橡胶坝充排水系统设计探讨

2016-09-02罗造时

治淮 2016年6期

罗造时

橡胶坝充排水系统设计探讨

罗造时

橡胶坝是一种随着高分子合成材料和现代橡胶工业的高速发展而出现的一种新型水工建筑物，具有节省材料、结构简单、施工工期短、运用管理方便灵活等优点，在水利水电工程得到越来越多的应用。橡胶坝具有蓄水发电、改善水生态环境、灌溉等功能。橡胶坝充排水系统是橡胶坝运行的动力来源，其设计关系到橡胶坝工程的正常运用。本文以安徽省霍山县高桥湾橡胶坝充排水系统设计为例，对橡胶坝充排水系统设计进行探讨、总结。

一、工程概况

霍山县高桥湾水利枢纽工程位于六安市霍山县城北侧、淮河支流东淠河干流上佛子岭水库坝下约19km处，是以拦蓄环境水、改善水生态环境为主，兼顾发电及旅游开发等功能的综合利用工程。主要建筑物由橡胶坝、控制闸、水电站及进厂道路工程等组成。工程布置一字排开与河道中心线正交，从左到右依次布置充排水泵房、橡胶坝、控制闸和水电站。采用充水式橡胶坝，共8跨，每跨长67.5m，坝袋总长540m，坝袋高3.1m，内压比1.4，充水时间4h，排水时间2.5h，上游正常蓄水位65.6m。每2跨橡胶坝设置1条充排水支管，8跨橡胶坝共设置4条支管；4条支管在泵房端接入1条母管；橡胶坝充水、排水动力设备共用，设置5台水泵（4 用1备），利用管路中设置的阀门通过管路切换使水泵满足充水、排水的使用要求。

二、充排水系统设计

（一）充排水系统的构成及各部分的技术要求

充排水系统由充水部分、排水部分和超压溢流连通部分组成。充水部分由取水口、供水管路及阀门、供水泵、仪表构成，其中取水口为由钢管加工成的取水喇叭口可看作管路的一部分；排水部分由排水管路及阀门、排水泵、仪表构成；充水泵和排水泵是动力设备，因充排水动力设备共用，则供水管路与排水管路共用，两部分能明显区分出的部分少；超压溢流连通部分由超压溢流装置和连通装置组成。整个系统由管路及阀门部分、动力设备部分、仪表部分、超压溢流和连通部分组成。

1.管路及阀门部分

（1）管路

管路根据材质的不同分为钢管、PE管和PVC管。

钢管采用焊接或法兰连接，钢管价格较高，使用经验丰富、成熟，适合各种环境及使用部位，大多数橡胶坝管路均使用钢管；PE管采用热熔连接、电焊连接或机械连接，PE管不需要做防腐处理，其本身具有良好的耐腐蚀性，但在橡胶坝工程中具有应用较少；PVC管一般采用承插连接，PVC管相对于其他两种材料价格较低，但其柔性较差，低温时较脆，抗冲击性差，使用一段时间后会有氯离子析出，限制了其使用范围及部位，在北方某些橡胶坝中有应用。

该工程采用钢管、法兰连接。母管管径DN800，壁厚10mm；支管管径DN400，壁厚8mm。钢管安装前进行了除锈和防腐处理。管道安装完成后进行了管道试压测试，并对管道进行冲洗排出了管道内的残留物。

（2）阀门

橡胶坝充排水系统中使用较多的阀门主要为电动蝶阀、闸阀、止回阀等。

1）电动蝶阀

为便于操作，减少运行工作量，蝶阀选用电动蝶阀。电动蝶阀选型时，需考虑自动控制及计算机监控的要求；电动蝶阀按照其操作机构控制方式的不同分为智能一体化和分体式两种方式。智能一体化电动操作装置可实现蝶阀的现地手动控制，以及远方后台控制，具有通信功能，通信接口可采用RS485接口，通信协议可采用Modbus协议。分体式则不同，首先将蝶阀中自带的开度变送器信号（4～20mA电流）上传给PLC，通过PLC显示蝶阀的开度。

2）闸阀

闸阀在系统中的作用主要是检修使用；为了检修时的操作安全，闸阀一般均为手动操作。

3）止回阀

止回阀设置在水泵出口处。由于橡胶坝高度不高，管路与长距离输水管路相比长度较短，水泵扬程一般都不高，因此止回阀选择时无特殊要求。

2.动力设备部分

橡胶坝充排水动力设备一般采用离心泵，离心泵选型时需根据水泵工作扬程、流量范围以及相应工况的气蚀等因素选型确定。

水泵初选时流量可按照《橡胶坝技术规范》（SL227-98）中的推荐公式进行计算，最终水泵的流量应根据选定的水泵、管路布置和工况等计算流量的范围是否满足充排水时间要求，并复核选定的水泵是否在正常的运行范围内后确定。

水泵扬程的计算应根据不同工况、不同坝袋高度时的水头损失，通过试算、迭代确定水泵的实际扬程范围，并与计算出的流量共同确定各种工况下的工况点是否在选定的水泵运行范围；如不满足要求，可通过调换水泵、调整管路布置、管径、调整管路出口高程等措施选择合适的动力设备以满足工程需要。

3.仪表部分

仪表选择时，应考虑自动控制及计算机监控的要求。水泵出口处应装设压力表，水泵进口处应根据水泵启动时是否抽真空确定是否装设真空表，充水管与坝袋连接段应设压力表；表的量程根据计算的水泵扬程、水泵安装高度、管路水头损失等计算成果确定。当需要将仪表数据上传给PLC时，仪表应带变送器，变送器将现场直接显示的被测压力值转换为标准的电流或电压信号上传给PLC。

4.超压溢流和连通部分

超压溢流部分是橡胶坝工程安全运行的重要保障措施。溢流管的设置是为了防止坝袋充水时超过坝袋的设计压力而使坝袋产生破坏；当溢流管出口高程低于洪水位时，在溢流管末端装设止回阀，防止坍坝行洪时水倒灌入坝袋阻碍行洪。连通管是多跨橡胶坝的特有部分，单跨橡胶坝无连通管；连通管的作用是平衡同一根支管上两跨坝袋压力，使两跨坝袋充、坍坝时同步。

（二）充排水系统设计

根据充排水时间、坝袋充排水体积等选择确定水泵型号、管路管径，并确定相应管路阀门、仪表；该工程充排水设备共用，设置5台水泵，水泵工作方式4用1备，充排水系统原理图见图1，水泵的性能参数见表1，水泵运行的工况范围见表2。