电厂取排水工程（通用3篇）
电厂取排水工程 篇1
摘要：根据规范的要求, 整理出盾构法隧道应用于电厂取排水工程的设计要点, 供同仁设计参考。
关键词：电厂取排水工程,盾构法隧道,设计要点
1 前言
盾构法是在地下暗挖隧道的一种施工方法。电厂取、排水工程采用盾构法隧道的适用范围:能穿越各种不同的地质条件;对地面沉降有严格控制要求的地段;适用于直径φ≥3m的各种地下管道;适用于直线或不同半径的曲线布置;防腐蚀性能好, 海边电厂或地下水有腐蚀性的地方更为合适;盾构法隧道长度≥500m。盾构隧道主要采用圆形断面, 由精加工的衬砌管片 (俗称内衬环) 在盾构尾部通过螺栓连接拼装而成。施工工艺特点:利用取水泵房进水间或排水跌水井作为工作井, 采用盾构机械, 在地下进行综合连续向前推进施工作业, 全面完成从土石方的挖掘到衬砌管片的拼装工作。
我国已有十几个火力发电厂的取、排水工程采用了盾构隧道技术, 如:大唐福建宁德电厂、国电福建江阴电厂、国华浙江宁海电厂、上海外高桥电厂等。
2 盾构法隧道地质勘察问题
盾构法的地质勘察问题除执行有关行业的工程地质勘察要求外, 尚应满足以下要求:
(1) 钻孔位置应离隧道外侧3-5m, 并在两侧交错布置。
(2) 钻孔间距一般为50mm, 钻孔深度根据下卧层地质条件而定。
(3) 根据地层性质进行必要的静力触探试验及标准贯入度试验。
(4) 提供各层土的渗透系数, 查明承压含水层, 并测定相应的压力值。
(5) 穿越卵石层或碎石层时, 特别注意卵石或碎石的粒径大小。
(6) 穿越硬土层时, 查明土的风化程度, 以及相应的强度。
3 电厂取、排水盾构法隧道设计
3.1 盾构法隧道布置
(1) 满足工艺取、排水要求。
(2) 满足水域管理部门要求。
(3) 隧道间距一般不小于3D。
(4) 隧道顶部最小覆土厚度一般不小于1.5D。
(5) 隧道转弯半径一般大于20D (实际Φ3000 R=150m;Φ4200 R=225m) 。
(6) 隧道底部不宜放在欠固结的淤泥土层上。
3.2 盾构法隧道荷载计算
盾构法隧道的结构设计, 应根据结构形式、受力条件、使用要求和地处环境等因素, 就施工、使用阶段进行计算。荷载分类有:永久荷载、可变荷载及偶然荷载。永久荷载主要有:结构自重、地层压力、隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力、静水压力及浮力、侧向地层抗力及地基反力。
·作用于浅埋 (覆土厚度小于2~3D, 小值对应小直径隧道) 盾构隧道上的地层压力、反力应根据工程地质和水文地质情况、结构形式、埋深、荷载作用下的变形、结构与地层刚度、施工方法、相邻隧道影响、回填压浆情况等因素研究确定。
·粘性土层中的竖向地层压力按全部覆土压力计算, 砂性土中可根据具体情况 (地层性质、隧道埋深等) 按卸载拱理论或全部覆土压力计算。
·施工阶段土层侧压力 (水、土压力) 系数可取0.6~0.7, 并可适当考虑由衬砌变形引起的地层抗力Pk, 抗力分布假设呈等腰三角形, 其作用范围为隧道水平直径上下45°之内, 抗力大小按弹性地基基床系数法计算:
式中Pk—地基反力 (k Pa)
K—基床系数 (k N/m3)
y—衬砌圆环在水平直径处的变形量 (m)
使用阶段侧压力为水压力与静止土压力之和。
3.3 盾构法隧道断面设计
衬砌结构横向计算模式应根据地层情况、衬砌构造特点、结构的实际工作条件等确定, 宜考虑衬砌与地层共同作用及装配式衬砌接头的影响。使用阶段一般可用自由变形的匀质圆环、施工阶段宜考虑接头实际刚度按弹性铰圆环进行分析。计算方法详见《盾构法隧道》。
(1) 隧道结构应按施工和使用阶段进行结构强度、变形计算, 同时须对混凝土结构裂缝宽度进行验算 (偶然荷载作用情况除外) 。
(2) 隧道衬砌宜采用具有一定刚度的柔性结构, 保证使用阶段衬砌环的直径变形控制在 (0.003~0.005) D、纵横张开量在3mm-5mm以内为宜。
(3) 盾构隧道衬砌厚度a应根据隧道外径D的大小、围岩条件、覆盖层厚度、管片材料、承受荷载情况以及管片所承受的施工荷载 (主要为千斤顶顶力) 等确定, 一般可以采用 (0.05~0.06) D。衬砌管片的类型有:箱型和平板型两类。
(4) 盾构隧道衬砌管片宽b (沿隧道纵向) 应与衬砌拼装方式、盾构千斤顶冲程相适应。宽度较小时, 方便了搬运、组装及曲线上的施工, 但接缝增多, 加大了隧道防水的难度, 制作成本增加, 且不利于控制纵向的不均匀沉降。宽度较大则施工不便, 也会使盾尾长度增长而影响盾构的灵活性。目前因铰接盾构的出现, 宽度相对提高, 一般控制在1000~1400mm之间。曲线段应考虑不等宽的楔形环, 其环面锥度可按隧道曲率半径计算, 但不宜太大。衬砌环直径大于6m者, 楔形量为30mm~50mm;6m以下的约15mm~40mm。
(5) 盾构隧道衬砌管片分块数量应结合隧道所处的围岩条件、荷载情况、构造特点、运输能力、制作拼装方便、计算模型 (按多铰柔性圆环考虑, 分块数应多, 按弹性匀质圆环考虑, 分块数宜少) 等因素综合考虑决定。一般直径D≤6m的盾构隧道, 衬砌环分块数以4~6块为宜;D>6m时, 可分为6~10块。其中封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种。
衬砌环的组成有两种方式。较好的方式为, 由若干标准管片 (A) 、两块相邻管片 (B) 和一块封顶管片 (K) 构成, B管片一端带坡面, K管片则两端带坡面。
(6) 在沿轴线方向, 当地层土质不均匀或顶部外荷载变化较大时, 可沿现浇钢筋混凝土内衬, 内衬可采用全断面衬砌或沿底部按60°、90°、120°局部衬砌。内衬厚度不宜小于150mm, 混凝土级别不低于C20。
3.4 盾构法隧道纵向不均匀沉降措施
盾构法隧道的纵向不均匀沉降是不可忽视的。尤以盾构工作井和隧道连接处、隧道底部下卧土层特性及分层突变处, 都会有较明显的差异沉降。设计中应按预估的沉降差, 设置适量的变形缝。一般工作井与隧道采用刚性连接, 而在外侧较近范围内设2-3道变形缝。
3.5 盾构法隧道防水措施
(1) 管片混凝土抗渗级别不低于W6。
(2) 衬砌管片间的纵缝、环缝内设置密封条, 螺栓孔设密封垫圈, 内弧侧设置嵌缝槽 (以备必要时作嵌缝处理) 。
(3) 提高管片制作精度及拼装质量, 减少接缝初始缝隙宽度。
(4) 衬砌管片外侧与土体的空隙内, 及时以适当的压力进行充填注浆。
(5) 衬砌纵缝内设橡胶传力衬垫, 以减少应力集中, 避免局部压损和渗漏。
3.6 盾构法隧道标准段管片构造设计
标准段断面为圆形闭口环, 衬砌采用预制装配式, 管片材料为钢筋混凝土, 管片的类型为平板型。构造设计主要考虑三个关键问题:管片的连接、管片接缝的止水;管片安装。
(1) 管片连接
管片的纵向、环向均设置凹凸型榫口和连接螺栓孔。环向上的螺栓承受因水、土压力所产生的应力和传递管片之间应力。纵向上的螺栓主要承受隧道不均匀沉降和管片微小变位时产生的应力。
斜螺栓连接是近几年发展起来的用于钢筋混凝土管片上的一种连接方式, 所需的螺栓手孔最小, 耗钢量最省, 与榫槽式接缝联合使用, 则管片拼装就位极为方便。
从理论上讲, 连接螺栓只在拼装管片时起作用, 拼装成环并向衬砌背后注浆后, 即可卸除。但现实工程中多不拆除, 为此, 不考虑卸除的螺栓必须具有很高的抗腐蚀、抗锈蚀能力。目前采用锌粉酪酸进行化学处理形成保护膜和氧化乙烯树脂涂层效果较好, 可以有100年以上的保护效果 (在海岸地带) 。
螺栓孔的设置应不得降低管片的强度, 采用错缝拼装形式时, 一般将纵向连接螺栓沿圆周等距离分置。
(2) 管片接缝的止水
钢筋混凝土管片的制造精度和抗渗性目前已经得到极大提高, 单块管片各部位尺寸误差均可达±0.1mm, 但是管片接缝的密贴程度尚不能保证不渗水, 需要采取特殊的防水措施, 即在环缝和纵缝处均采用两道止水措施。第一道主要的止水设施位于管片中间, 即将橡胶制品的弹性密封垫圈沿管片四周的凹凸型榫口箍紧, 当管片安装后, 弹性密封垫圈被挤压, 起到有效的止水作用。第二道止水措施即在预制管片的内弧侧设置嵌缝槽, 当管片拼装后, 在缝槽内嵌入快硬性水泥。
(3) 管片安装
管片采用盾构联合设备内设有的举重臂进行机械安装, 要求每一管片上均必须预埋钢套管, 举重臂举起、移动和就位管片时, 其一端和管片上预埋的钢套管连接。若隧道衬砌管片的外侧需要注浆作业, 该钢套管将作为注浆孔。
3.7 盾构法隧道特殊段设计
特殊部位的盾构隧道即顶部有开孔要求的进、排水段, 设于隧道的末端。其衬砌采用预制装配式, 衬砌环可采用钢管片、钢壳与钢筋混凝土复合管片等形式, 仅在设置立管处的隧道断面采用开口环, 其余仍为闭口环。钢管片位于顶部, 分别为:特殊块管片, 邻接块管片和带有楔形的封顶块管片。其余部分采用钢壳与钢筋混凝土复合管片等形式。海边电厂需要考虑特殊段牺牲阳极与垂直顶升立管牺牲阳极布置。
由于顶升施工荷载的原因, 故连接螺栓需要加强, 其它管片连接与安装基本同标准段。
(1) 管片接缝的止水
特殊段管片本身不透水, 加工精度高, 拼装后管片接缝非常密贴, 几乎不透水, 止水只要设置一道, 即在管片四周钢板上开槽, 槽中安装与标准段相同材质的弹性密封垫圈即可。
(2) 特殊块管片
开口环顶部的特殊块左右与邻接块、封顶块连接, 前后与闭口环的特殊块连接。特殊块是由厚钢板与型钢焊接而成。
(3) 立管
立管由封顶板、立管管节、止水框架、取水头或排水头组成。
·封顶板:为安装在盾构隧道上部开孔口处的特殊块管片。
·立管管节:
分别有顶头管节、标准管节与底座管节3种。采用矩形钢筋混凝土预制结构, 一般混凝土为C50, 抗渗标号为W10。每一管节的上下两端均设有钢结构连接法兰, 法兰共有三种:立管上、下法兰, 顶头管节外接法兰, 立管转向法兰。其中顶头管接外法兰采用不锈钢板制作, 其它法兰采用Q235钢板制作。法兰格腔中必须用防水水泥砂浆填满。
立管的结构设计应考虑水压力、土压力、波浪力、施工荷载以及顶升过程中可能发生的悬挂现象。
·止水框架:
止水框架为钢结构, 安装在顶升孔外周边, 其与周边的管片 (包括:邻接块管片、封顶块管片、闭口环的特殊块管片) 相焊接。顶升开始后, 止水框架将起到:维持开口环和闭口环的连接作用;加强孔口边缘强度的作用;保持闭口环和开口环的整体性。
·取水头或排水头:
取水头或排水头位于立管的顶端, 高于江 (河) 、海床面, 采用金属结构, 由潜水人员进行水下与立管的对接安装。需要另行设计, 在此不多叙述。
4注浆处理和注浆孔配置
盾构外壳与衬砌环外径有一定的差值, 而盾构在推进过程中将对周围的土壤造成挤压扰动, 因而衬砌管片外侧与四周的土体存在空隙。为了充填环形缝隙, 通常在衬砌管片上设置一个以上的注浆孔, 以便均匀注浆, 注浆材料为泥浆, 也可以加入少量水泥, 孔径根据所用浆材而定, 一般为50mm。在钢筋混凝土管片中, 注浆孔与起吊安装孔是共用的, 为此应根据作业安全性和是否便于施工确定注浆孔位置和孔径大小。
对于水底自流输水隧道, 如电厂布置在江 (河) 与海中的循环水取、排水隧道, 考虑到隧道的均匀沉降不至于引起严重后果, 也有取消进行注浆处理的。
5结论及其它
电厂取、排水盾构隧道的设计要点符合规程规范要求。电厂取、排水盾构法隧道仅在陆域一侧设置工作井, 盾构机头部最终留在地下不取出, 由于盾构机设备贵, 如D=5.6m隧道盾构机费用约在3500~4500万范围, 故考虑经济合理性, 盾构法隧道长度一般≥500m。盾构法隧道施工进度一般软土地基10m~30m/天, 而硬土地基与盾构设备及施工经验有关, 故在考虑选用时, 一定要探明岩土特性, 选择好可行的设备及安排好合理的工期, 特别要注意盾构法隧道与电厂防浪护岸堤的施工先后顺序, 若护岸堤先施工, 务必保证盾构法隧道上部的覆盖厚度。盾构法隧道应用于电厂取、排水工程应通过技术经济比较后确定。
电厂取排水工程 篇2
随着经济和社会的持续发展, 对用电量的需求也不断的提升, 为了满足人们生产和生活中基本的用电需求, 我们主要是对大型火电厂和核电厂改建、扩建和增容。不论是火力发电还是核能发电, 都是要求对凝结器进行冷却, 这样就需要大量的水作为冷却水源。因此, 选择靠近海湾、湖泊、河口、水库等就成了大型火电和核电厂的必备条件, 这样就可以有足够的水资源进行冷却。
大型火力发电及核能发电站冷却需要大量冷却水, 由于冷却水渐度偏高, 使得机组真空降低, 特别是夏季时候取水温度偏高, 真空值偏低。真空度下降严重, 影响机组经济性, 造成机组真空下降的原因很多, 如凝汽器内空气量增大, 阻碍蒸汽放热, 使得传热系数减小, 端差增大从而使真空下降;凝汽器冷却表面脏污、结垢, 影响传热;凝汽器传热性能越好, 传热系数越大, 传热端差越小, 真空值越大;取排水不同布置导致取水温度不同, 导致冷却能力不同, 机组真空值也不同等等。本文准备从不同取排水工程布置结果来分析, 找出凝汽器真空降低的原因, 给出问题的解决方案, 并提出相应改进措施。
2 温排水简介
现代火电站和核电站发电机组广泛采用的凝汽器式, 蒸汽经过汽轮机各级叶轮做功后, 成为携带大量废热的乏汽并排至汽轮机冷端———凝汽器。凝汽器一般直接采用水作为冷却工质来冷却乏汽。低温冷却水在与凝汽器进行热交换后, 温度一般提高8~15度。这种携带大量废热并排放到邻近水域, 使环境水域温度升高, 而且诸多质量进入受纳水域后, 使水体温度升高, 可能对水体中的生态系统造成一定的影响。温排水携带的废热有三个去向:1) 由水域的自由水而逸散进入大气;2) 由环境水体带走, 流至下游水域;3) 由排水口回归进入取水口 (即所谓“短路”) 。温排水不公影响周围水域环境, 而且会通过扩散回流回归到取水口而影响冷却水温度。冷却水温度的高低直接关系到发电厂机组的高效率, 冷却用水温度每升高2度, 汽机效率降低1%。因此, 从电厂经济性角度来说, 为了使机组得到最大的经济效益, 在设计取水排水工程时, 应避免“短路”的出现。从水与生态环境的角度考虑, 由于温排水属于点源排放, 情况水域温度帖温排水的不断汇入, 大量废热来不及扩散而逐渐升高, 使得水体的自净能力大大减弱, 应避免第二种热量转移的发生。综合上述两种考虑, 我们需要对温排水的热力特性进行分析, 对由于电厂温排水引起的热污染范围和程度进行预测, 从而能够得出温排水对电厂经济性和水域环境的影响的评估。
3 凝汽器真空概述
凝汽式汽轮机组在现代大型电站的热力循环中, 凝汽设备主要是在汽轮机中做功的乏汽冷却, 从而建立并维持一定的真空度, 并且将交换过来的热源通过管道排放出去。凝结设备主要是凝汽器, 从汽轮机低压缸吸收热量通过循环水系统排放。根据汽轮机工作原理, 汽轮机装置的效率、功率受到凝汽器真空度严重影响, 因此凝汽器真空是否能够达到或者接近最佳直接影响整个汽轮机组的热经济性。
在凝汽器内蒸汽和凝结水两相之间存在一个平衡压力, 该压力低于标准大气压的值称为凝汽器的真空度。凝汽器真空降低, 会使汽轮机的汽耗量增加, 从而使供电煤耗率增加。因此, 分析凝汽器真空下降的原因, 维持机组经济真空运行直接影响到整个汽轮机组的热经济性。
4 影响凝汽器真空的因素
凝汽器真空下降会引起机组汽耗增加, 煤耗增大。以600MW机组为例, 当凝汽器的运行真空比设计值低1k Pa~2k Pa, 凝汽器真空将降低1k Pa时, 机组热耗率约上升0.8%, 煤耗率增加2.5g/k W.h。因此, 如何取到较低温度的冷却水或使冷却水温度降低, 从而提高冷却效果维持凝汽器真空, 提高机组运行的经济性, 是电厂冷却水工程设计的重要因素之一。
影响凝汽器真空的因素很多, 如凝汽器结构和管材、凝汽器冷凝面积、冷却水量、冷却水温、真空严密性、真空系统抽气能力、热力系统疏水量等, 其中有些参数已在设计制造环节确定, 如凝汽器的内部结构、管材、抽气系统的布置和容量等;有些是受气候和环境因素影响, 如循环水温度;有些则是受安装、运行的影响, 如管系结垢、漏空气、循环水量等。而循环水取水温度是影响凝汽器真空的重要因素之一。当汽轮机负荷和冷却水量不变时, 凝汽器的真空将随冷却水进口温度的降低而升高。
5 取排水工程对凝汽器真空的影响
通常, 多数电厂的温排水采用直排水面冷却方式, 大量的温水排水直接排入附近海域, 其主要特征就是高温, 它不公使受纳水休的温度升高, 取水温度变大, 影响凝汔器冷凝效果, 将给电厂冷却系统的效率带来影响 (取水温度升高2度, 冷却效率降低1%) , 且不稳定的冷热流体混合物换热效果变差, 使得凝汽器的奂热性能减弱。此外, 真空下降造成机组汽耗增加, 煤耗增大。对于100MW以上的再热机组, 排气压力每升高1Kpa, 机组煤耗升高2~3g/ (KW.h) .因此如何抽取到更低温的冷却水, 以提高冷却效果维持凝汽器真空, 从而降低煤耗, 提高机组运行的经济性, 是电厂冷却水工程致力研究的重要问题之一。取排水对真空的影响主要从取水管径、管道间距及来流流速等方面分析。
在管道间距、来流流速不变的情况下, 随着取水口管径的增加, 冷却水的抽取量增加, 即凝汽器内的循环冷却水增加, 凝汽器内的换热效果增强, 真空度随之提高, 从而降低了汽轮机末级排汽压力及排汽温度, 使得机组的循环热效率提高。
在管道半径、来流流速不变的情况下, 随着管道间距的增加, 取水口平均温度逐渐降低。在冷却水量不变的情况下, 冷却水温的降低将直接使凝汽器内的冷却作用增强, 凝汽器内真空度升高, 从而降低了汽轮机末级排汽压力及排气温度, 使得机组的循环热效率提高。
在管径、管道间距不变的情况下, 随着来流流速的增加, 在冷却水量不变的前提下, 冷却水温的降低将直接凝汽器内的冷却作用增强, 凝汽器内真空度升高, 从而降低了汽轮机末级排汽压力及排气温度, 使得机组的循环热效率提高。
6 结论
电厂取排水工程 篇3
电厂运行过程中需要取一定量冷却水,以用于机组冷却。为获得较好的冷却效果,电厂取排水口往往采用“深取浅排”的方式,以提高机组运行效率。对“深取浅排”方式,取排水口所在水域泥沙运动对机组取排水影响较大,容易造成取水口淤积、取水含沙量大及排水冲刷等一系列问题,特别当取排水口所处水域为潮流区时,受径流和潮流的双重影响,泥沙输移运动十分复杂,对电厂取排水影响也更加不确定。为此通过潮流泥沙物理模型试验,以某潮流区电厂为例,分析电厂附近水域泥沙运动输移规律,分析泥沙对电厂取排水影响,优化电厂取排水口结构形式。
1 潮流区泥沙试验方法及潮控技术
根据相关规程[1]设计潮流泥沙动床模型。对于潮流控制,则采用了程序控制潮控系统,相比传统尾门控制和潮水箱控制,具有搭建方便,精度高,率定快,试验便捷等优点。潮控系统主要由计算机、交换机、变频器、变频泵、流速仪和水位仪组成,潮流的生成与复演由程序控制完成,并通过终端实时采集和显示模型与实测数据。具体过程为:录入实测数据,包括水位和流速;开启上下游边界变频泵;通过边界水位模型与实测值的实时比较,确定变频器变化,以此实时调节模型上下边界变频泵的转速(正负向转),通过程序反复调整最终使得边界水位过程和实测一致;与此同时,比较模型范围内流速测点模型值和实测值,从而整体调节上下游边界的流量;另,通过模型范围内不同流速测点的比较和分区,确定模型加糙情况。由上实现模型范围内潮流的复演,该系统已应用于多项潮流控制试验研究,具有良好的稳定性和重复性。
2 应用工程概述
2.1 概 况
电厂位于珠江河口感潮河段,附近有大虎岛、小虎岛和沙仔岛,工程位置见图1。
机组冷却水取自厂区附近水道,设计冷却水量30.69 m3/s,采用“深取浅排”方式布置。取排水结构形式及布设见图2。
2.2 河床演变及泥沙输移分析
工程所在水域往复潮流比较畅通,现阶段基本冲淤平衡[2],槽道以浚深拓宽为主,并趋向于稳定,岸滩河势基本稳定[3]。根据相关资料,本工程所在附近流域洪季平均含沙量在0.12～0.18 kg/m3之间,枯季平均含沙量在0.02～0.04 kg/m3之间,整体含沙量较低[4]。
2.3 模型设计
本模型按推移质动床模型设计[5],几何比尺如下:平面比尺:Lr=90;垂向比尺:Zr=60;几何变率:e=1.5,对应水流比尺为:
流速比尺:
流量比尺: λQ=λVλLλH=41 828.4
糙率比尺: =λ
阻力比尺: (λL/λH)1/2=1.22
水流时间比尺: (λLλH)-1/2=11.6
模型范围及动床铺沙范围见图3。
对泥沙相似,则根据原型沙颗分析成果及泥试验经验,用性能稳定且粒径范围大的沥青浸渍木屑作为模型沙[8],比重γs为1.50 t/m3,干容重 为0.27 t/m3,则:
沉降比尺:
根据实测资料,原型床沙中值粒径d50=0.10～0.13 mm;经反复计算和配置模型沙,选用d50=0.30 mm的木屑作为床沙。各水深原型沙和模型沙起动相似比尺见表1。
由表1可见,原型沙与模型沙起动流速比尺为7.64～7.79,平均为7.72,与流速比尺7.75非常接近,选沙能满足泥沙起动相似条件。
单宽床沙输沙量比尺:
床沙冲淤时间比尺为:
模型用浆砌红砖作边墙,在其内填实河沙,按地形测图塑造河床模型,动床模型是在原定床模型上改制。
2.4 模型率定
采用典型水文条件进行率定,大潮和小潮潮位率定结果见图4和图5,流速率定结果见图6和图7。
由图可见,模型值与原型值水位相差±10 cm,流速相差在10%以内,满足规范要求,模型可用于泥沙试验研究。
3 试验及成果
3.1 试验水文条件
考虑常规水文条件无法反映泥沙冲淤变化的极端情况,从而难以把握附近水域泥沙运动规律及特性,且本水域沙源主要来自上游洪水,海域来沙较小。综上考虑,选择本水域典型大小潮及两次典型洪水作为试验水文条件。其中典型大小潮取自1998年实测观测资料;98.6洪水及100年一遇洪水取自洪潮水面线计算报告[6]。试验水文条件见表2。
3.2 成果分析
为了便于试验成果分析,在动床范围内设定了9个地形测量断面,在排水口外设定了4个地形测量断面,通过比较试验前后断面形状及地形等值线变化,分析河床冲刷演变规律。
(1)床沙输移分析。
潮流工况下,动床范围内河床呈现为微小淤积,运行15 d(原型),大潮平均淤积0.09 m,小潮平均冲刷为-0.04 m(断面统计值);洪水工况下表现为冲刷,平均冲深分别为达0.24 m和0.42 m。整体而言,受河槽特征及水流运动的影响,各水文条件下近岸床面变化较小,潮流情况下主槽床面整体上表现为冲淤交替,洪水条件主槽冲深较为明显,泥沙推移方向主要为沿主槽偏大虎岛侧。百年一遇洪水地形变化等值线图件图8。
排水口为喇叭口型,因恒定流状态下有压扩散段内存在流动的局部不稳定现象,主要表现为主流的非周期性摆动,在试验过程中亦发现这种主流摆动现象,出水的不均匀造成了排水口附近床面单侧冲刷强烈,而另一侧出现回流淤积的不利流态。
(2)取水口泥沙淤积。
工程取水口布设在煤码头扩建段码头面下,底高程为-11.0 m,沿一定坡度与外港池衔接,港池高程约为-15.53 m。为分析泥沙对取水的影响,首先在模型取排水流程中布设沉沙池,以计量取水口吸入沙量;同时量测取水口附近泥沙淤积厚度。各工况下统计情况见表3。由表3可见,频率洪水工况下底层流速相对较大且持续为同一方向,故吸入沙量及淤高较大,日吸入沙量在33 kg左右,两侧淤高为0～6 cm。百年一遇洪水取水口泥沙淤积情况见图9。
3.3 取排水口结构优化
3.3.1 取水口
为减少泥沙淤积影响,确保机组运行安全,在取水口前方码头扩建段桩柱处布设拦沙底坎,底坎高度分别为1.0 m和2.0 m,布设示意见图9。布设底坎前后取水口泥沙淤积及吸入沙量比较见表4,可见布设底坎后,吸入沙量和淤积厚度均有所减少,吸入沙量变化尤为明显,最大降幅为81.7%。
另,机组排水掀扬的泥沙会随排水射流向取水口所在的煤码头扩建段运动,从而造成取水口附近区域的淤积,影响取水口取水的安全。而在煤码头扩建段内侧及下游外侧设置挡水板(见图9),可使排水挟带泥沙直接推移到主槽并随主流输送到上下游河道,阻止泥沙直接淤积在取水口局部区域,确保取水安全。
3.3.2 排水口
如前所述,为避免排水喇叭口出现不规则主流摆动而造成排水口附近床面单侧冲刷,在喇叭型排水口内设置一组导流隔墙,见图10。试验表明,导流隔墙可有效遏制主流的非周期性摆动,使排水平稳顺畅。
4 结 语
(1)本论文提出的潮流区动床物理模型试验方法,采用了程序控制潮控系统,较好的实现了工程附近天然潮流及泥沙输运过程的模拟,方法可为类似工程试验提供借鉴。
(2)本电厂所在的潮流区,属往复流河段,长期来看,天然状态下处于冲淤平衡状态。但受河道地形影响,可能出现左右槽道冲淤不均匀现象。
(3)“深取浅排”方式下,电厂冷却水取水口附近泥沙淤泥一般不明显,但会因取水而吸入悬沙,可在取水口布设拦沙底坎,可有效降低吸入沙量。
(4)对于电厂的喇叭形排水口,建议内设导流隔墙,可有效避免喇叭口排水在有压状态下的主流非周期性摆动现象,保证排水口流态稳定及顺畅。
参考文献
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