水利工程中压力前池的设计与布置

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摘 要：在引水渠道末端,将渠底加深,将渠道平面尺寸扩大,形成一水池以便平稳水流和布置压力管道的进水口,此水池称为压力前池.它是引水渠道和压力水管之间的连接建筑物.只有对其特点与功用进行充分了解,才能根据实际需要进行设计与布置.

关 键 词：压力前池；侧堰；泄水道

中图分类号：TV732.6文献标识码：A文章编号：1674—0432（2012）—08—0208—1

1压力前池的作用和组成

1.1压力前池的作用

（1）分配水量.将引水渠道中的流量均匀地分配给各压力水管,并设置闸门控制进入压力水管的流量.

（2）保证水质.再次拦截和清除水中的污物、泥沙和浮冰等,防止其进入压力水管.

（3）限制水位升高,保证下游用水,渲泄多余水量.

（4）稳定水头,提高机组运行稳定性.压力前池有一定容积,当机组负荷变化引起需水量变化时,起一定的调节流量和反射水锤波的作用.

1.2压力前池组成

（1）前室和进水室.进水室为压力水管进水口前扩大和加深部分,一般比渠道宽和深,需要用渐变扩散段（前室）连接渠道与池身,以保证水流平顺、水头损失小、无漩涡发生.

（2）压力墙.压力墙是布置压力水管进水口的闸墙.

（3）泄水建筑.常采用侧堰,优点是简单可靠,缺点是前沿较长,水位变化大.堰顶可加设闸门控制,但必需保证稳妥可靠.也可采用虹吸式泄水道,其优点是泄流量大,缺点是泄流量变化突然,可能引起水位的振荡,且不能渲泄漂浮物,严寒地区容易封冻.

（4）排污、排沙、排冰建筑物.污物及泥沙可能自渠首或渠道沿线进入,必须在前池处加以排除,以防进入压力水管.在严寒地区还要设拦冰和排冰设施,以防止冰凌的危害.上述各建筑物,除进水室和压力墙必不可少外,其他建筑物则根据电站具体要求而定.

2压力前池的位置选择与布置方式

2.1位置选择

压力前池的位置选择,应根据地形地质条件和运用要求,并结合渠道路线、压力水管、厂房等建筑物及其本身泄水建筑物的相互位置综合考虑确定,力求做到布置紧凑合理、水流平顺通畅、运行协调灵活、结构安全经济.

2.2压力前池的布置

2.2.1布置原则布置在陡峻山坡的顶部,故应特别注意地基的稳定和渗漏问题；应尽可能将压力前池布置在天然地基的挖方中,而不应放在填方上；在保证前池稳定的前提下,前池应尽可能靠近厂房,以缩短压力水管的长度.

2.2.2布置形式正向进水：渠道、压力前池、压力水管的轴线相一致,这样水流平顺,水量分配均匀,水力条件好,水头损失小.但这种布置方式容易受地形地质条件的限制,可能有较大的挖方,并且泄水道通常采用侧堰形式,且对厂房危害直接性大.

侧向进水：渠道轴线垂直于压力水管轴线,这时前池中水流偏向一侧,易于引起涡流,加大了水头损失,水力条件差,且转角处还可能形成死水区而使泥沙淤积.但可以适应地形条件,使渠线与等高线平行,而压力水管轴线与等高线垂直,减小开挖量.此时泄水道可做成正堰,对排水、排冰、排污均有利,且泄水道远离厂房,不影响厂房安全.

斜向进水：介于正向与侧向之间,应用较多.

3前池的主要设备

（1）拦污栅.拦污栅设置在进水室入口处的栅槽中,拦污栅一般与水平面成70°～80°倾斜放置.可采用人工清污或机械清污,有时为吊出栅片清污或检修,又不影响电站的正常运行,可采用双层拦污栅.

（2）检修闸门和工作闸门.检修闸门位于工作闸门之前,但可能位于拦污栅之前或之后,供检修拦污栅、工作闸门和进水室时堵水之用,一般为叠梁式或平板式闸门.

（3）通气孔和旁通管.通气孔应布置在紧靠工作闸门的下游面,其作用和截面面积的确定与潜没式进水口相同.旁通管布置在进水室的边墙和隔墩内,一般用闸阀控制,旁通管可为铸铁管、钢管或钢筋混凝土管.

（4）启闭机.拦污栅和检修闸门可采用移动式启闭机,工作闸门则应每个进水室采用一台固定启闭机.

4压力前池布置设计

4.1前室

前室是引水渠道末端与进水室之间的扩大加深部分.其主要作用是将渠道断面过渡至进水室所需要的宽度和深度.前室应有一定的容积和水深,满足沉沙的要求.前室在平面上以β等于10°～15°的扩散角逐渐加宽.若β过大,则水流因扩散过快而在两侧形成漩涡；若过小则将增大长度而使造价增加.当引水渠道较窄而前池较宽时,为了减小池身的长度而不过分加大扩散角度,有必要在前室进口端设置分流墩.

4.2进水室

进水室是压力管道进水口部分,上游与前室相接,下游为埋设压力水管进口的压力墙.当布置有两根以上的压力水管时,应以隔墩分成若干独立的进水室,每一进水室都设有拦污栅、检修闸门、工作闸门、通气孔、旁通管、工作桥和启闭设备等.

4.3压力墙

压力墙是进水室末端的挡水墙,也是压力水管进口的闸墙,一般用混凝土或浆砌石筑成.常见的构造形式有两种：一种在压力墙中布置有闸门和通气孔,闸门高度较小；另一种压力墙与工作闸门之间有一段距离,为一开敞水井.可作为通气孔,此种形式闸门较高.

4.4泄水道

泄水道通常设于渠末或前池的边墙上,其形式有溢流堰和虹吸管等.堰顶不设闸门的溢流堰.溢流堰顶高程应略高于前室中的正常水位（一般约5cm左右）以防止电站正常运行时发生溢流现象.溢流堰的布置可为正堰或侧堰,下游布置有泄水陡槽和消能设施,溢流堰的断面形状一般为流线型的实用堰.

4.5冲沙道和排冰道

由渠道中水挟带的泥沙沉积于前室中,应在前室的最低处设置冲沙廊道.其进口方向可与管道的进口方向相同,两者分上下层排列.也可布置在前室最低处的一侧.排冰道用来排除进入压力前池的冰凌,其底槛应位于前室正常水位以下,用叠梁闸门进行控制.

作者简介：刘凤春（1964—）,女,大专,公主岭市水利建设开发总公司工程师,研究方向：水利水电工程.