CN210002357U - 一种具有补水功能的高坝放空系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有补水功能的高坝放空系统，包括沿着河道水流流向依次布置的多个初级闸门装置、次级闸门装置、排空闸门装置，初级闸门装置包括并列布置的检修闸井和工作闸井，以及安装在顶部的动力设备A，次级闸门装置包括事故闸井和安装在顶部的动力设备C，使检修闸门、工作闸门和事故闸门可相对独立地启闭，设置于外部的补水单元为第2个初级闸门装置以内的工作闸门补水,排空闸门装置包括排空闸室和弧形排空闸门。采用本实用新型的技术方案，通过多个初级闸门装置分担上游水头的压力，由排空闸门装置排空库水，补水单元对系统内水压进行补损，使水流流速保持稳定，避免闸门装置水头压力过大，保证了整个系统安全、稳定。

Description

一种具有补水功能的高坝放空系统

技术领域

本实用新型属于水利水电工程技术领域，具体是涉及一种具有补水功能的高坝放空系统。

背景技术

随着坝工技术的发展，300m级高坝的出现，对工程的放空及运行提出了更高的要求。但是目前普遍放空设施只能放空库水到105m水深左右，究其原因，主要受闸门制造技术水平影响，使得闸门的挡水水头设计受限，导致潜在灾难性事故发生，带来巨大经济损失。因此，需要提出一种既能满足现有金属结构制造水平，又能增大放空深度的放空结构，来尽可能放空300级高坝工程的库水，最大限度的保障工程安全。

为满足上述要求，公开号为CN105220659B的中国实用新型专利公开了一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法。该技术方案是通过设置多级闸门分担总水头，并在各级闸门后充水抵消挡水水头，使各级闸门承受的水推力在常规设计范围内。同时在系统通过内、外部连通管、外部检修连通管、充水管、廊道等实现水压、气压平衡。克服了现有技术难题。但是该系统存在以下不足：

(1)在上述系统中没有设置备用充排水系统，仅通过内、外部连通管、外部检修连通管、充水管、廊道等实现水压、气压平衡，一旦连通管等失效，整个系统的平压作用也会失效，导致系统瘫痪无法实现深层挡水放空功能；

(2)在上述系统中工作闸门和检修闸门启闭机均并排布置在启闭机平台，由于启闭机运行空间要求，导致启闭机对应的闸门井间距过大，闸门井工程量增大，尤其对于闸门井高度较大的工程，势必大幅度增加工程投资。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有补水功能的高坝放空系统。

本实用新型是通过如下技术方案予以实现的。

本实用新型提供了一种具有补水功能的高坝放空系统，包括隧洞和补水单元,沿着所述隧洞以内水流流向，在所述隧洞之上按照适当间距依次布置有多个初级闸门装置、至少一个次级闸门装置和至少一个排空闸门装置，位于所述排空闸门装置上游隧洞为有压段，位于所述排空闸门装置下游隧洞为无压段，所述初级闸门装置包括初级闸体，沿着所述隧洞以内水流流向所述初级闸体内依次并列设置有检修闸井和工作闸井，所述初级闸体顶部安装有动力设备A，所述检修闸井、工作闸井以内分别配置有检修闸门、工作闸门，所述动力设备A为所述检修闸门、工作闸门分别在所述检修闸井、工作闸井以内的升降滑动提供动力，所述次级闸门装置包括次级闸体，次级闸体顶部安装有动力设备C，次级闸体以内设置有事故闸井，事故闸井以内配置有事故闸门，所述动力设备C为所述事故闸门在所述事故闸井以内的升降滑动提供动力，所述排空闸门装置包括设置于所述隧洞之上的排空闸室，所述补水单元独立设置于所述具有补水功能的高坝放空系统外部并且为所述次级闸门装置、排空闸门装置或多个初级闸门装置补水。

所述初级闸门装置还包括动力设备B，动力设备B与所述工作闸门或检修闸门连接，所述动力设备A与动力设备B是分层安装于所述初级闸体顶部。

所述初级闸体内部埋设有平压管，平压管将位于同一个初级闸门装置以内的检修闸门与工作闸门相连通,并且所述平压管布置高度与该初级闸门装置所对应的额定控制水位高程一致。

所述排空闸室以内安装有动力设备D，排空闸室与所述隧洞连接处配置有排空闸门，排空闸门与所述动力设备D连接，使排空闸室与所述隧洞可导通或阻断。

所述排空闸门是弧形闸门。

所述次级闸门装置与排空闸门装置之间还设置有防渗帷幕。

所述具有补水功能的高坝放空系统还包括连通管，连通管分别与各个检修闸井、工作闸井、事故闸井、排空闸室、无压段连通，连通管设置高度低于所述排空闸门装置额定控制水位。

所述次级闸体以内还埋设有与所述隧洞连通的通气管，通气管一端伸入所述隧洞以内，通气管另一端向上延伸高度大于所述排空闸室的高度。

沿着所述隧洞以内水流流向，自第二个初级闸门装置起，每个初级闸门装置以内的工作闸井均通过排水通道A与下一个初级闸门装置以内的检修闸井连通，最后一个初级闸门装置以内的工作闸井通过排水通道B与所述次级闸门装置以内的事故闸井连通，所述事故闸井还通过排水通道C与所述无压段连通，每个排水通道A上游进口布置高度由与其连通的初级闸门装置以内的工作闸井的额定水位高度确定，排水通道B上游进口布置高度由与其连通的次级闸门装置以内的事故闸井额定水位高度确定，排水通道C上游进口布置高度由排空闸门装置的挡水高程确定，排水通道C还通过充水管与所述有压段连通。

所述排水通道A、排水通道B和排水通道C上游进口处均设置有堰头。

所述检修闸门、工作闸门、事故闸门均为平板闸门。

所述检修闸门、工作闸门布置形式是后止水。

所述事故闸门布置形式是前止水。

所述补水单元包括储水池、补水管，所述储水池通过补水管与所述初级闸门装置以内的工作闸门连通。

所述补水单元还包括PID智能调节仪，沿着所述补水管以内水流流动的方向，所述补水管之上依次安装有流速传感器、电动调节阀、水锤消除器，PID智能调节仪相对独立地布置于所述补水管之外，PID智能调节仪分别与流速传感器、电动调节阀建立有电性连接。

所述隧洞可以设置为多层，每层隧洞之上均设置有如权利要求1至10任一项所述多个初级闸门装置、次级闸门装置和排空闸门装置，每层隧洞外部均配置有相应的补水单元，各层隧洞之间的衔接高程由挡水水头和放空最小泄量确定。

以所述各层隧洞布置高度为参照量，按照由高向低的方向，所述各层隧洞之上设置的初级闸门装置数量逐层递增。

本实用新型的有益效果在于：采用本实用新型的技术方案，通过采用多个初级闸门装置使来自于上游的水头压力逐级降低，再由排空闸门装置完全排空，从而使来自上游的水头压力逐级地分配至各级初级闸门装置中，有效防止了水头压力超过闸门承受的的限额，从而提升了整个系统的安全性，初级闸门装置中的两道闸门分别由错层独立布置运行的两套动力设备驱动，避免了互相之间存在干扰，缩小了动力设备操作空间，极大减小相应工程量及投资。当其中一套动力设备出现故障时，另一套动力设备仍然可以保证整个系统的安全稳定运行，此外，对多个初级闸门装置增设了补水单元，在需要的时候，通过自动化控制装置对系统内的水压进行补损，保障了各级闸门装置的水压稳定，设置的水锤消除器，消除了水流在下落过程中产生的水锤，使水流流速保持稳定，避免后面的次级闸门装置受到水流较大的冲击，从而使整个系统保持稳定运行，延长了其使用寿命，此外，本实用新型具有结构紧凑，施工建设工艺简单，工程投资成本低，运行安全性和可靠性高等优点。

附图说明

图1是本实用新型的纵向剖视图；

图2是本实用新型的补水单元的结构示意图；

图3是本实用新型动力机房内的安装示意图；

图4是本实用新型排水通道A上游进口处的局部放大图。

图中：1-初级闸门装置，2-次级闸门装置，3-排空闸门装置，4-补水单元，5-隧洞，6-动力设备A，7-动力设备B，8-次级闸体，9-动力设备C，10-平压管，11-排空闸室，12-动力设备D，13-排空闸门，14-连通管，15-通气管，16-排水通道A，17-排水通道B，18-排水通道C，19-动力机房，20-储水池，21-补水管，22-流速传感器，23-电动调节阀，24-水锤消除器，25-PID智能调节仪，26-防水帷幕，27-防水垫，28-充水管，101-初级闸体，102-检修闸井，103-工作闸井，104-检修闸门，105-工作闸门，501-有压段，502-无压段，801-事故闸井，802-事故闸门，1601-堰头，1901-容纳室。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

本实用新型提供了一种具有补水功能的高坝放空系统，如图1、图2、图3所示，包括隧洞5和补水单元4,沿着隧洞5以内水流流向，在隧洞5之上按照适当间距依次布置有多个初级闸门装置1、至少一个次级闸门装置2和至少一个排空闸门装置3，位于排空闸门装置3上游隧洞5为有压段501，位于排空闸门装置3下游隧洞5为无压段502，初级闸门装置1包括初级闸体101，沿着隧洞5以内水流流向初级闸体101内依次并列设置有检修闸井102和工作闸井103，初级闸体101顶部安装有动力设备A6，检修闸井102、工作闸井103以内分别配置有检修闸门104、工作闸门105，动力设备A6为检修闸门104、工作闸门105分别在检修闸井102、工作闸井103以内的升降滑动提供动力，次级闸门装置2包括次级闸体8，次级闸体8顶部安装有动力设备C9，次级闸体8以内设置有事故闸井801，事故闸井801以内配置有事故闸门802，动力设备C9为事故闸门802在事故闸井801以内的升降滑动提供动力，排空闸门装置3包括设置于隧洞5之上的排空闸室11，补水单元4独立设置于具有补水功能的高坝放空系统外部并且为次级闸门装置2、排空闸门装置3或多个初级闸门装置1补水。

采用本实用新型的技术方案，通过采用多个初级闸门装置使来自于上游的水头压力逐级降低，再由排空闸门装置完全排空，从而使来自上游的水头压力逐级地分配至各级初级闸门装置、次级闸门装置中，有效防止了水头压力超过闸门装置的限额，从而提升了整个系统的安全性，初级闸门装置中的两道闸门分别由相对独立运行的两套动力设备驱动，避免了互相之间存在干扰，当其中一套动力设备出现故障时，另一套动力设备仍然可以保证整个系统的安全稳定运行，此外，对第二级初级闸门装置增设了补水单元，在需要的时候，通过自动化控制装置对系统内的水压进行补损，从而消除了水流在下落过程中产生的水锤，使水流流速保持稳定，避免后面的次级闸门装置受到水流较大的冲击，从而使整个系统保持稳定运行，延长了其使用寿命，此外，本实用新型具有结构紧凑，施工建设工艺简单，工程投资成本低，运行安全性和可靠性高等优点。

另外，初级闸门装置1还包括动力设备B7，动力设备B7与工作闸门105或检修闸门104连接，动力设备A6与动力设备B7是分层安装于初级闸体101顶部。这样使得工作闸门105和检修闸门104既可以通过一套动力设备驱动同时工作，也可以通过两套不同的动力设备驱动分别独立的工作，动力设备A6与动力设备B7是分层安装于初级闸体101顶部，可大大降低初级闸体101的外形尺寸，极大减少工程量，节省工程投资。

进一步地，初级闸体101内部埋设有平压管10，平压管10将位于同一个初级闸门装置1以内的检修闸门104与工作闸门105相连通,并且平压管10布置高度与该初级闸门装置1所对应的额定控制水位高程一致。采用该技术方案，可方便地对各个相邻的初级闸门装置之间的水头压力进行调节，从而避免各级初级闸门装置受到较大的水流冲击，保证了整个系统的安全可靠运行。

进一步地，检修闸门104、工作闸门105、事故闸门802均为平直板状结构。

此外，排空闸门装置3包括设置于隧洞5之上的排空闸室11，排空闸室11以内安装有动力设备D12，排空闸室11与隧洞5连接处配置有排空闸门13，排空闸门13与动力设备D12连接，使排空闸室11与隧洞5可导通或阻断。优选排空闸门13为弧形形状。进一步地，次级闸门装置2与排空闸门装置3之间还设置有防渗帷幕26。防渗帷幕26用于防止水流渗入排空闸室11以内，保证了整个具有补水功能的高坝放空系统的运行安全。

进一步地，具有补水功能的高坝放空系统还包括连通管14，连通管14分别与各个检修闸井102、工作闸井103、事故闸井801、排空闸室11、无压段502连通，连通管14设置高度低于排空闸门装置3额定控制水位。优选连通管14数量为2条。次级闸门装置2之前的河道水位高度与连通管14布置位置之间的相对高度差大于零。采用该技术方案，可在用户需要时对各级初级闸门装置之前的水头压力进行调节，以保持水流压力的稳定，避免对初级闸门装置造成冲击，保护了设施，此外，当其中一条连通管出现故障或需要检修时，可随时启用另一条连通管对水头压力进行调节，方便了操作，保证了系统仍然处理安全、可靠和稳定的运行状态。

次级闸体8以内还埋设有与隧洞5连通的通气管15，通气管15一端伸入隧洞5以内，通气管15另一端向上延伸高度大于排空闸室11的高度，通气管15与隧洞5连接处位于事故闸井801底部较低的部位。通气管15用于在对系统进行检修时，向隧洞内补充适量的空气，从而保证检修作业的安全。

此外，沿着隧洞5以内水流流向，自第二个初级闸门装置1起，每个初级闸门装置1以内的工作闸井103均通过排水通道A16与下一个初级闸门装置1以内的检修闸井102连通，最后一个初级闸门装置1以内的工作闸井103通过排水通道B17与次级闸门装置2以内的事故闸井801连通，事故闸井801还通过排水通道C18与无压段502连通，每个排水通道A16上游进口布置高度由与其连通的初级闸门装置1以内的工作闸井103的额定水位高度确定，排水通道B17上游进口布置高度由与其连通的次级闸门装置2以内的事故闸井801额定水位高度确定，排水通道C18上游进口布置高度由排空闸门装置3的挡水高程确定，排水通道C18还通过充水管28与有压段501连通。充水管28为事故闸门井802和排空闸室11之间的隧洞5充水，以保障水压平衡，避免各种建筑物受到水流过大的冲刷，此外，在充水管28与有压段501连接处的正下方设置有防水垫27，防止隧洞5内壁受到过大的水流冲刷。

此外，如图4所示，排水通道A16、排水通道B17和排水通道C18上游进口处均设置有堰头1601。检修闸门104、工作闸门105、事故闸门802均为平板闸门。检修闸门104、工作闸门105布置形式是后止水。事故闸门802布置形式是前止水。当通过泥沙含量较高水体时，排水通道A16、排水通道B17、排水通道C18横断面均为城门洞型，按照1％～6％坡度设计，便于增大水流流速，将泥沙带走。当通过泥沙含量较低水体时，各级排水通道A16、排水通道B17、排水通道C18的横断面则可以采用其他任意形状。具有补水功能的高坝放空系统还包括连通管14，连通管14分别与各个检修闸井102、工作闸井103、事故闸井801、排空闸室11、无压段502连通，连通管14设置高度低于排空闸门装置3上游水位。连通管14数量不小于2条，可将其中一条作为正常工作时使用，另一条作为备用，并且连通管14上设置至少两个球阀，其中一个作为正常工作时使用，另一个作为备用，此外，次级闸体8以内还埋设有与隧洞5连通的充水管28，充水管28还可直接连通事故闸井801底部较低的部位。

进一步地，初级闸体101顶部还安装有动力机房19，动力机房19以内设置有至少两层容纳室1901，动力设备A6、动力设备B7分别安装于不同的容纳室1901以内。

优选补水单元4包括储水池20、补水管21，储水池20通过补水管21与初级闸门装置1以内的工作闸门105连通。

补水单元4还包括PID智能调节仪25，沿着补水管21以内水流流动的方向，补水管21之上依次安装有流速传感器22、电动调节阀23、水锤消除器24，PID智能调节仪25相对独立地布置于补水管21之外，PID智能调节仪25分别与流速传感器22、电动调节阀23建立有电性连接。流速传感器22、电动调节阀23、水锤消除器24安装位置与第2个初级闸门装置1以内的工作闸门105相接近。进一步地，初级闸门装置1的数量大于2。采用本实用新型的技术方案，在需要的时候，通过自动化控制装置对系统内的水压进行补损，从而消除了水流在下落过程中产生的水锤，使水流流速保持稳定，避免后面的次级闸门装置受到水流较大的冲击，从而使整个系统保持稳定运行，延长了其使用寿命。

进一步地，隧洞5可以设置为多层，每层隧洞5之上均设置有如权利要求1至10任一项多个初级闸门装置1、次级闸门装置2和排空闸门装置3，每层隧洞5外部均配置有相应的补水单元4，各层隧洞5之间的衔接高程由挡水水头和放空最小泄量确定。优选以各层隧洞5布置高度为参照量，按照由高向低的方向，各层隧洞5之上设置的初级闸门装置1数量逐层递增。

本申请的技术方案由中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司投入实施应用，在实施中，受贵州省科技支撑计划科技项目黔科合支撑[2017]2865的资助、中国电建科研项目DJ-ZDXM-2017-05的资助，在实施后，取得了上述有益的技术效果，同时社会效益良好。

Claims (17)

1.一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：包括隧洞(5)和补水单元(4),沿着所述隧洞(5)以内水流流向，在所述隧洞(5)之上按照适当间距依次布置有多个初级闸门装置(1)、至少一个次级闸门装置(2)和至少一个排空闸门装置(3)，位于所述排空闸门装置(3)上游隧洞(5)为有压段(501)，位于所述排空闸门装置(3)下游隧洞(5)为无压段(502)，所述初级闸门装置(1)包括初级闸体(101)，沿着所述隧洞(5)以内水流流向所述初级闸体(101)内依次并列设置有检修闸井(102)和工作闸井(103)，所述初级闸体(101)顶部安装有动力设备A(6)，所述检修闸井(102)、工作闸井(103)以内分别配置有检修闸门(104)、工作闸门(105)，所述动力设备A(6)为所述检修闸门(104)、工作闸门(105)分别在所述检修闸井(102)、工作闸井(103)以内的升降滑动提供动力，所述次级闸门装置(2)包括次级闸体(8)，次级闸体(8)顶部安装有动力设备C(9)，次级闸体(8)以内设置有事故闸井(801)，事故闸井(801)以内配置有事故闸门(802)，所述动力设备C(9)为所述事故闸门(802)在所述事故闸井(801)以内的升降滑动提供动力，所述排空闸门装置(3)包括设置于所述隧洞(5)之上的排空闸室(11)，所述补水单元(4)独立设置于所述具有补水功能的高坝放空系统外部并且为所述次级闸门装置(2)、排空闸门装置(3)或多个初级闸门装置(1)补水。

2.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述初级闸门装置(1)还包括动力设备B(7)，动力设备B(7)与所述工作闸门(105)或检修闸门(104)连接，所述动力设备A(6)与动力设备B(7)是分层安装于所述初级闸体(101)顶部。

3.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述初级闸体(101)内部埋设有平压管(10)，平压管(10)将位于同一个初级闸门装置(1)以内的检修闸门(104)与工作闸门(105)相连通,并且所述平压管(10)布置高度与该初级闸门装置(1)所对应的额定控制水位高程一致。

4.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述排空闸室(11)以内安装有动力设备D(12)，排空闸室(11)与所述隧洞(5)连接处配置有排空闸门(13)，排空闸门(13)与所述动力设备D(12)连接，使排空闸室(11)与所述隧洞(5)可导通或阻断。

5.根据权利要求4所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述排空闸门(13)是弧形闸门。

6.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述次级闸门装置(2)与排空闸门装置(3)之间还设置有防渗帷幕(26)。

7.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述具有补水功能的高坝放空系统还包括连通管(14)，连通管(14)分别与各个检修闸井(102)、工作闸井(103)、事故闸井(801)、排空闸室(11)、无压段(502)连通，连通管(14)设置高度低于所述排空闸门装置(3)额定控制水位。

8.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述次级闸体(8)以内还埋设有与所述隧洞(5)连通的通气管(15)，通气管(15)一端伸入所述隧洞(5)以内，通气管(15)另一端向上延伸高度大于所述排空闸室(11)的高度。

9.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：沿着所述隧洞(5)以内水流流向，自第二个初级闸门装置(1)起，每个初级闸门装置(1)以内的工作闸井(103)均通过排水通道A(16)与下一个初级闸门装置(1)以内的检修闸井(102)连通，最后一个初级闸门装置(1)以内的工作闸井(103)通过排水通道B(17)与所述次级闸门装置(2)以内的事故闸井(801)连通，所述事故闸井(801)还通过排水通道C(18)与所述无压段(502)连通，每个排水通道A(16)上游进口布置高度由与其连通的初级闸门装置(1)以内的工作闸井(103)的额定水位高度确定，排水通道B(17)上游进口布置高度由与其连通的次级闸门装置(2)以内的事故闸井(801)额定水位高度确定，排水通道C(18)上游进口布置高度由排空闸门装置(3)的挡水高程确定，排水通道C(18)还通过充水管(28)与所述有压段(501)连通。

10.根据权利要求9所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述排水通道A(16)、排水通道B(17)和排水通道C(18)上游进口处均设置有堰头(1601)。

11.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述检修闸门(104)、工作闸门(105)、事故闸门(802)均为平板闸门。

12.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述检修闸门(104)、工作闸门(105)布置形式是后止水。

13.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述事故闸门(802)布置形式是前止水。

14.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述补水单元(4)包括储水池(20)、补水管(21)，所述储水池(20)通过补水管(21)与所述初级闸门装置(1)以内的工作闸门(105)连通。

15.根据权利要求14所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述补水单元(4)还包括PID智能调节仪(25)，沿着所述补水管(21)以内水流流动的方向，所述补水管(21)之上依次安装有流速传感器(22)、电动调节阀(23)、水锤消除器(24)，PID智能调节仪(25)相对独立地布置于所述补水管(21)之外，PID智能调节仪(25)分别与流速传感器(22)、电动调节阀(23)建立有电性连接。

16.根据权利要求1所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：所述隧洞(5)可以设置为多层，每层隧洞(5)之上均设置有多个初级闸门装置(1)、次级闸门装置(2)和排空闸门装置(3)，每层隧洞(5)外部均配置有相应的补水单元(4)，各层隧洞(5)之间的衔接高程由挡水水头和放空最小泄量确定。

17.根据权利要求11所述的一种具有补水功能的高坝放空系统，其特征在于：以所述各层隧洞(5)布置高度为参照量，按照由高向低的方向，所述各层隧洞(5)之上设置的初级闸门装置(1)数量逐层递增。

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