浅析水电站压力前池容积研究
来源:用户上传
作者:
【摘 要】压力前池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。本文通过具体实例分析压力前池的布置设计。
【关键词】压力前池；设计和布置
一、前言
水电站压力前池主要起到引水渠道和压力管道间水流连接和水流平稳调节过渡作用。压力前池的布置设计合理与否，前池的布置设计合理与否，对保证水电站正常运行至关重要。
二、压力前池的位置选择和布置方式
1.位置的选择
压力前池是连接渠道和压力水管的中间物，因此首先要根据这两个建筑物的位置进行选择，同时还要综合水电站的整体地形以及当地的地质条件进行位置的选择。要做到整体的设计和谐紧凑，不会出现断接的现象，不会因为设计的原因出现安全事故，同时在水进行流通的时候要通畅、平稳。
2.压力前池的布置
（1）布置原则。如果是在陡峻的山坡上面进行布置，其位置低下的地基应该是天然的地基，而不是填方的，因为填方的很容易出现不稳定或者是渗漏的问题，同时压力前池的前池要尽量的与厂房靠近，这样是为了将压力水管的长度进行缩短。（2）布置形式。根据压力前池的进水方向进行分为正向进水和侧向以及斜向进水三种，正向进水中的渠道、压力前池、压力水管是在一条轴线上建立的，这样就可以保证水在进行流通的时候是平稳的状态，而不会因为地势的原因产生水流速度的变化，从而造成水量分配不均匀造成水头损失的结果。但是正是因为这种要求三者建立在一条轴线上面，因此如果在有山坡的地方进行建立的话为了保证轴线一致会采用挖方的形式进行布置，从而产生更大的工程量。另外一种侧向进水的渠道轴线与压力水管的相垂直，这就使得连接两者的前池处于偏侧的方向，在水进行流通的时候，水流在交汇处很容易产生漩涡，从而使得水头出现损失的现象。而且由于三者不在一条轴线上，必定出产生转角，而转角又会集聚很多的泥沙，这样会严重的影响到水力条件，使得水力条件很差。侧向进水的优势就是可以较好的适应条件而建设，将等高线作为渠道轴线和压力水管轴线的中间转择点，使得渠道轴线与等高线平行，使得压力水管轴线与等高线垂直，这样就可以很好的减少工程量，而且为了减少污物，可以采用正堰作为泄水道，这样可以很少的进行排水、排冰以及排污。第三种斜向进水，这种一般用的比较多，其结合了正向进水与侧向进水的优势，补足了劣势，具有很好的应用价值。
三、压力前池的运行管理
压力前池在水电站中起到关键性的作用，不仅可以拦截污物、泥沙、浮冰进入水电站的发电站，还可以平衡水的流速、也可以保证水量的正常度，为水电站后面的工作起到一个调节的作用，其正常运行的保证与水电站的正常运行保证息息相关。压力前池有很多大型的建筑物和小的设备，常年承受着大的压力和水的浸泡，如果不保养很容易出现事故。水电站的管理人员不仅要对水电站的重要设施进行监控与保养，也要对压力前池进行随时的监控，保第一时间掌握压力前池相关建筑物与设备的运行情况，同时在冬季有及时的排冰，在平时要及时的排沙与清污，还要监测水位的变化情况，了解异常，并解决。
冬季是一年内最难的时间，特别是严寒地区，很容易因为太冷而出现设备冻裂的情况，因此要经常的监测。还有就是冬天的漂浮物比较大，而且清污也比较困难，但是一定要组织人员进行清理，以防治拦污栅和进水口的堵塞。进水口堵塞会直接影响压力水管的正常工作，严重的还会损坏。
四、设计实例
平利县龙洞河水电站位于汉江一级支流岚河上游正阳乡境内，电站距平利县城100km，距岚皋县城70km，距八仙镇20km。龙洞河水电站属周调节水力发电工程，主要由取水枢纽，引水建筑物和厂区建筑物组成。其中压力前池部分的设计内容涉及如下部分：
1.设计基本资料
机组台数n1=3台，单机容量N=1600kW，单机引用流量Q设：2.667m3/s，引水渠设计引用流量Qp=8.0003m/s，引渠末端渠底高程△1=1277.481m，引渠末段渠底宽度b=2.300m，引渠末段渠道边坡m=0，引渠末端渠道设计水深h=1.733m，引渠末端渠道设计流速vo=2.000m/s，压力钢管根数n2=l根，压力钢管内径D=1.400m，进水室隔墩厚度d=0，进水室拦污栅的允许最大流速v进=0.900m/s，堰顶与过境水流水面的高差△h=0.100m，侧堰类型正堰的流量系数mo=0.427。
2.侧堰布置及水力计算
（1）根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第4.5.3条的规定，侧堰的堰顶高程应高于设计流量下水电站正常运行时的过境水流水面的高程△h（0.1～0.2m），本工程取△h=0.100m，过境水流水面高程△2=渠末渠底高程+渠道正常水深=1279.214m
（2）侧堰堰顶长度、堰上平均水头的确定
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第A.0.3条，对于设一道侧堰的布置，当水电站在设计流量下正常运行，侧堰不溢水；当水电站突然甩全部负荷待水流稳定后全部流量从侧堰溢出，为控制工况。此时，侧堰下游引水渠道流量为零，侧堰泄流能力按公式1确定。
QL=（1）
流量系数mL宜取（0.9～0.95）m0，本工程取mL=O.9m0，即mL=0.3843。
溢流堰长度与溢流堰顶水深有关，溢流水深过大，则单宽流量大，消能工程量大，但溢流水深小，则溢流堰长度就长，影响前池平面布置，所以在计算时两者应统筹兼顾。根据上述原则，经试算确定堰顶长度和堰上平均水头。
取H堰=O.450m，则L堰=15.600m，
取L堰=15.600m，则L堰=0.450m
3.压力前池各部分平面尺寸的拟定
对于中小型电站进水室长度L进=3～5m，本工程取L进==4m 单管的进水室宽度b进=1.8D=2.520m，取b进==2.900m
进水室宽度B进=n2b进+（n2-1）d=2.900m，取B进进=2.900m
前池池身宽度B前=1.5B进=4.350m，取B进=4.400m
前池池身长度L前=2.8B前=12.320m，取L前=19.5m
4.前池最高水位Z最高
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第D.0.5条，侧堰作为控制泄流建筑物，对涌波起到控制作用，即对引水道系统来说，控制工况是：电站甩满负荷待水流稳定后（涌波已消失），全部流量从侧堰侧堰溢出时，将恒定流时的堰上水头乘以1.1～1.2的系数，把这时的水位定为最高涌波水位。即Z最高=堰顶高程△3+1.1H堰=1279.809m
5.前池最低水位Z最低
一般前池最低水位为电站突然增加负荷前前池的起始水位z0减去突然增荷时的最低涌波△hmax。
对于非自动调节渠道，起始水位Z0可取溢流堰顶高程△3，最低涌波△△hmax按二台机组运行突增到三台机组，即发电流量由5.3333m。/s突然增加到83m/s时的前池水位降落。
负荷变化前的流量Q0=5.333m3/s
负荷变化后的流量Q’=8.000m3/s
下面试算求解波速C0、起始断面波高△h0：
假设△h0=0.499m
波流量△Q=2.667m3/s
B’0=b+2m（h一/△h0/2）=2.300m
负荷变化前的过水面积W0=Q0/Vo0=2.667m2
则波速c0=2.326m/s
则起始断面波高△h0=0.499m
△hmax=K△h0=2△h0=0.998m
Z最低=Z0一△hmax=1278.266m
综上所述，结合规范的要求以及实际的情况，龙洞河水电站工程中的压力前池部分，通过计算得出如下计算结果；前池为地下埋藏式布置，选用正向进水方式。连接引水隧洞到前池段的扩散段的扩散角为1O。，长l2.5m。前池长l9.5m，净宽4.4m，正常水位1279.214m，最低水位1278.266m，前池地板高程1274m。侧堰堰顶高程为1279.314m，长l5.6m。出口高程1270.5m，全长28.31m。进水室地板高程1274.5m，净宽2.9，进口设工作闸门一道。
结束语：水电站压力前池对于保证水电站正常运行起着至关重要的作用，因此我们对于压力前池的布置设计一定要结合实际情况进行认真谨慎地分析，科学准确地执行。只有这样，压力前池才能充分实现其价值，发挥其能力作用。
参考文献：
[1]汪自江.小型水电站压力前池的设计与运行[J].新疆职业大学学报.2010（02）：50-54.
[2]刘凤春.浅谈水利工程中压力前池的设计与布置[J].吉林农业.2011（05）：145-146.
[3]尹蕾，武亮，姚激.阿都水电站地下压力前池设计[J].小水电.2013（09）：80-84.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14775980.htm
