀(10)和第二检修球阀(11)，所述的检修排水管道(2.1)的尾部与厂内集水井相连通；所述的排水管道(1)一侧设置有阀门液控装置(9)，所述的阀门液控装置(9)分别引出三路管道，所述的三路管道分别与液控球阀(2)、液控针阀(3)和液控刀阀(6)依次连接；当液控刀阀(6)处于关闭状态时，所述的液控球阀(2)和液控针阀(3)均处于关闭状态；当所述的液控刀阀(6)上游压力大于0.5Mpa时，所述的液控刀阀(6)处于开启状态；当处于非排水工况时，所述的液控针阀(3)处于关闭状态，所述的液控球阀(2)和液控刀阀(6)均处于全开状态；所述的第一检修球阀(10)处于开启状态，所述的第二检修球阀(11)处于关闭状态；当处于排水工况时，所述的液控球阀(2)和液控刀阀(6)处于全开状态，所述的液控针阀(3)阀门开度与所述的第一压力变送器(7)和第二压力变送器(8)前后压力差相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种长引水电站高水头大流量消能减压排水系统，其特征在于：所述的阀门液控装置(9)由PLC控制系统调节。

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