一种水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置

摘要

本发明公开一种水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，安装在水电站进水塔泄洪洞口前部，通过进水塔前平台和泄洪洞闸墩连接固定，其主要包括叉形连接装置、吸排沙管道和吸沙盘，所述吸排沙管道包括若干段沿其头部至尾部方向直径依次增大的管道单元，若干段管道单元之间均通过铰接装置依次连接，位于头部的管道单元的首端与吸沙盘连接，位于尾部的管道单元的末端与叉形连接装置一端连接，叉形连接装置另一端通过n形闸门与泄洪洞群的两个洞口相接。本发明具有可塑性强、应用范围广、工程措施易实施的优点，能够实现进水塔前清水排沙和高水位排沙，解决泥沙坍塌造成进水塔前冲沙漏头和泄洪孔洞口的淤堵问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其是涉及一种水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其利用电站水库的自然水头压力，通过拓展和延伸泄洪排沙孔洞吸排沙的影响范围，实现电站进水口前泥沙的吸排，防止进水塔前泥沙淤积造成高滩深槽泥沙的坍塌而堵塞水电站泄洪洞进口。

背景技术

河水流入水库后，水流中挟带的泥沙会因流速逐步降低而不断沉积，导致水库泥沙的不断淤积并逐步向坝前推进，水库运用中后期，进水塔泄洪洞进口将会形成高滩深槽的淤积地形。一般水电站设计时，为了达到进水塔“门前清”的效果，就会充分利用水库含沙量沿垂线分布上稀下浓、粒径上细下粗的特点，将电站进口布置在较高位置，排沙设施进口布置在较低位置，使粗颗粒泥沙通过排沙流道排出库外，有效地减少过机含沙量，减轻水轮机的磨蚀。

水库淤积至进水塔时，入库水量较大时，开启低位排沙洞运用，可以使淤积在进水塔前的泥沙形成相对稳定的冲沙漏斗。为了保持冲沙漏斗不淤堵，需要经常开启泄洪孔洞进行排沙运用，造成较多的弃水。当水库运用进入拦沙后期，塔前泥沙淤积到一定高程时，为了防止淤积较高的泥沙坍塌，危害很大，需要经常性开启泄洪孔洞排沙运用，以保持进水塔前合理的冲沙漏头形态。一旦进水塔前泥沙坍塌造成大量淤堵，将会使水库防洪泄洪能力降低，而实施塔前清淤，处理时间长，危害大，投资大。

近年来，为了减缓水库淤积，通过人工塑造异重流排沙，多库联调人造洪峰、低水位泄洪排沙等综合措施，取得较好的水库排沙效果。但是，仍然未能解决清水排沙和高水位条件下的有效排沙问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其利用库水压力作为泥沙吸附和排沙的动力，装置能够上下弯曲、左右摆动，以适应进水塔前淤积泥沙形态变化；按照水流动力和水沙运动规律及吸排沙装置的动平衡设计，最大限度发挥吸排沙功能，减少泥沙对装置的不利影响，确保吸排沙装置的整体输沙和安全性能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，安装在水电站进水塔泄洪洞口前部，通过进水塔前平台和泄洪洞闸墩连接固定，其主要包括叉形连接装置、吸排沙管道和吸沙盘，所述吸排沙管道包括若干段沿其头部至尾部方向直径依次增大的管道单元，若干段管道单元之间均通过铰接装置依次连接，位于头部的管道单元的首端与吸沙盘连接，位于尾部的管道单元的末端与叉形连接装置一端连接，叉形连接装置另一端通过n形闸门与泄洪洞群的两个洞口相接；所述每段管道单元包括主管，主管两侧均对称设有至少一根支管，支管的底部管壁上开设有若干个沿其长度方向间隔分布的吸沙槽孔，支管底部吸沙槽孔四周设置有压沙板，压沙板底面沿其长度方向均布有若干个爪钉，所述支管与主管的连接段为圆弧过渡。

进一步地，上述的铰接装置包括半球形固定球窝、球头以及套装在球头上并与之配合的半球形活动球窝，半球形固定球窝、球头分别固设在每一段管道单元的主管两端，所述固定球窝的开口背向球头，球头上的活动球窝与相邻管道单元的主管上的半球形固定球窝通过法兰连接，球头外表面与活动球窝内表面的球面凸点接触，实现自由转动，球头内腔作为吸排沙通道，并与管道单元的主管内腔连通；所述固定球窝、活动球窝的球面凸点之间还均匀布有圆孔。

进一步地，上述的吸排沙管道的每段管道单元的主管底部开设有若干个沿其长度方向间隔分布的吸沙槽孔。

进一步地，上述的支管与管道单元的主管的连接处还设置有加强筋板。

进一步地，上述的叉形连接装置，其包括异径三通和端头两部分，端头一端设置球头，另一端与异径三通连接。

进一步地，上述的叉形连接装置与吸排沙管道尾部之间设置有延长管，延长管两端分别固设有铰接装置。

进一步地，上述进水塔前部的平台上设置有固定支座，固定支座包括底座板和支撑座，支撑座位于底座板上部，叉形连接装置的异径三通与支撑座上的弧形凹槽匹配固定。

进一步地，上述的吸沙盘，其包括内部中空的吸盘本体，吸盘本体呈锥台型结构，吸盘本体顶端竖向布置有与之内腔相连通的清水输入管道，清水输入管道顶端设有盖板，吸盘本体的底板底面均布有若干个爪钉，底板上爪钉之间均匀布设有吸盘孔；吸盘本体侧壁上设有与之内腔相连通的连接管，连接管端部设置有一球头，球头内部空腔与管道单元的主管连通，球头端设置铰接装置。

进一步地，上述的吸排沙管道、叉形连接装置、吸沙盘上均设置有吊耳。

进一步地，上述的水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其还包括有两个支撑墩，两个支撑墩分别布置在泄洪洞群的两个洞口内，用于固定叉形连接装置的支管，且位于洞口n形闸门的下方。

一种水电站泄洪洞进水塔的排沙方法，其基于上述的水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置实施，包括以下步骤：

步骤1、关闭相应泄洪洞工作闸门,利用水库清淤设备适当平顺进水塔前的吸排沙装置安放区域的泥沙；

步骤2、通过泄洪洞前固定支座和支撑墩固定叉形连接装置，下落n形闸门；

步骤3、利用水上作业平台或浮船分节吊运排沙装置的管道单元和吸沙盘，并在水中通过铰接装置的法兰依次水下组装拼接，利用压沙板底面的爪钉插入泥沙中定位；

步骤4、开启安装吸排沙装置流道的工作闸门，吸排沙装置在库水压力作用下实现塔前泥沙的清理；

步骤5、在吸排沙装置运行即将结束时，开启吸沙盘上清水输入管道顶端的盖板，利用下泄的清水，清理干净吸排沙装置的吸沙盘、主管、支管、异径三通、铰接装置内的泥沙，防止淤积。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其是以水电站进水塔前泥沙淤积问题为导向，设计思路新颖，结构设计合理，能够在新建工程中设计应用，也能够在现有工程上增设，装置的大小和长度根据水库运行参数和实际需要调整，吸排沙装置具有可塑性强、应用范围广、工程措施易实施的优点；吸排沙装置无密封要求，对制造精度要求较低，装置的维修要求较低，吸排沙的动力来源于库水压力，无需设置动力设备，维修费用低、吸排沙效果好；能够实现进水塔前清水排沙和高水位排沙，大大减少用于进水塔前泄水拉沙造成的弃水，能够更好地解决泥沙坍塌造成进水塔前冲沙漏头和泄洪孔洞口的淤堵问题，经济便捷，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的立体结构示意图；

图2是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的侧视结构示意图；

图3是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的俯视结构示意图；

图4是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的管道单元的俯视结构示意图；

图5是图4中的管道单元的侧视结构示意图；

图6是图4中的管道单元的主视结构示意图；

图7是图4中的管道单元的底面立体结构示意图；

图8是图4中的管道单元球头上的活动球窝的外部结构示意图；

图9是图8中的活动球窝的内部结构示意图；

图10是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的延长管的结构示意图；

图11 是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的吸沙盘的立体结构示意图；

图12 是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的吸沙盘的内部结构示意图；

图13 是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的叉形连接装置的结构示意图；

图14是图10中的延长管与图13中的叉形连接装置的连接示意图；

图15是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的泄洪洞群进口段的结构示意图；

图16是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的n形闸门的结构示意图；

图17是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的固定支座的结构示意图；

图18是本发明水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置的支撑墩的结构示意图；

图中：1－泄洪洞群；2－叉形连接装置；3－延长管；4－吸排沙管道；5－铰接装置；6－吸沙盘；7－平台；8－固定支座；9－n形闸门；10－压沙板；11－支管；12－连接段；13－加强筋板；14－圆孔；15－固定球窝；16－管道单元；17－球头；18－吊耳；19－爪钉；20（a、b）－吸沙槽孔；21－活动球窝；22－盖板；23－清水输入管道；24－吸盘本体；25－底板；26－连接管；27－吸盘孔；28－端头；29－异径三通；30－支撑座；31－底座板；32－支撑墩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1～18所示，该水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其安装在水电站进水塔泄洪洞口前部，通过进水塔前平台7和泄洪洞闸墩连接固定，其主要包括叉形连接装置2、吸排沙管道4和吸沙盘6，所述吸排沙管道包括若干段沿其头部至尾部方向直径依次增大的管道单元，若干段管道单元均通过铰接装置5依次连接，且铰接装置的外径随管道单元直径的增大而增大，位于头部的管道单元的首端与吸沙盘6连接，位于尾部的管道单元的末端与叉形连接装置2一端连接，叉形连接装置另一端通过n形闸门9与泄洪洞群1的两个洞口相接，泄洪洞群的两个洞口内分别布置有两个支撑墩32，且两个支撑墩位于叉形连接装置2的端头28底部；所述每段管道单元包括主管16，主管两侧均对称设有至少一根支管11，支管的底部管壁上开设有若干个沿其长度方向间隔分布的吸沙槽孔20a，支管与主管的连接段12为圆弧过渡，以改善支管与管道单元的主管连接处的输沙流态，支管底部吸沙槽孔四周设置有压沙板10，压沙板做为支管在泥沙面上的支撑，能够防止两侧支管嵌入泥沙，保持吸排沙装置平稳，压沙板底面沿其长度方向均布有若干个爪钉19。

上述的吸排沙管道4的每段管道单元的主管16底部中央开设有若干个沿其长度方向间隔分布的吸沙槽孔20b。

上述的铰接装置5包括半球形固定球窝15、球头17以及套装在球头上并与之配合的半球形活动球窝21，半球形固定球窝15、球头17分别固设在每一段管道单元的主管16两端，所述固定球窝的开口背向球头，球头上的活动球窝与相邻管道单元的主管上的半球形固定球窝通过法兰连接，球头外表面与活动球窝内表面的球面凸点接触，实现自由转动，球头内腔作为吸排沙通道，并与管道单元的主管内腔连通；所述固定球窝、活动球窝的球面凸点之间还均匀布有圆孔14。

上述的支管11与管道单元的主管16的连接处还设置有加强筋板13，以增加连接强度。

上述的吸排沙管道4的每段管道单元的主管16底部在与铰接装置5连接处设置有清沙孔，用于有效解决吸排沙装置两侧的支管11底面的吸沙槽孔20a难以吸除的泥沙，防止未吸到的泥沙形成沙坎，造成吸排沙装置泥沙吸附功能的减弱。

上述的吸沙盘6，其包括内部中空的吸盘本体24，吸盘本体呈锥台型结构，吸盘本体顶端竖向布置有与之内腔相连通的清水输入管道23，清水输入管道顶端设有盖板22，吸盘本体的底板25底面均布有若干个爪钉19，底板上爪钉之间均匀布有吸盘孔27；吸盘本体侧壁上设有与之内腔相连通的连接管26，连接管端部设置有一球头17，球头内部空腔与管道单元的主管16连通，球头端设置铰接装置。

上述的叉形连接装置2，其包括异径三通29和端头28两部分，端头一端设置固定球窝15，另一端与异径三通连接。

上述的进水塔前部的平台7上设置有固定支座8，固定支座包括底座板31和支撑座30，支撑座位于底座板上部，叉形连接装置的异径三通与支撑座上的弧形凹槽匹配固定。

上述的吸排沙管道4、叉形连接装置2、吸沙盘6上均设置有吊耳18，方便安装和维护管理。

一种水电站泄洪洞进水塔的排沙方法，其基于上述的水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置实施，包括以下步骤：

步骤1、关闭相应泄洪洞工作闸门,利用水库清淤设备适当平顺进水塔前的吸排沙装置安放区域的泥沙；

步骤2、通过泄洪洞前固定支座8和和支撑墩32固定叉形连接装置2，下落n形闸门9；

步骤3、利用水上作业平台或浮船分节吊运吸排沙管道4的管道单元和吸沙盘6，并在水中通过铰接装置5的法兰依次水下组装拼接，利用压沙板10底面的爪钉19插入泥沙中定位；

步骤4、开启安装吸排沙装置流道的工作闸门，吸排沙装置在库水压力作用下实现塔前泥沙的清理；

步骤5、在吸排沙装置运行即将结束时，开启吸沙盘6上清水输入管道23顶端的盖板22，利用下泄的清水，清理干净吸排沙装置的吸沙盘、吸排沙管道4、支管11、叉形连接装置2、铰接装置5内的泥沙，防止淤积。

上述的n形闸门3一方面是起固定叉形连接装置2的作用，另一方面是阻止泥沙和水从叉形连接装置与泄洪闸混凝土墙壁的间隙中流过；压沙板10底面的爪钉19、吸沙盘6底面的爪钉19能够实现本发明吸排沙装置在吸排沙时位置相对固定，不会随意摆动和扭曲，还有扰动底部淤积泥沙的作用。

本发明的水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其吸排沙管道4中的若干段管道单元的主管16均通过铰接装置5依次连接组成，能够在立体空间的一定角度范围内灵活转动，使吸排沙装置对地形的适应性更好。由于泥沙具有松散特性，即使爪钉插入泥沙，对吸排沙装置有一定的限制，但在不平衡水力的作用，也能够缓慢摆动，横扫左右侧的泥沙；由于吸排沙装置在吸附泥沙时，处于负压状态，对高出或离吸排沙装置更近的泥沙吸附力更强，在不同吸附力的作用下，也能缓慢向高侧和离得更近的淤积泥沙移动，最大范围的吸排影响区域的泥沙。

本发明的水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其按照水沙动力平衡设计，有利于吸排沙装置的整体输沙性能，同时在吸排沙装置的吸沙盘6上设置有清水输入管道23，能够利用清水冲刷管道，防止输沙管道内泥沙淤堵。

本发明的水电站泄洪洞进水塔前吸排沙装置，其还可以在各段管道单元上部设置浮箱，浮箱与吊耳相连，方便排沙装置的安装和运行期间辅助移位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的专利保护范围之内。