萬家寨引黃入晉工程泵站出水系統(tǒng)水力學(xué)計(jì)算研究

萬家寨引黃入晉工程是從黃河萬家寨水利樞紐取水向能源基地的工業(yè)城市太原、大同和朔州供水的大型調(diào)水工程,工程設(shè)計(jì)年引水量12億m3。根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃及需水預(yù)測(cè),工程分兩期實(shí)施,一期實(shí)現(xiàn)向太原年供水3.2億m3的目標(biāo),設(shè)計(jì)概算總投資103.5406億元人民幣,按照市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)原則和水權(quán)理論及《企業(yè)財(cái)務(wù)通則》,分析測(cè)算了工程水價(jià)和供水區(qū)綜合水價(jià),為政府的宏觀管理和調(diào)控及企業(yè)的成本核算、合理水價(jià)的制定提供了參考依據(jù)。

山西省萬家寨引黃入晉工程是一個(gè)多級(jí)泵站的梯級(jí)揚(yáng)水工程，其裝機(jī)容量和單機(jī)容量都是目前國(guó)內(nèi)最大的。文中主要總結(jié)了工程供電方案、設(shè)備布置、主接線及主要設(shè)備選擇，并就機(jī)組電動(dòng)機(jī)造型和起動(dòng)方式的選擇作出推薦。

著重介紹了萬家寨引黃入晉工程１＃出水高壓管道，即高壓引水隧洞鋼筋混凝土襯砌的設(shè)計(jì)方法，并通過對(duì)該實(shí)例的計(jì)算分析，闡述了高壓隧洞襯砌的工作機(jī)理

介紹了萬家寨引黃入晉工程南干線一級(jí)泵站出水壓力平洞非鋼襯段的混凝土缺陷情況,以及針對(duì)這些缺陷進(jìn)行化學(xué)灌漿和防滲涂層聯(lián)合防滲處理的方案、選材和實(shí)施。

萬家寨引黃入晉工程總干線一級(jí)泵站是引黃的第一級(jí)提水工程，屬于高水頭、大流量、多機(jī)組的大型抽水工程。為保證泵站的正常運(yùn)行，必須對(duì)此泵站進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)原則是“突出重點(diǎn)、兼顧全局，以自動(dòng)遙測(cè)為主”。根據(jù)泵站的地質(zhì)條件地下建筑物的特點(diǎn)及運(yùn)行管理的需要，在地下廠房洞群、調(diào)壓井、高壓管道等重要部位布置有圍巖變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變、滲壓、接觸縫等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。根據(jù)施工期和運(yùn)行期的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)化采集系統(tǒng)。

萬家寨引黃入晉工程北干線采用單管單洞輸水,其pccp管道抗震性能攸關(guān)供水的連續(xù)性和可靠性。根據(jù)工程地質(zhì)、地震地質(zhì)和地震影響,定性分析了地震參數(shù),定量計(jì)算了pccp抗震性能,結(jié)果表明,萬家寨引黃入晉工程北干線采用的pccp管道抗震能力強(qiáng),接頭密封性好,生命周期長(zhǎng)。

萬家寨引黃入晉南干線5#、6#、7#隧洞直徑42～43m,其洞長(zhǎng)分別為264,1458,4265km,3條隧洞均屬長(zhǎng)隧洞。原施工均為掘進(jìn)機(jī)作業(yè),支洞較少,隧洞建成后,各支洞口形成的自然通風(fēng),不能滿足檢修期8～9月的人工作業(yè)環(huán)境要求。為此,設(shè)計(jì)經(jīng)多方案比較,提出了經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的機(jī)械通風(fēng)方案,并被業(yè)主采納,目前施工圖設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。

通過對(duì)隧洞內(nèi)空氣質(zhì)量及流動(dòng)現(xiàn)狀的分析,按不同季節(jié)對(duì)隧洞內(nèi)空氣狀態(tài)變化進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)隧洞檢修施工需風(fēng)量,指出了在自然條件下單靠增設(shè)支洞實(shí)現(xiàn)檢修通風(fēng)的弊病,提出了較為合理的通風(fēng)方式。其設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法對(duì)其它隧洞工程建設(shè)具有借鑒價(jià)值。

大型高揚(yáng)程、大流量、耐磨蝕離心泵設(shè)計(jì)、制造、開發(fā)研究在國(guó)內(nèi)外尚屬空白，無系列產(chǎn)品，故給設(shè)計(jì)選型帶來許多難題。天津水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在結(jié)合山西省萬家寨引黃工程的大型泵站設(shè)計(jì)工作中，經(jīng)過１０多年研究，于１９９１～１９９６年期間與國(guó)內(nèi)有關(guān)科研單位合作開發(fā)了ｎｓ＝１４０，１６０，１８０，２００，２２０優(yōu)秀單級(jí)、雙級(jí)泵水力模型，模型效率在８９～９１％左右，比國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)泵輪效率高５％以上，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外水泵行業(yè)空白。

目前,在晉西北黃土高原上,幾千名水利水電建筑工人正在日夜奮戰(zhàn),頑強(qiáng)拼搏,緊張地在鑄造和鑲嵌著一顆璀燦的明珠—萬家寨水利樞紐和引黃入晉工程,這是全省3000萬人民關(guān)注和支持的一項(xiàng)大事業(yè),也是全省水利水電

南干線一級(jí)泵站是山西萬家寨引黃入晉工程中的一座地面站,水泵揚(yáng)程140m、單機(jī)流量6.45m3/s、裝機(jī)6臺(tái)。由于揚(yáng)程及單機(jī)流量較大,泵站前進(jìn)水池的布置顯得非常重要。在設(shè)計(jì)及水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證的前提下,先后對(duì)進(jìn)水池形式進(jìn)行了多種方案的研究論證,力求使進(jìn)水池具有良好的水流流態(tài),以最終確保泵站安全運(yùn)行。

對(duì)山西省萬家寨引黃入晉工程總干線一級(jí)泵站運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行全面分析。通過分析建筑物各部位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目資料在運(yùn)行期間通水、放空過程的變化,對(duì)總干線一級(jí)泵站在運(yùn)行期間的穩(wěn)定性和工作狀態(tài)做出評(píng)價(jià),并根據(jù)監(jiān)測(cè)成果,對(duì)今后工程的運(yùn)行管理提出建議和意見。

萬家寨引黃入晉工程清水及消防供水控制系統(tǒng)隨一期工程投運(yùn)至今已經(jīng)十多年,部分控制設(shè)備已老化損壞;由于工程項(xiàng)目處于高雷暴地區(qū)導(dǎo)致野外安裝自動(dòng)化元件極易遭受雷擊損壞.本次改造設(shè)計(jì)通過對(duì)原清水及消防供水控制系統(tǒng)的優(yōu)化,保證了各泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行.

對(duì)萬家寨引黃工程北干線上為大同地區(qū)供水所選的小營(yíng)水庫和尚希莊水庫兩庫址進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,分析了兩水庫工程地質(zhì)條件及工程地質(zhì)問題,比較了水庫運(yùn)行及泥沙處理方式、主要工程量等,提出了推薦方案。

通過對(duì)山西省萬家寨引黃入晉工程北干線調(diào)蓄水庫——尚希莊水庫和小營(yíng)水庫工程地質(zhì)、水庫的選址及方案的比較,最終確定尚希莊水庫作為調(diào)蓄水庫。

萬家寨引黃入晉工程總干線一、二級(jí)泵站裝機(jī)各１６臺(tái)，揚(yáng)程１４２ｍ，其規(guī)模是國(guó)內(nèi)罕見的。本文從調(diào)壓井的布置、進(jìn)水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)以及叉管的設(shè)計(jì)系統(tǒng)地闡述了設(shè)計(jì)的全過程，通過各種方案比較和計(jì)算分析，選定了最優(yōu)布置型式。

從國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)角度和成本水價(jià)方面對(duì)萬家寨引黃入晉北干線工程輸水和河道輸水方案進(jìn)行了比較。

經(jīng)過對(duì)引黃工程輸水系統(tǒng)在穩(wěn)定流態(tài)下的有壓隧洞、無壓隧洞、渡槽、埋涵、壓力埋管、分水閘、漸變段、轉(zhuǎn)彎段等建筑物進(jìn)行全面系統(tǒng)的水力學(xué)分析、計(jì)算,獲得良好的水流形態(tài)。

大型泵站的泵組主軸密封用水、消防用水、生活用水供水工程(簡(jiǎn)稱清水系統(tǒng))是泵站正常運(yùn)行的重要附屬工程,文中對(duì)萬家寨引黃工程總干線一級(jí)泵站清水系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)做了簡(jiǎn)明闡述

為論證山西省萬家寨引黃工程總干一、二級(jí)泵站高壓岔管采用鋼筋混凝土襯砌的可行性,采用現(xiàn)場(chǎng)水力劈裂試驗(yàn)測(cè)試巖體裂隙的劈裂壓力和相應(yīng)的p-q曲線.試驗(yàn)結(jié)果表明岔管圍巖的劈裂壓力高于內(nèi)水壓力,因此,在做好防滲設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)上,采用鋼筋混凝土襯砌是可行的.

水泵的泥沙磨蝕破壞一直是水泵運(yùn)行、維護(hù)及管理工作中的一個(gè)重要問題。對(duì)山西省萬家寨引黃入晉北干線工程平魯?shù)叵卤谜舅惭b的5臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵在抗泥沙磨損方面所采取的措施進(jìn)行了論述及分析。

萬家寨引黃入晉工程主要由萬家寨水利樞紐和引黃線路工程兩部分組成.萬家寨水利樞紐的設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn):(1)采用“蓄清排渾”的水庫運(yùn)行方式;(2)懸掛式防滲帷幕被用于壩基防滲;(3)采用半整體式重力壩;(4)電站引水壓力鋼管設(shè)計(jì)成淺埋管;(5)廠壩連接聯(lián)合受力;(6)設(shè)置升降式隔水閘門;(7)應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土和高強(qiáng)抗沖磨混凝土.引黃入晉工程在設(shè)計(jì)與施工中存在諸多技術(shù)問題,涉及掘進(jìn)機(jī)施工、預(yù)制管片襯砌的土洞和鉆爆法施工、現(xiàn)澆混凝土襯砌的土洞的防滲處理,地下水位較高洞段、大埋深高地應(yīng)力洞段和膨脹巖洞段的設(shè)計(jì)與施工,全斷面tbm掘進(jìn),以及泵站水力過渡等