智能氣動(dòng)盾形閘門(mén)在電站上的應(yīng)用
智能氣動(dòng)盾形閘門(mén)在電站上的應(yīng)用
國(guó)際上對(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)單、工期短、見(jiàn)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(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(duì)比
我國(guó)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(guó)小水電站裝機(jī)容量和發(fā)電量約占全國(guó)水電的30%。國(guó)家規(guī)劃到2020年全國(guó)小水電站裝機(jī)容量達(dá)到7500萬(wàn)kW。即使如此,裝機(jī)容量也只占其可開(kāi)發(fā)量的58%,離世界發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)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(zhǎng)、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(lái)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后由于泥沙堆積和漂浮物卡掛造成閘門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)、開(kāi)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(wèn)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(shì)
氣盾壩是將橡膠壩與鋼壩閘之所長(zhǎng)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(duì)液壓鋼壩閘、水泥翻板閘的一次技術(shù)革命。氣盾壩在美國(guó)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(guó)內(nèi)廣泛推廣。
水利部、中國(guó)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(kāi)發(fā)和國(guó)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(guò)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(guó)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(shì):
1、 成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)易、模塊化的結(jié)構(gòu),安裝作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)突發(fā)降雨、來(lái)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(huì)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(dòng)排氣閥,手動(dòng)和電動(dòng)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(wú)法正常供電或意外斷電時(shí),仍可隨時(shí)手動(dòng)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(guò)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(duì)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(lái)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(zhǎng)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(jiǎn)單
氣盾壩自身運(yùn)行故障極少,無(wú)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(méi)有間隙和大量的支墩,樹(shù)枝、木棍等漂浮物會(huì)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(jiǎn)單,無(wú)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(guò)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(guò)5米,壩頂溢流不超過(guò)50cm:水泥翻板閘的設(shè)計(jì)擋水高度一般也不超過(guò)5米,自動(dòng)開(kāi)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(méi)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(guò)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(zhǎng)短取決于橡膠氣囊的壽命對(duì)橡膠氣囊最大的傷害產(chǎn)生于外來(lái)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(wú)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(kāi)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(dòng)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。