有壓式進(jìn)水口體形對(duì)攔污柵布置和設(shè)計(jì)的影響分析

【摘要】有壓式進(jìn)水口為了防止污物及雜物進(jìn)入引水道內(nèi)，進(jìn)口一般設(shè)置有攔污柵，以保護(hù)機(jī)組、閥門(mén)及管道等不受損害，保證機(jī)組、閥門(mén)及管道等設(shè)施、設(shè)備的安全正常運(yùn)行。而有壓式進(jìn)水口體形的選擇很大程度上決定了進(jìn)水口井筒結(jié)構(gòu)尺寸、攔污柵孔口尺寸、攔污柵吊點(diǎn)數(shù)量、啟閉機(jī)排架等結(jié)構(gòu)的布置及啟閉機(jī)設(shè)備的選型。

【關(guān)鍵詞】有壓式；進(jìn)水口體形；攔污柵設(shè)計(jì)；井筒結(jié)構(gòu)

一、引言

取水輸水建筑物中，攔污柵是不可缺少的設(shè)備。在布置和設(shè)計(jì)攔污柵時(shí)影響因素較多，比如工程大小、建筑物的等級(jí)及引水方式；進(jìn)水口的形式、用途、位置及在水下的深度；管道在引用流量及允許過(guò)柵流速；水流所挾污物的性質(zhì)、大小及數(shù)量、機(jī)組、閘門(mén)或閥的類(lèi)型尺寸；當(dāng)?shù)貧夂驐l件及水庫(kù)水位的變化情況；清污方式、制造、安裝及運(yùn)輸條件等等。因此在設(shè)計(jì)攔污柵時(shí)盡量要求過(guò)柵水流平順，水頭損失小；另外，應(yīng)考慮清污方便，便于安裝、檢修及更換等因素。在這里重點(diǎn)談?wù)勗谝昧魉傩∮?m/s時(shí)有壓式進(jìn)水口體形的選擇對(duì)攔污柵布置和設(shè)計(jì)的影響，有壓式進(jìn)水口體形的布置對(duì)進(jìn)水口井筒結(jié)構(gòu)、攔污柵、啟閉機(jī)排架等結(jié)構(gòu)的布置，攔污柵吊點(diǎn)數(shù)量及啟閉機(jī)設(shè)備選型等的影響是非常大的。如果布置不妥當(dāng)，會(huì)在經(jīng)濟(jì)上造成很大的損失；在制作安裝上帶來(lái)很大的困難，在運(yùn)行管理上造成很大的不便。

二、規(guī)范對(duì)有壓式進(jìn)水口體形要求

在《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》SL-2003中附錄A（P24）中對(duì)進(jìn)水口體形有如下要求：

A.0.1.高、中水頭有壓式進(jìn)水口喇叭段體形曲線，宜符合自由射流軌跡。矩形孔口體形曲線以橢圓曲線為宜，常用的橢圓曲線方程為：

1. 矩形喇叭口四面收縮或三面收縮（底板不收縮）時(shí)，可采用下式

①式

2. 矩形喇叭口僅頂板收縮，底邊和兩側(cè)邊墻不收縮時(shí)，可采用下式

②式

上兩式中：X-橢圓曲線沿長(zhǎng)軸方向的坐標(biāo)；

Y-橢圓曲線沿短軸方向的坐標(biāo)；

D-矩形孔口的高度（垂直收縮時(shí)）或?qū)挾龋ㄋ绞湛s時(shí)）；

A.0.2當(dāng)有壓式進(jìn)水口管道流速小于9m/s時(shí)，除可按本規(guī)范附錄A.0.1規(guī)定采用橢圓曲線外，也可以選用由若干不同半徑的圓弧段、直線段組成的近似橢圓曲線的組合曲線；對(duì)于流速很低的進(jìn)水口（如水電站貫流式機(jī)組進(jìn)水口等）可采用單一半徑的圓曲線。

目前我國(guó)設(shè)計(jì)的水利水電工程中，中、小型水利水電工程占的比例較多，一般進(jìn)水口的流速小于9m/s，這就要求我們對(duì)規(guī)范靈活應(yīng)用，如我們按上面A.0.1和A.0.2這兩種方式來(lái)布置進(jìn)水口體形，其進(jìn)水口井筒結(jié)構(gòu)尺寸、攔污柵的孔口尺寸及布置差別較大，直接影響的就是投資、制作安裝、運(yùn)行管理等問(wèn)題，現(xiàn)舉實(shí)例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

三、實(shí)例

某工程引水系統(tǒng)取水口進(jìn)口矩形孔口尺寸為：2.0m×2.0m（寬×高），其最大取水流量為2.5m3/s 。現(xiàn)按上述規(guī)范中A.0.1有關(guān)要求分別來(lái)布置有壓式進(jìn)水口體形，看看對(duì)攔污柵的影響有哪些。

按①式矩形喇叭口三面收縮（底板不收縮）來(lái)布置，橢圓曲線沿短軸的值為2000mm/3=667mm，按650mm來(lái)取值，其有壓式進(jìn)水口體形橢圓曲線為：

。根據(jù)常規(guī)的布置攔污柵在橢圓曲線喇叭口的前面，此時(shí)按①式來(lái)布置，其攔污柵的孔口尺寸為3.3m（寬）×2.65m（高），過(guò)柵流速約0.41m/s。

按②式矩形喇叭口僅頂板收縮，底邊和兩側(cè)邊墻不收縮來(lái)布置，其有壓式進(jìn)水口體形橢圓曲線為：

。按②式來(lái)布置，其攔污柵的孔口尺寸為2.0m×3.0m（寬×高），過(guò)柵流速約0.6m/s。

按照寬高比B/L>1時(shí)，宜采用雙吊點(diǎn)；B/L≤1時(shí)，寬度絕對(duì)值較小時(shí)，宜采用單吊點(diǎn)。根據(jù)寬高比的要求，如果采用①式來(lái)布置攔污柵應(yīng)采用雙吊點(diǎn)，設(shè)置2套拉桿，雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)來(lái)控制攔污柵；如果采用②式來(lái)布置攔污柵應(yīng)采用單吊點(diǎn)，設(shè)置1套拉桿，單吊點(diǎn)啟閉機(jī)來(lái)控制攔污柵。通過(guò)這樣對(duì)比，采用②式來(lái)布置攔污柵明顯要優(yōu)化于①式來(lái)布置攔污柵，首先，從水工金屬結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，減少1套拉桿的工程量，井筒結(jié)構(gòu)越高其工程量越明顯，同時(shí)，又減少啟閉機(jī)吊頭，更方便布置啟閉機(jī)，啟閉機(jī)造價(jià)也會(huì)有所降低，也不用考慮雙吊點(diǎn)的同步性；其次，從水工專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，①式來(lái)布置攔污柵井筒結(jié)構(gòu)寬度要大于②式，②式來(lái)布置攔污柵井筒結(jié)構(gòu)順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度要大于①式，井筒結(jié)構(gòu)的工程量大致相當(dāng)，②式的優(yōu)勢(shì)在于啟閉機(jī)房的布置，②式來(lái)布置攔污柵采用單吊點(diǎn)啟閉機(jī)來(lái)控制攔污柵，需要的啟閉機(jī)房的空間較小，排架柱之間的間距也較小，布置方便，啟閉機(jī)房的投資減少較多，①式來(lái)布置則反之；再次，從施工方面來(lái)說(shuō)，按①式矩形喇叭口三面收縮，底板不收縮，按②式矩形喇叭口僅頂板收縮，底邊和兩側(cè)邊墻不收縮，按②式在施工過(guò)程中模板的制作簡(jiǎn)單，更能保證工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的形狀、尺寸和相互位置的準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)，并便于實(shí)際操作和安裝，表面平整、光潔、整齊，拼接縫嚴(yán)密不漏漿，支模工作難度不大， 裝拆方便。最后，從運(yùn)行管理方面來(lái)說(shuō)，①式來(lái)布置攔污柵采用雙吊點(diǎn)，設(shè)置2套拉桿，在后期的維護(hù)檢修及更換時(shí)，需要卸裝2套拉桿，增加工作量，增加人工成本，帶來(lái)了運(yùn)行管理上的不便。

現(xiàn)按上述規(guī)范中A.0.2有關(guān)要求來(lái)布置有壓式進(jìn)水口體形，在與規(guī)范中A.0.1對(duì)比看看對(duì)攔污柵的影響又有哪些。

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》SL74-2013第3.1.5條兩閘門(mén)之間或閘門(mén)與攔污柵之間的最小間距應(yīng)滿足門(mén)槽混凝土強(qiáng)度與抗?jié)B、啟閉機(jī)布置與運(yùn)行、閘門(mén)安裝與維護(hù)和水力學(xué)條件等因素的要求，且不宜小于1.50m。

根據(jù)A.0.2當(dāng)有壓式進(jìn)水口管道流速小于9m/s時(shí)，除可按本規(guī)范附錄A.0.1規(guī)定采用橢圓曲線外，也可以選用由若干不同半徑的圓弧段、直線段組成的近似橢圓曲線的組合曲線。

按照以上規(guī)范2點(diǎn)要求，在滿足攔污柵與閘門(mén)之間的最小間距1.50m情況下，有壓式進(jìn)水口喇叭段體形可由若干不同半徑的圓弧段、直線段組成的近似橢圓曲線的組合曲線，這樣我們就可以在②式上進(jìn)行優(yōu)化，按②式橢圓曲線沿長(zhǎng)軸方向的值應(yīng)為3000mm，現(xiàn)取1500mm，則有壓式進(jìn)水口體形橢圓曲線為：

。

按這樣來(lái)布置，其攔污柵的孔口尺寸未變化為2.0m×3.0m（寬×高），過(guò)柵流速約0.6m/s，但攔污柵井筒結(jié)構(gòu)橢圓曲線沿長(zhǎng)軸方向的值由3m縮小到1.5m，井筒結(jié)構(gòu)工程量有所減少，其井筒結(jié)構(gòu)越高其工程量減少越明顯。

通過(guò)以上3種有壓式進(jìn)水口喇叭段體形曲線選擇，對(duì)攔污柵布置和設(shè)計(jì)的影響較大，經(jīng)過(guò)分析最后一種的布置在滿足規(guī)范的前提下是最合理的。

四、結(jié)論

攔污柵的布置得當(dāng)與否，對(duì)建筑物和攔污柵自身的經(jīng)濟(jì)性影響是很大的。如果布置不妥當(dāng)，會(huì)在經(jīng)濟(jì)、施工、運(yùn)行管理上造成很大的損失和不便。這要求水工設(shè)計(jì)人員和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在布置有壓式進(jìn)水口喇叭段體形曲線時(shí)應(yīng)密切配合，在滿足規(guī)范的前提下選擇最優(yōu)的方案進(jìn)行布置。對(duì)工程的投資，設(shè)計(jì)是控制的關(guān)鍵。據(jù)國(guó)外一些專(zhuān)家分析指出：設(shè)計(jì)費(fèi)雖然只占工程全壽命費(fèi)用的1%還不到，但對(duì)工程項(xiàng)目投資的影響程度達(dá)75%以上。顯然，設(shè)計(jì)水平高低和質(zhì)量好壞是影響工程項(xiàng)目投資的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧麥，水工建筑物攔污柵設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，《科技傳播》，2012（19）

[2]《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》SL285-2003。中國(guó)人民共和國(guó)水利部 發(fā)布.北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[3]《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》SL74-2013。中國(guó)人民共和國(guó)水利部 發(fā)布.北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：何偉，男，1982年1月18日出生，貴州省德江縣人，學(xué)士學(xué)位，工程師，從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究；楊陽(yáng)，男，1988年3月1日出生，貴州省德江縣人，助理工程師，從事水利水電工程管理；黃臣勇，男，1983年2月21日出生，四川省資陽(yáng)市人，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。