智能氣動盾形閘門在電站上的應(yīng)用
智能氣動盾形閘門在電站上的應(yīng)用
國際上對小水電站的規(guī)模限定為額定容量為001kW-12000kW的水電站,特小水電站的額定容量小于1000kW,它特別適合于供應(yīng)分散的農(nóng)村用電,不需要架設(shè)很長的輸電線路,是大電網(wǎng)達(dá)不到的邊疆、山區(qū)和海島等農(nóng)村地區(qū)的最優(yōu)越的能源。小水電站工程簡單、工期短、見效快,是一種廉價(jià)、潔凈的再生能源,是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施,環(huán)境保護(hù)與生態(tài)建設(shè)的重要手段,在解決農(nóng)村用電、帶動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、改善農(nóng)民生活條件、促進(jìn)節(jié)能減排等方面發(fā)揮了重要作用。
一、現(xiàn)有水電站壩型優(yōu)缺點(diǎn)對比
我國農(nóng)村地域廣闊,河流重多,特別適合建設(shè)小型水電站,目前,我國小水電站裝機(jī)容量和發(fā)電量約占全國水電的30%。國家規(guī)劃到2020年全國小水電站裝機(jī)容量達(dá)到7500萬kW。即使如此,裝機(jī)容量也只占其可開發(fā)量的58%,離世界發(fā)達(dá)國家開發(fā)水平還有很大差距,因此小水電站建設(shè)將得到迅猛發(fā)展。
小水電站擋水壩建設(shè)最初采用混凝土壩,由于其存在建設(shè)施工成本高、周期長、泄洪能力差等比較顯著的缺點(diǎn),處于逐步被淘汰的狀態(tài)。后來逐步發(fā)展為水泥翻板閘、鋼壩閘、橡膠壩,壩體建設(shè)技術(shù)不斷進(jìn)步
通過多年的實(shí)際應(yīng)用,人們發(fā)現(xiàn)新的壩體建設(shè)技術(shù)也各有優(yōu)缺點(diǎn),比如鋼壩閘建設(shè)成本高;水泥翻板閘在長時(shí)間運(yùn)行后由于泥沙堆積和漂浮物卡掛造成閘門關(guān)閉不嚴(yán)、開啟困難和泄洪能力差;橡膠壩存在使用壽命短、安全性、景觀效果差等問題。這些缺影響了小水電站建設(shè)的發(fā)展,急需研發(fā)一種能夠綜合上述壩體優(yōu)點(diǎn)、解決缺點(diǎn)的壩體。
二、氣盾壩的技術(shù)優(yōu)勢
氣盾壩是將橡膠壩與鋼壩閘之所長相結(jié)合經(jīng)創(chuàng)新之后的新型水工建筑物,是橡膠水壩的一次技術(shù)突破,更是對液壓鋼壩閘、水泥翻板閘的一次技術(shù)革命。氣盾壩在美國已經(jīng)多年功應(yīng)用,并于2007年在北京安裝了一座樣板工程,但因價(jià)格昂貴未能在國內(nèi)廣泛推廣。
水利部、中國水利水電科學(xué)研究院在2008年發(fā)文推廣應(yīng)用這一新產(chǎn)品,組織多個(gè)專業(yè)廠家進(jìn)行開發(fā)和國產(chǎn)化。但由于生產(chǎn)氣囊的工藝難度和前期投入大,多數(shù)廠家未能堅(jiān)持。
鐵嶺爾凡橡塑研發(fā)有限公司公司經(jīng)過多年的攻關(guān)和研發(fā),在氣囊制造工藝方面取得成功,實(shí)現(xiàn)了氣盾壩的國產(chǎn)化,也使氣盾壩在小水電站上應(yīng)用成為可能。氣盾壩與傳統(tǒng)壩型相比有以下技術(shù)優(yōu)勢:
1、 成本低、結(jié)構(gòu)簡單、施工安裝工期短
建設(shè)成本比鋼壩閘、混凝土壩低,同時(shí)建設(shè)時(shí)不需要大量的支墩、中墩、工作橋,設(shè)計(jì)為簡易、模塊化的結(jié)構(gòu),安裝作業(yè)現(xiàn)場不需要大型吊裝機(jī)具, 安裝作業(yè)人員少。施工安裝周期短,能夠縮短河道內(nèi)作業(yè)工期,避開突發(fā)降雨、來水的威脅和危害,基礎(chǔ)上部安裝一般只要兩周就可完成。
2、 運(yùn)行安全可靠、可控
氣盾壩剛?cè)嵯酀?jì)的結(jié)構(gòu),能緩解各種不確定水環(huán)境的影響。不需要充水橡膠壩的強(qiáng)排,水泥翻板閘、鋼壩閘的液壓系統(tǒng),不會因斷電造成壩體塌落不下或塌落不充分的危險(xiǎn),設(shè)有手動排氣閥,手動和電動都可以排出壓縮空氣,實(shí)現(xiàn)順利泄洪。洪汛期間,特別是在無法正常供電或意外斷電時(shí),仍可隨時(shí)手動降壩、安全泄洪。
3、 清污、排淤能力更強(qiáng),適應(yīng)范圍更廣
氣盾壩降壩行洪時(shí),盾板可與基礎(chǔ)底面平齊,不阻水,可實(shí)現(xiàn)充分排淤。通過快速降壩,提高下泄水流速度,也可加大排砂、排淤能力。在鋼壩閘不適應(yīng)的泥沙淤積嚴(yán)重、漂浮物多的流域:橡膠壩、水泥翻板壩不適應(yīng)的洪汛頻繁、流速急,漂浮物、滾石夾雜多,凌汛頻繁的流域,氣盾壩均可適應(yīng)這些環(huán)境并有效使用。
在對老水電站攔河壩進(jìn)行氣盾壩改造時(shí),可采用植筋技術(shù),在原有橡膠壩、水泥翻板閘基礎(chǔ)上直接改造,也可在原混凝土拱壩、重力壩的基礎(chǔ)上直接加高,由此可大幅節(jié)省工程改造資金和增效擴(kuò)容。擋水水位穩(wěn)定的狀態(tài)下續(xù)可調(diào),而洪水來了可一放到底。因此,較之其他壩型的泄洪出現(xiàn)的行檔水位的大起大落,氣盾壩可穩(wěn)定維持高水位運(yùn)行的能力,能夠減少汛期棄水,有效延長電站運(yùn)行周期,提高發(fā)電能力和發(fā)電效率。
4、 運(yùn)行可控、管理簡單
氣盾壩自身運(yùn)行故障極少,無需經(jīng)常涉水進(jìn)行維修、維護(hù),氣盾壩的盾板連為整體,沒有間隙和大量的支墩,樹枝、木棍等漂浮物會順流而下,不宜發(fā)生卡掛,清理工作量少,因此,氣盾壩的運(yùn)行管理較簡單,無需作業(yè)人員的大量涉水作業(yè),安全保障程度更高。
5、 擋水和過水能力提高
橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)程要求的設(shè)計(jì)擋水高度一般不超過5米,壩頂溢流不超過50cm:水泥翻板閘的設(shè)計(jì)擋水高度一般也不超過5米,自動開啟的水位高度般不超50cm。氣盾壩實(shí)際應(yīng)用的擋水高度已達(dá)10米,沒有橡膠壩、翻板閘設(shè)計(jì)擋水高度的限制,擋水能力大幅提高。因此,氣盾壩已突破了橡膠壩、鋼板閘等規(guī)定的設(shè)計(jì)范圍,擋水和過水能力大幅提高。
6、 使用壽命高于橡膠壩
氣盾壩使用壽命長短取決于橡膠氣囊的壽命對橡膠氣囊最大的傷害產(chǎn)生于外來的機(jī)械破壞、磨損和紫外線照射的橡膠老化,與橡膠壩相比,氣盾壩無論是升壩運(yùn)行和降壩行洪,氣囊都在盾板下面處于保護(hù)狀態(tài),避開了日光和紫外線的直接照射,可有效減小橡膠氣囊老化程度,不受滾動砂石的磨損碰撞、竹木等漂浮物的劃傷等外部傷害,可確保使用壽命在30年以上。
7、 景觀效果更好
氣盾壩在溢流時(shí)具有更好的挑流效果,能形成更為美麗、壯觀的瀑布景觀,可以為城市、景區(qū)等增添亮麗的風(fēng)景,氣盾壩可根據(jù)需要在壩體背部設(shè)計(jì)不同的裝飾,產(chǎn)生意想不到的效果。