智能氣動盾形閘門在電站上的應用
智能氣動盾形閘門在電站上的應用
國際上對小水電站的規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,它特別適合于供應分散的農村用電,不需要架設很長的輸電線路,是大電網達不到的邊疆、山區和海島等農村地區的最優越的能源。小水電站工程簡單、工期短、見效快,是一種廉價、潔凈的再生能源,是農村經濟發展的重要基礎設施,環境保護與生態建設的重要手段,在解決農村用電、帶動農村經濟社會發展、改善農民生活條件、促進節能減排等方面發揮了重要作用。
一、現有水電站壩型優缺點對比
我國農村地域廣闊,河流重多,特別適合建設小型水電站,目前,我國小水電站裝機容量和發電量約占全國水電的30%。國家規劃到2020年全國小水電站裝機容量達到7500萬kW。即使如此,裝機容量也只占其可開發量的58%,離世界發達國家開發水平還有很大差距,因此小水電站建設將得到迅猛發展。
小水電站擋水壩建設最初采用混凝土壩,由于其存在建設施工成本高、周期長、泄洪能力差等比較顯著的缺點,處于逐步被淘汰的狀態。后來逐步發展為水泥翻板閘、鋼壩閘、橡膠壩,壩體建設技術不斷進步
通過多年的實際應用,人們發現新的壩體建設技術也各有優缺點,比如鋼壩閘建設成本高;水泥翻板閘在長時間運行后由于泥沙堆積和漂浮物卡掛造成閘門關閉不嚴、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的發展,急需研發一種能夠綜合上述壩體優點、解決缺點的壩體。
二、氣盾壩的技術優勢
氣盾壩是將橡膠壩與鋼壩閘之所長相結合經創新之后的新型水工建筑物,是橡膠水壩的一次技術突破,更是對液壓鋼壩閘、水泥翻板閘的一次技術革命。氣盾壩在美國已經多年功應用,并于2007年在北京安裝了一座樣板工程,但因價格昂貴未能在國內廣泛推廣。
水利部、中國水利水電科學研究院在2008年發文推廣應用這一新產品,組織多個專業廠家進行開發和國產化。但由于生產氣囊的工藝難度和前期投入大,多數廠家未能堅持。
鐵嶺爾凡橡塑研發有限公司公司經過多年的攻關和研發,在氣囊制造工藝方面取得成功,實現了氣盾壩的國產化,也使氣盾壩在小水電站上應用成為可能。氣盾壩與傳統壩型相比有以下技術優勢:
1、 成本低、結構簡單、施工安裝工期短
建設成本比鋼壩閘、混凝土壩低,同時建設時不需要大量的支墩、中墩、工作橋,設計為簡易、模塊化的結構,安裝作業現場不需要大型吊裝機具, 安裝作業人員少。施工安裝周期短,能夠縮短河道內作業工期,避開突發降雨、來水的威脅和危害,基礎上部安裝一般只要兩周就可完成。
2、 運行安全可靠、可控
氣盾壩剛柔相濟的結構,能緩解各種不確定水環境的影響。不需要充水橡膠壩的強排,水泥翻板閘、鋼壩閘的液壓系統,不會因斷電造成壩體塌落不下或塌落不充分的危險,設有手動排氣閥,手動和電動都可以排出壓縮空氣,實現順利泄洪。洪汛期間,特別是在無法正常供電或意外斷電時,仍可隨時手動降壩、安全泄洪。
3、 清污、排淤能力更強,適應范圍更廣
氣盾壩降壩行洪時,盾板可與基礎底面平齊,不阻水,可實現充分排淤。通過快速降壩,提高下泄水流速度,也可加大排砂、排淤能力。在鋼壩閘不適應的泥沙淤積嚴重、漂浮物多的流域:橡膠壩、水泥翻板壩不適應的洪汛頻繁、流速急,漂浮物、滾石夾雜多,凌汛頻繁的流域,氣盾壩均可適應這些環境并有效使用。
在對老水電站攔河壩進行氣盾壩改造時,可采用植筋技術,在原有橡膠壩、水泥翻板閘基礎上直接改造,也可在原混凝土拱壩、重力壩的基礎上直接加高,由此可大幅節省工程改造資金和增效擴容。擋水水位穩定的狀態下續可調,而洪水來了可一放到底。因此,較之其他壩型的泄洪出現的行檔水位的大起大落,氣盾壩可穩定維持高水位運行的能力,能夠減少汛期棄水,有效延長電站運行周期,提高發電能力和發電效率。
4、 運行可控、管理簡單
氣盾壩自身運行故障極少,無需經常涉水進行維修、維護,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,不宜發生卡掛,清理工作量少,因此,氣盾壩的運行管理較簡單,無需作業人員的大量涉水作業,安全保障程度更高。
5、 擋水和過水能力提高
橡膠壩設計規程要求的設計擋水高度一般不超過5米,壩頂溢流不超過50cm:水泥翻板閘的設計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。氣盾壩實際應用的擋水高度已達10米,沒有橡膠壩、翻板閘設計擋水高度的限制,擋水能力大幅提高。因此,氣盾壩已突破了橡膠壩、鋼板閘等規定的設計范圍,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生于外來的機械破壞、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行和降壩行洪,氣囊都在盾板下面處于保護狀態,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、景區等增添亮麗的風景,氣盾壩可根據需要在壩體背部設計不同的裝飾,產生意想不到的效果。