CN111321715B - 一种河道滤砂取水装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抽水蓄能电站技术领域，具体涉及一种河道滤砂取水装置及方法，取水箱体为长方体箱体结构，长方体箱体结构上设置有侧临墙面、上下进水面、侧迎水面、尾端迎水面和前端出水口，侧临墙面、上下进水面、侧迎水面和尾端迎水面均为钢制板面结构，其中各钢制板面结构之间连接处通过焊接固定连接，侧临墙面上开有多个第三进水孔，上下进水面上开有多个第一进水孔，侧迎水面上开有多个第二进水孔，尾端迎水面上也开有多个第三进水孔，实现了河道滤砂取水装置能够在明敷和暗埋状态下均能有效引水并能阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入取水建筑物，降低取水建筑物运行维护工作量，提高施工供水保证率，且施工安装简便、安全可靠。

Description

一种河道滤砂取水装置及方法

技术领域

本发明涉及抽水蓄能电站技术领域，具体涉及一种河道滤砂取水装置及方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展及技术进步，作为目前经济、清洁的大规模储能方式的抽水蓄能电站建设方兴未艾，抽水蓄能电站不仅是良好的调峰电源，还能够承担电网调频、调相和旋转备用任务，提高电网的供电质量和运行安全，给电力系统带来可观的动态效益。抽水蓄能电站大都修建在崇山峻岭中，上、下水库一般直线距离较短、高差较大，工程设施布置也较一般水电站复杂、施工工期也较长。其施工期供水是电站建设必不可少的先决条件。

抽水蓄能电站施工期供水系统是一项复杂的系统工程，施工用水点多、量大。系统自水源地取水后，水流经输水设施进入集水池、净水车间后，由多级泵站分别向各施工点及营区供水。因此，水源地水量、水质的优劣影响着供水设施布置的复杂程度及供水效率。在新疆、内蒙、青海等高寒山区，抽水蓄能电站施工供水水源多为季节性山洪河道，河床较宽，坡率大，夏季山洪冲刷，砂石堆积，流量较大，主河槽易改道；春、秋及冬季为雪融水，流量小。其取水方式一般沿主河槽垂直方向修筑拦水潜坝抬高水位，迎水面采取格栅+钢筋石笼滤水，水流经格栅及钢筋石笼进入混凝土明渠或引水廊道，明渠或引水廊道连接沉沙井，水流携带的泥沙在沉沙井沉淀，洁净水流由管道导入吸水井，经自流或水泵将水流输送至水厂集水池。在汛期，洪水将上游砂石冲下，滚石通常会造成格栅网钢筋变形或破坏，形成较大缝隙，致使大量较大粒径的砂石进入引水廊道并在沉沙井淤积，淤积砂石不仅使沉沙井中排沙泵无法工作，还会造成引水管淤积堵塞、水泵叶片损坏、水表失灵等，频繁的清理与维护也造成很大的人力、物力的浪费。因此，在取水设施首端采用一种简便实用、较高刚度、能有效阻止碎石及中粗砂进入引水廊道的滤砂装置来代替钢筋格栅网，减少引水廊道及沉沙井内的泥沙淤积，降低运行及维护成本，提高供水效率，是目前抽水蓄能电站施工供水工程砂石淤积型山洪河道取水中应重点解决的问题。

目前，国内多数抽水蓄能电站建设中，施工供水系统取水建筑物大多采用固定泵站式、缆车式、灯泡式等类型，上述类型一般适用于水深较大、流速较小、坡率较缓、汛期冲淤不严重的河道取水。在坡度大、流速急、冲淤严重的季节性山洪河道内尚没有性能良好的制式滤砂取水装置或设施，通常采取修建水工建筑物对进入引水系统的泥沙进行沉淀、分离。该方法不仅投入大、占地多、大粒径沉淀物较难清理，而且泥沙分离效果较差，后期运行维护成本较高。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种河道滤砂取水装置及方法，尤其是具有能够在明敷和暗埋状态下均能有效引水并能阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入引水系统，降低系统运行维护工作量，提高施工供水保证率，且施工安装简便、安全可靠、成本低廉的特点。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种河道滤砂取水装置，包括取水箱体，取水箱体为长方体箱体结构，长方体箱体结构上设置有侧临墙面、上下进水面、侧迎水面、尾端迎水面和前端出水口，侧临墙面、上下进水面、侧迎水面和尾端迎水面均为钢制板面结构，其中各钢制板面结构之间连接处通过焊接固定连接，侧临墙面上开有多个第三进水孔，上下进水面上开有多个第一进水孔，侧迎水面上开有多个第二进水孔，尾端迎水面上也开有多个第三进水孔。

所述的侧临墙面和尾端迎水面上的多个第三进水孔上均固定连接有多个滤砂嘴，滤砂嘴上开有通孔。

所述的滤砂嘴为锥形花瓣形结构，瓣体个数为3～5个，瓣体之间有缝隙和顶部开有椭圆通孔。

所述的多个第一进水孔均匀间隔交错分布设置在上下进水面上，多个第一进水孔均为矩形的通孔槽，矩形的通孔槽的大小为宽0.6～1.0cm，长5.0～10cm。

所述的多个第二进水孔为圆形的通孔，多个圆形的通孔呈梅花型均匀分布设置在侧迎水面上，相邻两个或两排第二进水孔间排距均为5～10cm，多个第二进水孔的孔径均不大于0.5～1.0cm。

所述的相邻两个或两排第二进水孔间排距均为10cm，多个第二进水孔的孔径均不大于1.0cm。

所述的取水箱体的上进水面的两侧边上均固定连接有多个吊耳。

所述前端出水口处还连接有剪刀撑，所述取水箱体的内部自前端出水口每隔1-3m设置一个剪刀撑。

一种河道滤砂取水装置的方法包括上述任意一项所述的一种河道滤砂取水装置，包括以下步骤：

步骤一：运用起吊设备将取水箱体吊装到取水建筑物的挡水堰位于取水建筑物的进水口的一侧；

步骤二：在步骤一的基础上，调整取水箱体的位置，使取水箱体的前端出水口与取水建筑物的进水口相对接，取水箱体的侧临墙面与取水建筑物的挡水堰侧壁相接触；

步骤三：在步骤二的基础上，取水箱体的位置调整好后，下放取水箱体，然后在取水箱体的四周用上碎石子回填。

所述的取水建筑物为沉沙井、吸水井或挡水墙。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过将取水箱体设置在取水建筑物的进水口及取水建筑物的挡水堰位于进水口的一侧，使侧临墙面与挡水堰的侧壁相接触，取水箱体的前端出水口与取水建筑物的进水口相对接，然后取水箱体的四周通过用碎石子回填，当挡水堰将河道水位抬高后，水流其中包括河滩潜流在挡水堰前壅高，利用堰前砂石透水率高的特性，进入取水箱体，取水箱体上下进水面上的多个第一进水孔、侧迎水面上开有的多个第二进水孔、侧临墙面上开有的多个第三进水孔及尾端迎水面上也开有的多个第三进水孔，第一进水孔、第二进水孔和第三进水孔均采用小直径，利用第一进水孔、第二进水孔和第三进水孔直径小的特点，将较粗砂石阻挡，逐渐在取水建筑物的进水口外形成较粗砂石颗粒架构，细沙进入取水箱体并在取水建筑物内沉淀淤积，由排沙泵排出取水建筑物外。随着取水建筑物进水口外的较粗砂石颗粒架构体积逐渐增大，细沙通过取水箱体的通道也逐渐加长，在重力及摩擦力作用下，细沙进入取水箱体的数量也逐渐减少，最后在取水箱体四周形成稳定的滤砂体，从而实现了河道滤砂取水装置能够在明敷和暗埋状态下均能有效引水并能阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入取水建筑物，降低取水建筑物运行维护工作量，提高施工供水保证率，且施工安装简便、安全可靠、成本低廉。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的侧临墙面结构示意图。

图3为本发明的上下进水面结构示意图。

图4为本发明的侧迎水面结构示意图。

图5为本发明的尾端迎水面结构示意图。

图6为本发明的前端出水口结构示意图。

图7为本发明的滤砂嘴俯视结构示意图。

图8为本发明的滤砂嘴侧视结构示意图。

图9为本发明的实施例9侧面结构示意图。

图10为本发明的实施例9俯视结构示意图。

图中：1-取水箱体、2-吊耳、3-第一进水孔、4-第二进水孔、5-第三进水孔、6-前端出水口、7-剪刀撑、8-滤砂嘴。

具体实施方式

实施例1:

参照图1，是本发明实施例1的结构示意图，一种河道滤砂取水装置，包括取水箱体1，取水箱体1为长方体箱体结构，长方体箱体结构上设置有侧临墙面、上下进水面、侧迎水面、尾端迎水面和前端出水口，侧临墙面、上下进水面、侧迎水面和尾端迎水面均为钢制板面结构，其中各钢制板面结构之间连接处通过焊接固定连接，侧临墙面上开有多个第三进水孔5，上下进水面上开有多个第一进水孔3，侧迎水面上开有多个第二进水孔4，尾端迎水面上也开有多个第三进水孔5。

实际使用时：将取水箱体1设置在取水建筑物的进水口及取水建筑物的挡水堰位于进水口的一侧，使侧临墙面与挡水堰的侧壁相接触，取水箱体1的前端出水口与取水建筑物的进水口相对接，然后取水箱体1的四周通过用碎石子回填，当挡水堰将河道水位抬高后，水流其中包括河滩潜流在挡水堰前壅高，利用堰前砂石透水率高的特性，进入取水箱体1，取水箱体1上下进水面上的多个第一进水孔3、侧迎水面上开有的多个第二进水孔4、侧临墙面上开有的多个第三进水孔5及尾端迎水面上也开有的多个第三进水孔5，第一进水孔3、第二进水孔4和第三进水孔5均采用小直径，利用第一进水孔3、第二进水孔4和第三进水孔5直径小的特点，将较粗砂石阻挡，逐渐在取水建筑物的进水口外形成较粗砂石颗粒架构，细沙进入取水箱体1并在取水建筑物内沉淀淤积，由排沙泵排出取水建筑物外。随着取水建筑物进水口外的较粗砂石颗粒架构体积逐渐增大，细沙通过取水箱体1的通道也逐渐加长，在重力及摩擦力作用下，细沙进入取水箱体1的数量也逐渐减少，最后在取水箱体1四周形成稳定的滤砂体，从而实现了河道滤砂取水装置能够在明敷和暗埋状态下均能有效引水并能阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入取水建筑物，降低取水建筑物运行维护工作量，提高施工供水保证率，且施工安装简便、安全可靠、成本低廉。

实施例2:

参照图1、图2和图5，与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的侧临墙面和尾端迎水面上的多个第三进水孔5上均固定连接有多个滤砂嘴8，滤砂嘴8上开有通孔。

实际使用时：侧临墙面和尾端迎水面上的多个第三进水孔5上均固定连接有多个滤砂嘴8，滤砂嘴8上开有通孔，侧临墙面上的滤砂嘴8用于支撑取水箱体1与挡水堰侧壁之间留有一定的距离，便于水流进入，侧临墙面和尾端迎水面上的滤砂嘴8用于取水并阻挡中、粗砂石颗粒进入取水箱体1内部，在挡水堰与取水箱体1之间形成以中、粗砂石堆积构架为主的滤砂层，实现了阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入取水建筑物，降低取水建筑物运行维护工作量，提高施工供水保证率。

实施例3:

参照图1、图2、图7和图8，与实施例2相比，本实施例的不同之处在于：所述的滤砂嘴8为锥形花瓣形结构，瓣体个数为3～5个，瓣体之间有缝隙和顶部开有椭圆通孔。

实际使用时：滤砂嘴8为锥形花瓣形结构，瓣体个数为3～5个，瓣体之间有缝隙和顶部开有椭圆通孔，本实施例中滤砂嘴8上的瓣体个数为4个，瓣体之间有缝隙和顶部开有椭圆通孔用于水流进入取水箱体1从而进入取水建筑物内。

实施例4:

参照图1和图3，与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的多个第一进水孔3均匀间隔交错分布设置在上下进水面上，多个第一进水孔3均为矩形的通孔槽，矩形的通孔槽的大小为宽0.6～1.0cm，长5.0～10cm。

实际使用时：多个第一进水孔3均匀间隔交错分布设置在上下进水面上，多个第一进水孔3均为矩形的通孔槽，矩形的通孔槽用于阻挡中、粗砂石颗粒进入取水箱体1内部，并在表面形成砂石架构，起到滤砂进水作用，矩形的通孔槽的大小为宽0.6～1.0cm，长5.0～10cm，本实施例中矩形的通孔槽的大小为宽1.0cm，长10cm，进水及阻沙效果好。

实施例5:

参照图1和图4，与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的多个第二进水孔4为圆形的通孔，多个圆形的通孔呈梅花型均匀分布设置在侧迎水面上，相邻两个或两排第二进水孔4间排距均为5～10cm，多个第二进水孔4的孔径均不大于0.5～1.0cm。

优选的是所述的相邻两个或两排第二进水孔4间排距均为10cm，多个第二进水孔4的孔径均不大于1.0cm。

实际使用时：多个第二进水孔4为圆形的通孔，多个圆形的通孔呈梅花型均匀分布设置在侧迎水面上，多个第二进水孔4用于滤砂进水并阻挡中、粗砂石颗粒进入取水箱体1内部，相邻两个或两排第二进水孔4间排距均为5～10cm，多个第二进水孔4的孔径均不大于0.5～1.0cm，本实施中优选的是所述的相邻两个或两排第二进水孔4间排距均为10cm，多个第二进水孔4的孔径均不大于1.0cm进水及阻沙效果好。

实施例6:

参照图1，与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的取水箱体1的上进水面的两侧边上均固定连接有多个吊耳2。

实际使用时：取水箱体1的上进水面的两侧边上均固定连接有多个吊耳2，本实施例中吊耳2焊接在取水箱体1上进水面的两侧边缘，两侧边缘均焊接有两排吊耳2，实际使用时可以根据取水箱体1长度确定吊耳焊接位置和间距，吊耳2用于取水箱体1的起吊安装，其中还可以根据取水箱体1长度设计长度每1～3m设1对吊耳2，具体可以采用每3m设1对吊耳2，起吊安装取水箱体1时方便。

实施例7:

参照图1和图6，与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的前端出水口处还连接有剪刀撑7，所述取水箱体1的内部自前端出水口每隔1-3m设置一个剪刀撑7。

实际使用时：前端出水口处还连接有剪刀撑7，用于防止取水箱体1的前端出水口处受压变形，所述取水箱体1的内部自前端出水口每隔1-3m设置一个剪刀撑7，本实施例中取水箱体1的内部自前端出水口每隔3m设置一个剪刀撑7，支撑效果好，成本低，剪刀撑7可以采用材料为两根Φ25钢筋，交叉设置在取水箱体1的出水口断面，并视取水箱体1长度每隔3m设置一个，用于抵抗取水箱体1承受的侧向及顶部的压力，防止取水箱体1受压变形。

实施例8:

一种河道滤砂取水装置的方法包括上述实施例1-7任意一项所述的一种河道滤砂取水装置，包括以下步骤：

步骤一：运用起吊设备将取水箱体1吊装到取水建筑物的挡水堰位于取水建筑物的进水口的一侧；

步骤二：在步骤一的基础上，调整取水箱体1的位置，使取水箱体1的前端出水口与取水建筑物的进水口相对接，取水箱体1的侧临墙面与取水建筑物的挡水堰侧壁相接触；

步骤三：在步骤二的基础上，取水箱体1的位置调整好后，下放取水箱体1，然后在取水箱体1的四周用上碎石子回填。

实施例9:

所述的取水建筑物为沉沙井、吸水井或挡水墙。

参照图9和图10，本实施例中取水建筑物为沉沙井，一种河道滤砂取水装置的方法包括上述实施例1-7任意一项所述的一种河道滤砂取水装置，包括以下步骤：

步骤一：运用起吊设备将取水箱体1吊装到沉沙井的挡水堰位于沉沙井的进水口的一侧；

步骤二：在步骤一的基础上，调整取水箱体1的位置，使取水箱体1的前端出水口6与沉沙井的进水口相对接，取水箱体1的侧临墙面与取水建筑物的挡水堰侧壁相接触，其中侧临墙面上的滤砂嘴8用于支撑在取水箱体1与挡水堰侧壁之间，使取水箱体1与挡水堰侧壁之间留有一定的距离，便于水流进入，侧临墙面和尾端迎水面上的滤砂嘴8用于取水并阻挡中、粗砂石颗粒进入取水箱体1内部，在挡水堰与取水箱体1之间形成以中、粗砂石堆积构架为主的滤砂层，实现了阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入取水建筑物，降低取水建筑物运行维护工作量，提高施工供水保证率；

步骤三：在步骤二的基础上，取水箱体1的位置调整好后，下放取水箱体1，然后在取水箱体1的四周用上碎石子回填；当挡水堰将河道水位抬高后，水流其中包括河滩潜流在挡水堰前壅高，利用堰前砂石透水率高的特性，进入取水箱体1，取水箱体1上下进水面上的多个第一进水孔3即多个矩形的通孔槽、侧迎水面上开有的多个第二进水孔4即多个圆形的通孔、侧临墙面上开有的多个第三进水孔5及尾端迎水面上也开有的多个第三进水孔5，即侧临墙面和尾端迎水面上上的多个第三进水孔5上均连接滤砂嘴8，多个矩形的通孔槽、多个圆形的通孔和第三进水孔5上连接的滤砂嘴8均采用小直径，利用多个矩形的通孔槽、多个圆形的通孔和第三进水孔5上连接的滤砂嘴8直径小的特点，将较粗砂石阻挡，逐渐在取水建筑物的进水口外形成较粗砂石颗粒架构，细沙进入取水箱体1并在沉沙井内沉淀淤积，由排沙泵排出沉沙井外。随着沉沙井进水口外的较粗砂石颗粒架构体积逐渐增大，细沙通过取水箱体1的通道也逐渐加长，在重力及摩擦力作用下，细沙进入取水箱体1的数量也逐渐减少，最后在取水箱体1四周形成稳定的滤砂体，从而实现了河道滤砂取水装置能够在明敷和暗埋状态下均能有效引水并能阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入沉沙井，降低沉沙井运行维护工作量，提高施工供水保证率，且施工安装简便、安全可靠、成本低廉。

实施例10:

与实施例9相比，本实施例将河道滤砂取水装置运用安装到阜康抽水蓄能电站施工供水系统取水口后，自2019年7月9日由钢筋格栅网取水改造换成成滤砂取水装置后，初期沉沙井清理周期由人工清理5天一次延长到20天一次，后期运行每月清理一次。在滤砂取水装置规格5.0×1.2×1.0m条件下，取水量达到350～400m³/h，取水质量显著改善。使用本发明的河道滤砂取水装置实现了河道滤砂取水装置能够在明敷和暗埋状态下均能有效引水并能阻止中、粗颗粒砂石、减少细颗粒泥沙进入沉沙井，降低沉沙井运行维护工作量，提高施工供水保证率，且施工安装简便、安全可靠、成本低廉。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种河道滤砂取水装置，其特征是：包括取水箱体（1），取水箱体（1）为长方体箱体结构，长方体箱体结构上设置有侧临墙面、上进水面、下进水面、侧迎水面、尾端迎水面和前端出水口，侧临墙面、上进水面、下进水面、侧迎水面和尾端迎水面均为钢制板面结构，其中各钢制板面结构之间连接处通过焊接固定连接，侧临墙面上开有多个第三进水孔（5），上进水面、下进水面上均开有多个第一进水孔（3），侧迎水面上开有多个第二进水孔（4），尾端迎水面上也开有多个第三进水孔（5）；

所述的侧临墙面和尾端迎水面上的多个第三进水孔（5）上均固定连接有滤砂嘴（8），滤砂嘴（8）上开有通孔；

所述的滤砂嘴（8）为锥形花瓣形结构，瓣体个数为3～5个，瓣体之间有缝隙和瓣体顶部开有椭圆通孔；

所述前端出水口处还连接有剪刀撑（7），所述取水箱体（1）的内部自前端出水口每隔1-3m设置一个剪刀撑（7）；

所述取水箱体（1）的前端出水口与取水建筑物的进水口相对接，取水箱体（1）的侧临墙面与取水建筑物的挡水堰侧壁相接触。

2.根据权利要求1所述的一种河道滤砂取水装置，其特征是：所述的多个第一进水孔（3）均匀间隔交错分布设置在上进水面、下进水面上，多个第一进水孔（3）均为矩形的通孔槽，矩形的通孔槽的大小为宽0.6～1.0cm，长5.0～10cm。

3.根据权利要求1所述的一种河道滤砂取水装置，其特征是：所述的多个第二进水孔（4）为圆形的通孔，多个圆形的通孔呈梅花型均匀分布设置在侧迎水面上，相邻两排第二进水孔（4）间排距均为5～10cm，多个第二进水孔（4）的孔径均不大于1.0cm。

4.根据权利要求1所述的一种河道滤砂取水装置，其特征是：所述的取水箱体（1）的上进水面的两侧边上均固定连接有多个吊耳（2）。

5.一种河道滤砂取水装置的使用方法，包括上述权利要求1-4任意一项所述的一种河道滤砂取水装置，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：运用起吊设备将取水箱体（1）吊装到取水建筑物的挡水堰位于取水建筑物的进水口的一侧；

步骤二：在步骤一的基础上，调整取水箱体（1）的位置，使取水箱体（1）的前端出水口与取水建筑物的进水口相对接，取水箱体（1）的侧临墙面与取水建筑物的挡水堰侧壁相接触；

步骤三：在步骤二的基础上，取水箱体（1）的位置调整好后，下放取水箱体（1），然后在取水箱体（1）的四周用碎石子回填。

6.根据权利要求5所述的一种河道滤砂取水装置的使用方法，其特征是：所述的取水建筑物为沉沙井、吸水井或挡水墙。