专利名称：一种引水隧洞前池的排砂构建的制作方法
技术领域：
本发明属于高水头水电站的排砂构筑领域，特别是水电站引水隧洞前池的排砂构建。
背景技术：
现有的高水头水电站，在采用引水隧洞引水到电站上方的主引水管入口区域时，对隧洞的排砂往往比较困难，这主要是在隧洞与主引水管入口区域，一般山体的土石工程量不希望太大，不希望在一个大的前池内设置复杂的排砂工程建筑，同时也不希望有人去承担排砂操作。这就使得引水中的少量砂粒进入主引水管到达水轮发电机，影响水轮发电机的寿命。而如果要在引水隧洞与主引水管之间修一个大的前池排砂工程的话，土石方工程量又太大，运行时还需要人员值守操作，投入的费用和运行成本都较高。
发明内容
本发明的目的是运用不大的工程量完成引水隧洞前池的排砂构建并且使排砂的任务能自动完成，不必有人操作。
为了进一步地减少水电站引水隧洞中引水的含砂量，提高水轮发电机的使用寿命，降低发电成本和运行成本，本发明在引水隧洞中建造一个隧洞式前池。该前池串接在引水隧洞和主引水管之间，既引水又自动排砂。这种引水隧洞前池的排砂构建由引水进口、前池、沉砂槽、间隔盖板、虹吸盖板、虹吸管、溢洪堤、溢洪口和主引水管组成。引水进口连接前池的进水口，前池的出水口连接主引水管；引水进口的横切面积大于主引水管的横切面积；前池呈隧洞形式，其高度大于引水进口和主引水管的高度，其宽度大于引水进口和主引水管的宽度；前池的底部顺长度方向有沉砂槽，前池底部的其余部分均倾斜于沉砂槽，沉砂槽位于前池底部的中央最低处；沉砂槽中段的底部最低，其前段和后段底部的两端较高并逐渐向中段倾斜，沉砂槽的中段盖有虹吸盖板，虹吸盖板上固定有虹吸管，沉砂槽的前段和后段上盖有间隔盖板，间隔盖板之间有缝隙，引水及砂粒能够从间隔盖板的缝隙中进入沉砂槽；与沉砂槽中段虹吸盖板对应的前池洞壁处开有溢洪口，溢洪口的顶部高于前池顶部，溢洪口的下方筑有溢洪堤，溢洪堤的高度比主引水管的顶部高1米以上；虹吸管的进水端进入虹吸盖板伸到沉砂槽下部，虹吸管的出水端穿过溢洪堤的上部后向下弯曲，其出水口的管口水平面低于主引水管的管口顶部0.5米以上。
本发明在进水隧洞到达水轮机主机引水管入口的区域，将隧洞的直径扩大，形成一个隧洞性质的前池区，由于隧洞直径扩大，使得洞中水流速度大幅减缓，砂砾被沉积到前池区域内，前池的底部开设沉砂槽，沉砂槽沿前池洞底布局。在侧向一边的区域有前池的溢洪口，当水轮机减负荷或停机时，前池水位上升，可从溢洪口排出洪水，同时又发生虹吸抽砂作用，有效地防止了隧洞、水轮机及主引水管受砂砾磨损和受压损坏。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1为揭开顶部的本发明整体布局鸟瞰示意2为从本发明轴线中心纵剖的侧面示意3为图1的A-A剖面示意图(反时针旋转90°)图4为图1的B-B剖面示意图(反时针旋转90°)图5为图1的C-C剖面示意图(反时针旋转90°)图6为图1的D-D剖面示意图(反时针旋转90°)
附图中1、引水进口，2、前池，3、沉砂槽，4、间隔盖板，5、虹吸盖板，6、虹吸管，7、溢洪堤，8、溢洪口，9、主引水管，10、消能池，11、前池正常水面，12、溢洪口洞顶。
具体实施例方式
如图1所示，本发明由引水进口1、前池2、沉砂槽3、间隔盖板4、虹吸盖板5、虹吸管6、溢洪堤7、溢洪口8和主引水管9组成。引水进口1连接前池2的进水口，前池2的出水口连接主引水管9；引水进口1的横切面积大于主引水管9的横切面积；前池2呈隧洞形式，其高度大于引水进口1和主引水管9的高度，其宽度也大于引水进口1和主引水管9的宽度；前池2的底部顺长度方向有沉砂槽3，前池2底部的其余部分均倾斜于沉砂槽3，沉砂槽3位于前池2底部的中央最低处；沉砂槽3中段的底部最低，其前段和后段底部的两端较高并逐渐向中段倾斜，沉砂槽3的中段盖有虹吸盖板5，虹吸盖板5上固定有虹吸管6，沉砂槽3的前段和后段上盖有间隔盖板4，间隔盖板4之间有缝隙，引水及砂粒能够从间隔盖板4的缝隙中进入沉砂槽3；与沉砂槽3中段虹吸盖板5对应的前池2洞壁处开有溢洪口8，溢洪口8的顶部高于前池2顶部，溢洪口8的下方筑有溢洪堤7，溢洪堤7的高度比主引水管9的顶部高1米以上，平时，正常水面11与主引水管9的顶部差不多高，即溢洪堤7的高度超过正常水面11在1米以上；虹吸管6的进水端进入虹吸盖板5伸到沉砂槽3下部，虹吸管6的出水端穿过溢洪堤7的上部后向下弯曲，其出水口的管口水平面低于主引水管9的管口顶部0.5米以上。间隔盖板4之间的缝隙越是靠近虹吸盖板5处就越窄。溢洪堤7的虹吸管6出水口侧有消能池10。
当引水从引水进口1到达前池2时，洞的截面扩大，前池2的底面有沉砂槽3，沉砂槽3是沿着前池2纵向延伸的一条槽沟，上面有间隔盖板4，前池2的底部在这个沉砂槽3中段排砂区的上方，设立几根排砂虹吸管6，排砂虹吸管6管径约φ500，分布排列，由于管径不大，制作工程量少，分布排列可以多处抽砂，排砂虹吸管6的最高处，同溢洪堤7的堤坝差不多高，其高度高于前池2的正常水位11，达到前池2最高水位，也即虹吸发生时的前池2水面高。当因水轮机减负荷或停机时，前池2水面从正常水面11上升，当水面上升并超过溢洪堤7的堤坝高时，一方面溢洪，一方面虹吸现象产生，水流可以从虹吸管6抽吸出，抽吸时将砂砾一起抽出，形成排砂。当水面下降到前池2正常水面以下，即水面降到虹吸管6出口处的水平面以下时，虹吸自动停止，虹吸管6出口比前池2正常水平面11低0.5米以上，这0.5米以上的回差保证了在正常水位11时，虹吸可以继续一段时间，保证沉砂槽3中的砂砾有较长时间的排出。
溢洪口8位于虹吸管排列的区域附近，在溢洪处，洞顶和洞口的空间扩大，溢洪口8洞顶高度较高，出口很大，使洪水到来时溢洪顺畅。在溢洪堤7外的消能池10是用于消除虹吸管6排水和溢洪口8排出洪水的冲刷能量，使洪水能量不至于冲毁山体及建筑。这可以根据山体具体情况设计形状及大小。
沉砂槽3在离虹吸管6远处的间隔盖板4盖得缝隙较大，使砂砾和水流进入顺畅，在虹吸管6附近间隔盖板4盖得密集，使进水很少，这样，从远处进入沉砂槽3的水流可以有劲地冲刷沉砂，使砂砾冲到沉砂槽3的中段排砂区，有利于砂的排出。
由此构成的沉砂、汇集、虹吸、排砂是在水电站运行过程中因负荷变动而引起的自动排砂过程，不需要有人介入操作。
权利要求
1.一种引水隧洞前池的排砂构建，它由引水进口、前池、溢洪堤和主引水管组成；其特征在于它还有沉砂槽、间隔盖板、虹吸盖板、虹吸管和溢洪口；引水进口连接前池的进水口，前池的出水口连接主引水管；引水进口的横切面积大于主引水管的横切面积；前池呈隧洞形式，其高度大于引水进口和主引水管的高度，其宽度大于引水进口和主引水管的宽度；前池的底部顺长度方向有沉砂槽，前池底部的其余部分均倾斜于沉砂槽，沉砂槽位于前池底部的中央最低处；沉砂槽中段的底部最低，其前段和后段底部的两端较高并逐渐向中段倾斜，沉砂槽的中段盖有虹吸盖板，虹吸盖板上固定有虹吸管，沉砂槽的前段和后段上盖有间隔盖板，间隔盖板之间有缝隙，引水及砂粒能够从间隔盖板的缝隙中进入沉砂槽；与沉砂槽中段虹吸盖板对应的前池洞壁处开有溢洪口，溢洪口的顶部高于前池顶部，溢洪口的下方筑有溢洪堤，溢洪堤的高度比主引水管的顶部高1米以上；虹吸管的进水端进入虹吸盖板伸到沉砂槽下部，虹吸管的出水端穿过溢洪堤的上部后向下弯曲，其出水口的管口水平面低于主引水管的管口顶部0.5米以上。
2.根据权利要求1所述的引水隧洞前池的排砂构建，其特征在于所述间隔盖板之间的缝隙越是靠近虹吸盖板处就越窄。
3.根据权利要求1所述的引水隧洞前池的排砂构建，其特征在于所述溢洪堤的虹吸管出水口侧有消能池。
全文摘要
本发明公开了一种引水隧洞前池的排砂构建，由引水进口、前池、沉砂槽、间隔盖板、虹吸盖板、虹吸管、溢洪堤、溢洪口和主引水管组成。引水进口连接前池的进水口，前池的出水口连接主引水管，前池的底部顺长度方向有沉砂槽，沉砂槽的中段盖有虹吸盖板，虹吸盖板上固定有虹吸管，沉砂槽的前段和后段上盖有间隔盖板，与沉砂槽中段虹吸盖板对应的前池洞壁处开有溢洪口，溢洪口的下方筑有溢洪堤；虹吸管的进水端进入虹吸盖板伸到沉砂槽下部，虹吸管的出水端穿过溢洪堤的上部后向下弯曲。本发明解决了水电站主引水管前的排砂溢洪问题，实现排砂溢洪自动化，有效地防止了隧洞、水轮机及主引水管受砂砾磨损和受压损坏。
文档编号E02B9/02GK1963036SQ200510022028
公开日2007年5月16日 申请日期2005年11月8日 优先权日2005年11月8日
发明者刘永言 申请人:成都希望电子研究所