压力前池终稿1

1、XXXX毕业设计说明书毕业设计说明书题 目: 吉达水电站压力前池设计 完 成 时 间: 2012年5月27日 目录目录I摘 要1Abstract21 前 言32 设计基本资料42.1 工程概况42.2水文42.2.1流域概况及气象特征42.2.2水文基本资料52.2.3径流52.2.4设计洪水62.2.5分期设计洪水62.2.6 泥沙72.3地质72.3.1绪言72.3.2.坝址工程地质条件72.3.3.上坝线工程地质条件72.3.4.下坝线工程地质条件82.3.5.上、下坝线比较及选择82.3.6.沉沙池工程地质条件82.3.7.隧洞地质条件82.3.8.前池工程地质条件92.3.9.压力管

2、道工程地质条件92.3.10.厂房工程地质条件92.4天然建筑材料92.5工程任务和规模103 无压隧洞113.1无压隧洞断面尺寸的确定113.2洞身衬砌构造124 压力管道134.1设计基本资料134.2管道直径的确定134.3压力钢管的定线和选型144.4压力管道厚度的计算144.5压力钢管的水力计算154.5.1沿程水头损失154.5.2 局部水头损失164.6水锤计算174.6.1钢管中水锤波传播的速度174.6.2水锤波在钢管中传播一次所需的时间174.6.3水锤压力的计算175 压力前池195.1压力前池的作用195.2压力前池的组成建筑物195.3压力前池的位置选择与布置205.

3、3.1位置选择205.3.2布置方式215.4压力前池设计基本资料225.5侧堰布置及水力计算225.5.1侧堰堰顶高程的确定225.5.2侧堰堰顶长度、堰上平均水头的确定235.6压力前池各部分平面尺寸的拟定235.7 压力前池特征水位的拟定245.7.1 进水室入口处的水深245.7.2前池正常水位Z正常245.7.3 前池最高水位Z最高245.7.4 前池最低水位Z最低255.8 压力前池各部位高程的拟定265.8.1 进水室淹没深度S的确定265.8.2 进水室底板高程的确定265.8.3 压力前池围墙顶部高程的确定265.9排沙孔的设计275.10构造设计275.11拦污栅的设计28

4、5.11.1 拦污栅的形式及构造285.11.2栅面结构285.11.3栅栏整体稳定性验算305.12压力前池结构计算305.12.1荷载计算315.12.2抗滑稳定安全系数K计算316 平面钢闸门的设计326.1设计资料326.2闸门结构的型式及布置326.2.1 闸门尺寸的确定326.2.2主梁的形式326.2.3 主梁的布置326.2.4 梁格的布置和形式336.2.5 连接系的布置和形式346.2.6 边梁和行走支承346.3面板设计346.3.1 估算面板厚度：356.3.2面板与梁格的连接计算356.4主梁设计366.4.1设计资料366.4.2截面选择366.4.3 截面改变38

5、6.4.4 翼缘焊缝406.5边梁设计406.5.1荷载和内力计算416.5.2 边梁的强度计算416.6行走支承设计426.7通气孔437 结 论44总结与体会45谢 辞46参考文献4746 摘 要 压力前池是水利枢纽中的一个很重要的部分，主要起平稳水压和、衡水量和均匀水流的作用。它前接无压隧洞，后连压力管道，是水流从无压状态变为有压状态的转换器。本设计首先对无压隧洞和压力管道进行了设计，其中，无压隧洞主要确定了其断面尺寸，压力管道重点对其直径及水锤压力进行了计算。然后再设计压力前池，其中重点设计了它的尺寸，高程以及各个水位的确定，对排沙孔、拦污栅等压力前池的重要组成部分进行了详细的设计，然

6、后对其进行抗滑稳定性验算，最后对平面钢闸门进行了设计。关键词：无压隧洞、压力管道、压力前池、拦污栅、抗滑稳定性验算AbstractPressure former pool is a very important role in multipurpose hydraulic project. It mainly be used to keep the balance of water pressure , water yield and the flow well-distributed. In front of Pressure former is non-pressure tunnel, a

7、nd behind it is pressure pipeline. Meanwhile, it can be regarded as a charger which is used to make the non-pressure water get stressed. First of this design involved the non-pressure tunnel and the pressure pipeline, in the design of non-pressure tunnel, I established its size. And in the design of

8、 pressure pipeline ，I mainly calculated its diameter and surge pressure. Then designed the pressure former pool. I importantly determined its size, altitude and confirm each the water level. I Carefully designed every important part of the pressure former pool such as sediment bore ,trash rack. etc.

9、 Finally checked the stability against sliding. In the last I designed the plain gate.Keywords：non-pressure tunnel；Pressure pipe；Pressure former pool；trash rack；Calculating anti-sliding stability1 前 言近年来，我国水利水电行业发展迅速，国家也给予了大力的支持，在建和筹建了很多大的水电站，例如金沙江流域的四大电站。压力前池作为水电站的一个重要组成部分，它保证了水压的平稳以及水量的平衡，对分配流量起到了

10、重要的作用。此外压力前池还具有清除水中污物、泥沙、浮冰等的作用，对水流具有良好的净化作用，减轻了水轮机的磨蚀。本设计选取吉达水电站的基本资料为依据，首先对无压隧洞进行设计，主要是确定其尺寸及衬砌形式。然后对压力钢管的进行了直径计算、管壁厚度的计算、水力计算和水锤的计算，保证钢管满足设计要求。基于无压隧洞和压力钢管得出的数据，按照规范对压力前池的基本尺寸，正常水位和最低、高水位进行了确定，对其重要的细部结构排沙孔、拦污栅、钢闸门进行了详细的设计。最后对前池的抗滑稳定性进行了计算，以保证它能够满足工程所需的抗滑稳定性要求。2 设计基本资料2.1 工程概况吉达电站位于乐山市马边彝族自治县白家湾乡暴风

11、坪村境内，属马边河右岸支流高卓营河下游左岸哈罗罗依打河阶梯开发的最上游一级电站，电站装机容量为4×41.7MW。取水枢纽位于哈罗罗依打河支流郭色拉打河1323.50m处，引水隧洞沿左岸布置长2534m，长区位于郭色拉打河与戈皆拉打河汇合口右岸滩地，距色拉电站取水口150m。本电站所处流域内植被良好，森林覆盖率达80%，河流流量稳定，水量丰沛，河床坡度大，特别是本电站开发河段坡降达80%左右，加之电站厂房枢纽下游500m左右即有公路通往马边县城，下游色拉电站、稀泥沟电站等已发电上网，故吉达电站对外交通方便，电站施工用电、上网条件成熟，已具备开发条件。吉达电站为径流式电站，取水口位于哈罗

12、罗依达河上游郭色拉打河1323.50m处，采用底栏栅坝取水，引水道沿左岸布置，为全隧洞。压力前池布置于郭色拉打河及戈皆拉打河汇合处山脊，为半洞内式前池，管道顺山脊而下跨郭色拉打河至右岸主厂房。电站设计引用流量为17.3×4 m3/s，设计水头255m，装机容量4×41.7MW，年平均发电量26368万km·h，年利用小时6140h，保证出力14.3MW。工程建设总工期15个月，工程静态总投资2636.15万元，总投资2722.10万元，静态单位千瓦投资5272元/kw，单位千瓦投资5444元/ kw，静态单位电能投资0.859元/kw·h，单位电能投资0

13、.887元/kw·h，贷款偿还年限8年，财务内部收益率16.5%(税后)，经济内部收益率15.5%，财务净现值685万元（税后）。2.2水文2.2.1流域概况及气象特征哈罗罗依打河系马边河上游高竹营河左岸支流，发源于大风顶东麓，于白家湾附近汇入高竹营河。流域集水面积120.4平方千米，河道全长21.9m，河流平均比降72。哈罗罗依打河流域多年平均降雨量在1600-1700mm，因而河流水量十分充沛。多年平均温度16.9，历年最高气温37.5（1972年8月31日），最低气温4（1977年1月30日），多年平均日照时数963hr，多年相对湿度80%，多年平均风速5.0m/s，历年最大风

14、速17.3m/s。2.2.2水文基本资料哈罗罗依打河无完整的实测水文资料，距设计流域35km处的下游马边河干流上游马边水文站，系国家设立的水文基本观测站，有19571993年共36年实测水文资料，具有测验精确度，成果可靠的特点，可作本次设计分析之用。选取马边河马边站为吉达电站的设计依据站，4月到次年3月为水文时段进行相应水文分析计算。2.2.3径流哈罗罗依打河的径流主要来源于降水、高山融雪，属雨雪混合补流型。水文年度划分为4月至次年3月。对设计依据站马边站19571993年共计36年（水文年）的年平均流量及枯期12次年3月平均流量系列进行频率分析计算，并用P型曲线适线，求的马边站年和枯期径流特

15、征值及指定频率值如下表21。 表2-1：马边站径流计算成果表项目时段径流特征值Qp (m3/s)Q（m3/s）CvCsP=10%P=50%P=90% 年（水文年）78.90.122 Cv91.478.667.1 枯期（12次年3月）33.30.132 Cv39.033.127.9 吉达水电站取水口控制集水面积39.3 km2，按水文比拟法将马边站计算结果移用于本电站取水口处。吉达电站取水口径流计算结果如下表2-2。表2-2：吉达电站径流成果表名称面积 （km2）QoCvCsQp(m3/s)10%50%90%吉 吉达坝址39.31.900.122 Cv2.191.891.612.2.4设计洪水由

16、于流域内无实测洪水资料，本次设计采用推理公式法计算设计洪水。成果如下： 干流坝址：Q3.33%=467 m3/s，Q0.5%=657 m3/s， 厂址合计：Q3.3%=914 m3/s ，Q2%=1010 m3/s 。其中：（1）支流戈皆拉打河Q3.3%=313 m3/s ，Q2%=346 m3/s； （2）干流郭色拉打河Q3.3%=601 m3/s ，Q2%=666 m3/s2.2.5分期设计洪水 吉达电站分期洪水成果如下表2-3 表2-3：吉达电站分期设计洪峰流量成果表时段设计断面设计流量（m3/s）5%10%20%1 11月坝址17.714.5 厂址 支流戈皆拉打河11.09.01 主流

17、郭色拉打河20.817.01 12月坝址3.803.46厂 厂址 支流戈皆拉打河2.372.15 主流郭色拉打河4.464.06 1月坝址2.262.11 厂址 支流戈皆拉打河1.411.31 主流郭色拉打河2.652.482 2月坝址4.864.18 厂址 支流戈皆拉打河3.032.60 主流郭色拉打河5.714.913 3月坝址10.48.34 厂址 支流戈皆拉打河6.465.19 主流郭色拉打河12.29.794 4月坝址25.520.3 厂址 支流戈皆拉打河15.912.7 主流郭色拉打河29.923.92.2.6 泥沙设计流域内无实测泥沙资料，查四川省水文手册，计算的本电站坝址多年平

18、均悬移输沙量为1.96万t，按20%的选推比计算得坝址多年平均推移质熟沙量0.39万t，则吉达电站坝址多年平均输沙量为2.35万t。2.3地质2.3.1绪言吉达电站位于马边县白家湾乡暴风坪乡境内，距马边县城28km，有马边暴风坪公路相通，交通条件较为有利。该电站为哈罗罗依打河的第一级电站。可行性阶段选取上、下坝址作方案比较，经认真比较后确认上坝址为最优坝址方案。其可行性审查得到确认。可行性阶段审查结论认为，应加深工程地质测绘工作，本阶段经地质人员认真仔细的工作，已基本查明工程区工程地质问题。对厂房施工作钻探，以查明厂房地基情况，为电站修建提供了有力保证。2.3.2.坝址工程地质条件经可行性阶段

19、论证，选顶上坝址开发方案，坝址区河流大致由西向东流，向左岸呈弓型河道，河谷两岸呈“V”型，右、左岸地形坡度50-55°，两岸基岩裸露，边坡下部坡度较缓。河谷宽23-28 m，河床中堆积大量白云岩，灰岩，孤石，呈浑圆状，直径可达1-3m不等。坝区出露地层为第四系全新统冲洪积（Q4apl），第四系全新统崩坡积(Q4col+dl),以及寒武系下统邛竹寺组第三段组成。2.3.3.上坝线工程地质条件上坝线河床宽20m，河谷宽30m，河床高程1334m左右，地形呈对称的“V”型谷。上部是稍密实状，2m以下为中密密实状，深1012m，坝基可放入中密密实状的孔石、软石层之上。左岸边坡坡度5055&#

20、176;，边坡为岩质边坡，基岩裸露，岩层为寒竹寺组第二段，岩性为白云石、灰岩，中后层状。河床中冲洪积漂石、卵石夹中粗砂层，上部2m为稍密实状，以下为中密密实状。建议坝基放入中密密实状漂石、卵石夹中粗砂层之上，地基压力能满足修建低栏栅坝要求。2.3.4.下坝线工程地质条件位于上坝线下游63m，河床高程1323.5m左右，地形呈对称 “V”型谷，河床中为冲洪积沉淀的漂石、卵石夹粗砂层，2m以上为稍密实状，下部为中密密实状，厚1012m，下伏基岩为寒武系下统邛竹寺组第三段。左岸边边坡坡度55°左右，边坡为岩质边坡，岩层为寒武系下统邛竹寺组第三段，岩性为白云石、灰岩。坝基可放入中密密实状漂石

21、、卵石夹粗砂层之上，地基应为能满足低栏栅坝要求。2.3.5.上、下坝线比较及选择上、下坝线工程地质条件具相似性，河床及左右岸边坡地质条件相同，无明显优劣之分。都具有修建低栏栅坝的工程地质条件。建议结合水工建筑物优选坝线。2.3.6.沉沙池工程地质条件沉池建于坝上游30m的左岸边，地面高程1325-1333m，沉沙池底板高程1319.13m，沉沙池段为崩坡积堆积块碎石夹压粘土，下部为漂石，卵石夹砂层，稍密实状下伏基石为寒武系下统邛竹寺组第三段，岩性为灰-深灰色白云岩，灰岩，是中厚层状，裂隙不发育。2.3.7.隧洞地质条件沉沙池后接引水隧洞，引水隧洞为无压式，长2534m，洞径1.5m，隧洞出口处

22、边坡坡度40度， 地层为寒武系下统邛竹寺组第三段，白云岩，灰岩。沧浪铺组第一段砂岩，粉的砂岩，第三段，白云岩，灰岩夹砂岩。以，类围岩为主，其中类占77%，类占23%，引水隧洞成洞地质条件较好。2.3.8.前池工程地质条件隧洞末端为前池，前池段地面坡度40度，为洞内式前池方案，围岩为寒武系下统竹寺组第三段岩层（t193），岩性为白云岩，灰岩，呈灰深灰色，中厚层状，围岩类别为级。2.3.9.压力管道工程地质条件 前池处接压力管道，管道顺山坡至坡底，跨哈罗罗依打河进入厂房，由坡坡度上端40度，中段45度，下段40度，管道全长526m。边坡上段为基岩直接出露，中下段边坡上具少量崩坡积堆积，厚度12米。

23、基岩为寒武系下统邛竹寺组第三段，第二段，第一段及寒武系下统麦地寺组。岩性依次为灰深灰色中厚层状白云岩，灰岩，灰色薄中厚层状粉细砂状，泥质粉砂岩，灰深黑色含磷白云岩，白云质灰岩，灰岩等组成。岩石质硬，裂隙较发育，镇支墩均能放入基岩之上，地基承载能力能满足设计要求。岩层走向与管道方向交角45度，岩层产状215度 26度，边坡为反向边坡，边坡稳定性好。施工中应注意部分危岩对压力管道的影响。2.3.10.厂房工程地质条件根据可行性论证及批文，确认右岸厂房方案为最优方案，位于哈罗罗依打河上游主流郭色拉打河的右岸一级阶地之上，该阶地宽60米，长约150米，面积约9000 m2，地形较平坦，利于厂房布置。本

24、阶段施工挖坑3个，据深坑揭示，阶台沉积物具有明显二元结构，上部为卵石夹砂层，结构松散状。下部为漂石，卵石夹砂层，漂石卵石含量7585%，结构稍密结构中实密状。该层顶向最底高程1053米左右，地基承载力可再28吨/ m2以上。下伏基岩为震旦系上统灯影组（）岩为灰深灰白色白云岩，白云质灰岩。中厚层状，埋深1015米，埋深较大。厂房基础可放入稍密中密实状浮石，卵石夹砂层之上，该地基能满足厂房的应力要求。作厂基是可行的。2.4天然建筑材料工程区位于马边河流域上游地段，天然建筑材料缺乏。在马边县官帽州河段有分布。其质量，储量均能满足设计要求，距工程区28公里，有现成公路相通，运输方便。2.5工程任务和规

25、模 吉达电站建成后将并入马边县地方电网，主要供电范围为大院子区及附近区域的生产、生活用电，余电送至县电网向全县范围供电。受地形条件限制，吉达电站无调节库容，为径流式电站，经动能经济比较，电站装机容量为4×41.7MW。电站取水口正常水位1324.615m，正常尾水位1049.95m，电站设计引用流量17.3×4 m3/s，设计水头255m。保证出力14.3MW，多年平均发电量26368万kw·h。3 无压隧洞3.1无压隧洞断面尺寸的确定引水隧洞设计时应避免交替出现无压和有压的水流状态。无压隧洞的断面形状常采用方圆形、马蹄形和高拱形。无压隧洞水面以上的空间一般不小于

26、隧洞断面面积的15%，顶部的高度不小于0.4m。从施工需要考虑，各种断面形状的断面宽度不小于1.5m，高度不小于1.8m。为防止隧洞漏水和减少洞壁糙率并防止岩石风化，无压隧洞大都采用全部或部分衬砌。因为方圆形隧洞断面比较适宜、受力条件好、结构简单、施工方便，所以本工程采用方圆形隧洞。由基本资料得电站设计引用流量为69.2m3/s，比降i=3/10000,糙率n=0.014，根据设计需要拟考虑,取K=0.25。 =3.89m由h0=mr有：3.2洞身衬砌构造 因为隧洞长度为2534m，比较长，隧洞宽度为7.9m，高4.6m，结合实际情况，本工程采用分段浇筑分段长度为15m，衬砌在横断面上进行分块

27、浇筑，衬砌横断面上的浇筑顺序为先底板，后边墙，最后顶拱。 对于底板的浇筑，不用表面模板，只立端部挡板，混凝土浇筑后用型板将混凝土表面刮成弧形即可。 对于边墙和顶拱，用桁架或钢模台车进行浇筑。 隧洞衬砌采用二级配混凝土，混凝土采用斗车或轨式混凝土搅拌运输车，由电瓶车牵引运至浇筑部位。 地层为寒武系下统邛竹寺组第三段，白云岩，灰岩。沧浪铺组第一段砂岩，粉的砂岩，第三段，白云岩，灰岩夹砂岩。以，类围岩为主，其中类占77%，类占23%，引水隧洞成洞地质条件较好。所以隧洞只需进行普通的构造配筋及进行简单的支护即可。 4 压力管道4.1设计基本资料前池处接压力管道，管道顺山坡至坡底，跨哈罗罗依打河进入厂房

28、，由坡坡度上端40度，中段45度，下段40度，管道全长526m，主管长度504m，设计水头255m，最大水头267.55m。边坡上段为基岩直接出露，中下段边坡上具少量崩坡积堆积，厚度12米。基岩为寒武系下统邛竹寺组第三段，第二段，第一段及寒武系下统麦地寺组。岩性依次为灰深灰色中厚层状白云岩，灰岩，灰色薄中厚层状粉细砂状，泥质粉砂岩，灰深黑色含磷白云岩，白云质灰岩，灰岩等组成。岩石质硬，裂隙较发育，镇支墩均能放入基岩之上，地基承载能力能满足设计要求。岩层走向与管道方向交角45度，岩层产状215度 26度，边坡为反向边坡，边坡稳定性好。施工中应注意部分危岩对压力管道的影响。4.2管道直径的确定为输

29、送既定的发电流量，压力管道可以选择不同的直径。直径愈小，管道用材愈少、造价愈低，但管中流速愈大，水头损失和电能损失愈大；反之，直径愈大，管道用材愈多、造价愈大，但电能损失愈小，因此，压力管道直径需进行经济比较确定。影响经济直径的因素很多，但除动能经济因素外，还有水轮机调节、泥沙磨蚀、材料设备及施工等因素，至今没有规范认可的通用公式，通常先参考已建工程参数选择相近的几种直径，再进行技术经济比较，选定最优直径。对不重要的工程或缺乏可靠的技术经济资料时，可采用以下方法确定管道直径。（1） 经济流速选择直径： 式中 经济流速，明钢管为46m/s，本工程取5.6m/s 设计流量，本工程的设计流量为34.

30、6m3/s（2） 经验公式：（3） 彭德舒公式： 式中 Qmax压力管道的最大流量，本工程为34.6m3 Hp设计水头，本工程为255m综合考虑，本工程压力管道的直径取2.8m。4.3压力钢管的定线和选型 根据工程地质条件，以及施工方便，本工程采用明钢管敷设在一系列的支墩上，地面高出地面1m，这样使管道受力明确，管身离开地面也易于维护和检修。明钢管做成分段式，分成3段，每段长度均为168m，在每段转弯处设置镇墩，在两镇墩之间设伸缩节，伸缩节布置在管段的上端，靠近上镇墩处。 压力管道选择短而直的路线，这样可以缩短管道的长度，降低造价，减小水头损失，而且可以降低水锤压力，改善机组的运行条件。因岩石

31、坚硬，镇墩能够直接放在基岩上，地基承载力满足设计要求。在施工过程中应避开可能发生山崩或滑坡地区，明管应尽可能沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷之中，若明钢管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，则应事先清除。应尽量减少管道的起伏波折，避免出现反坡，以利于管道排空。4.4压力管道厚度的计算在进行钢管应力分析时，需先设定钢管管壁厚度。可以按钢管承受设计内水压力的条件估算壁厚。为此，可取出单位长度充满内水压力的钢管，沿直径的水平切开，移去上半部，取内水压力与管壁环向拉力相平衡。根据力的平衡条件 得： 因此 T=1/2PD 管壁环向拉应力 式中 P内水压力 r钢管半径 管壁厚度根据钢管应力小于材料允许应力的条

32、件 移项得 考虑焊缝的强度降低，允许应力应乘小于1的焊缝系数。可按规范取为0.90.95，根据焊接技术和检验方法而定，由于仅考虑内水压力，按上式计算时，允许应力一般要降低15%25%。因此管壁厚度考虑到锈蚀、磨损及钢板厚度误差，管壁应至少比计算值增加2mm。此外还需考虑制造工艺和安装、运输等要求，保证必需的刚度。管壁最小厚度不宜小于D/800+4mm，也不宜小于6mm。综上所述，管壁厚度取为25cm。4.5压力钢管的水力计算 水力计算主要是为了确定管道的水头损失，水头损失主要是局部水头损失和沿程水头损失。4.5.1沿程水头损失管道中水头损失和水流流态有关，水电站压力管道中水流的雷诺数Re一般超

33、过3400，因而水流处于紊流状态，沿程水头损失可用曼宁公式进行计算。平均流速 在常温下运动粘度，则因Re2320，故管中水流为紊流。查表得大口径钢管，纵缝焊接，横缝铆接，ks=1.8mm，于是相对粗糙度为由及，查图得0.0175水力坡度4.5.2 局部水头损失 因为压力管道的直径没有改变，只是分段连接处有折角，这会带来局部水头损失。根据局部水头损失公式其中，代入数据得局部水头损失为4.6水锤计算4.6.1钢管中水锤波传播的速度 式中 1425声波在水中的传播速度，m/s 水的弹性模量， E管壁的弹性模量， D压力管道的内径，D=2800mm 管壁厚度，4.6.2水锤波在钢管中传播一次所需的时间

34、式中 L为压力钢管的总长度，m 为水锤波传播的速度，m/s根据水轮机的型号，可以查得阀门全关的时间，水轮机型号为HL100LJ210为混流式水轮机，本工程取阀门全关的时间为15s。因为Ts2L/a，即阀门完成开启或关闭动作之前，反射波到达了阀门，因此该水锤波为间接水锤。4.6.3水锤压力的计算进行水锤计算，关键是求出最大值。假设本工程阀门度依直线变化。假设当阀门由全开状态（）到全关闭状态（）管道特性系数 其中压力管道的长度为526m，资料中已给出。因为，一般发生末相水锤。由水锤压力的近似公式可得：极限水锤值为综合可得：水锤压力为0.08.5 压力前池5.1压力前池的作用   

35、;  (1) 平稳水压、平衡水量。当机组负荷发生变化时，引用流量的改变使渠道中的水位产生波动，由于前池有较大的容积，就可减少渠道水位波动的振幅，稳定发电水头；另外还可起到暂时补充不足水量和容纳多余水量的作用，适应水轮机流量的改变。     (2) 均匀分配流量。从渠道中引来的水经过压力前池能够均匀地分配给各压力管道，管道进口设有控制闸门。     (3) 渲泄多余水量。当电站停机时，向下游供水。     (4) 再次拦截污物和泥沙。前池设有拦污栅、拦沙、排

36、沙及防凌等设施，防止渠道中漂浮物、冰凌、有害泥沙进入压力管道，保证水轮机正常运行。5.2压力前池的组成建筑物图5-1某水电站压力前池布置图(1) 前室(池身及扩散段)。前室是渠末和压力管道进水室间的连接段，由扩散段和池身组成。扩散段保证水流平顺地进入前池，减少水头损失。池身的宽度和深度受高压管道进口的数量和尺寸控制，以满足进水室的要求。(2) 进水室及其设备。指压力管道进水口前扩大和加深部分，通常采用压力墙式进水口。进口处设工作闸门和检修闸门及其控制起吊设备、拦污栅、通气孔等设施。(3) 溢水建筑物。当水电站以较小的流量工作或停机时，多余的水量由溢水建筑物泄走，防

37、止前池水位漫过堤顶，并保证向下游供水。溢水建筑物一般包括溢流堰、陡槽和消能设施。溢流堰应紧靠前池布置，其型式可分为正堰和侧堰两种，堰顶一般不设闸门，水位超过堰顶，前池内的水就自动溢流。溢流堰底部一般设有消能设施。(4) 放水和冲沙设备。从引水渠道带来的泥沙将沉积在前室底部，因此在前室的最低处应设冲沙道，并在其末端设有控制闸门，以便定期将泥沙排至下游。冲沙道可布置在前室的一侧或在进水室底板下做成廊道。冲沙孔的尺寸一般不小于1m2，廊道的高度不小于0.6m，冲沙流速通常为23m/s。冲沙孔有时兼做前池的放水孔，当前池检修时用来放空存水。    (5)

38、0;拦冰和排冰设备。排冰道只有在北方严寒地区才设置，排冰道的底板应在前池正常水位以下，并用叠梁门进行控制。 5.3压力前池的位置选择与布置 5.3.1位置选择     压力前池的布置与引水道线路、压力管道、电站厂房及本身的溢水建筑物等有密切联系。因此应根据地形、地质和运行条件，结合整个引水系统及厂房布置进行全面和综合的考虑。     (1) 前池的整体布置应使水流平顺、水头损失最少，以提高水电站的出力和电能。布置能使渠道中心线与前池中心线平行或接近平行。前室断面逐渐扩大，平面扩散角=10°15°。

39、0;   (2) 前池应尽可能靠近厂房，以缩短压力管道的长度。前池中水流应均匀地向各条压力管道供水，使水流平顺，无漩涡发生。运行方面应力求清污、维护、管理方便，同时应使泄水与厂房尾水不发生干扰。     (3) 前池应建在天然地基的挖方中，不应设置在填方或不稳定地基上，以防由于山体滑坡和不均匀沉陷导致前池及厂房建筑物的破坏。 5.3.2布置方式1- 渠道；2-压力前池；  1-引水渠；2-前室；3-进水室；3-压力水管；4-厂房  4-溢流堰；5-压力水管图5-2压力前池布置图 图5-3压力前池平面布置图

40、（1）直线布置，见图5-3（a）。渠道、压力前池、压力水管轴线相一致，水流平顺水量分配均匀，水头损失小，但这种方式溢流较困难，挖方量大，只能在地形条件许可或渠道跌水式电站中采用。     （2）直角布置，见图5-3（c）。渠线与压力水管轴线成直角，这样可适应地形条件，使渠线与等高线平行，压力水管与等高线垂直，减小开挖量，溢流堰可做成正堰，有利于排水、排冰、排污，且泄水道远离厂房，不影响厂房安全。但此时前池中的水流偏向一侧，易形成旋涡，水头损失大，水量分配不均匀，转角处易形成死水区，泥沙易淤积，排沙困难。     （3）曲线布置，见图5

41、-3（b）。渠线与压力水管轴线成一定角度斜交。这种布置在实际工程中较常见，能适应地形地质条件，水流、开挖、排沙、排水、排冰等条件都介于前面两者之间。根据地形地质条件及引水渠和压力管道的布置情况综合考虑，本工程采用曲线布置方式。5.4压力前池设计基本资料机组台数n1=4台，单机容量N=41700Kw, 引水渠设计引用流量Qp=69.2m3/s 单机引用流量Q设=17.3m3/s，引渠末端渠底高程1=1322.64m，引渠末段渠底宽度b=7.9m，引渠末段渠道边坡m=1.19，引渠末端渠道设计水深h=3.81m，引渠末端渠道设计流速 v0=2.3m/s，压力钢管根数 n2=2根，压力钢管内径D=2

42、.8m，进水室隔墩厚度d=0.5m，进水室拦污栅的允许最大流速v进=0.9m/s，堰顶与过境水流水面的高差h=0.1m，侧堰类型正堰的流量系数 m0=0.427。5.5侧堰布置及水力计算5.5.1侧堰堰顶高程的确定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高程h(0.10.2m)，本工程取h0.1m过境水流水面高程2=渠末渠底高程 + 渠道正常水深 =1322.64+3.81 =1326.45m 侧堰堰顶高程3=2 + h =1326.45+0.1 =1326.55m5.5.2侧堰堰顶长度、堰上平均水头的确定根据水电站引水

43、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。 （1） 流量系数mL宜取（0.90.95）m0，本工程取mL=0.9m0，即mL=0.3843根据水电站引水渠道及前池设计规范第4.5.3条，侧堰的堰顶长度，堰上平均水头，需经计算比较确定。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

44、和堰上平均水头。取H堰=0.7m 则L堰=69.45m 取L堰=30m 则H堰=1.35m5.6压力前池各部分平面尺寸的拟定对于大中型电站进水室长度L进=58m， 本工程取L进=6m单管的进水室宽度b进=1.8D=5.04m 取b进=5.5m单管的进水宽度一般为压力管道内径的1.51.8倍，本工程取1.8进水室宽度B进=n2b进+(n2-1)d=11.5m 取B进=11.5m 前池池身宽度B前=1.3B进=15 取B前=15m前池的宽度B为进水室宽度的1.01.5倍，本工程取1.3前池池身长度L前=3.0B前=45m 取L前=45m前池的长度为其宽度的2.53.0倍，本工程取3.05.7 压力

45、前池特征水位的拟定5.7.1 进水室入口处的水深h进（m）应满足下列条件： 取：进min=3.5m5.7.2前池正常水位Z正常根据水电站引水渠道及前池设计规范第7.0.4条，应以设计流量下水电站正常运行时的水位作为前池的正常水位。Z正常=渠末渠底高程 + 渠道正常水深 =1322.64+3.81 =1326.45m5.7.3 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7.0.5条，前池和引水渠道内的最高水位，应按照设计流量下正常运行时，水电站突然甩全部负荷时的最高涌波水位确定。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

46、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1.11.2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+1.2H堰 =1326.55+1.2×1.35=1328.17m5.7.4 前池最低水位Z最低根据水电站引水渠道及前池设计规范第7.0.6条，前池最低水位可根据水电站运行要求确定。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按三台机组运行突增到四台机组即发电流量由51.9m3/s突然增加到69.2m

47、3/s时的前池水位降落。引水渠道中产生落波时，波的传播速度c0和波高h0可按一下两式联立求解： 负荷变化前的流量Q0=51.9m3/s负荷变化后的流量Q'=69.2 m3/s下面试算求解波速c0、起始断面波高h0：假设h0=0.5m波流量Q=17.3B'0=b+2m(h-h0/2) =7.9+2×1.19×（3.81-0.8÷2）=16.02负荷变化前的过水面积W0=Q0/v0 =17.3÷2.3=7.52m2则波速c0=2.16m/s则起始断面波高h0=0.5mhmax=Kh0=2h0=2×0.5=1.0mZ最低= Z正常 -

48、 hmax =1326.45-1 =1325.45m5.8 压力前池各部位高程的拟定5.8.1 进水室淹没深度S的确定根据水电站引水渠道及前池设计规范第6.1.9条规定，水电站进水口上缘淹没于最低水位以下的深度，应按SD303确定。淹没深度按戈登公式确定： =0.55×3.84× =3.66m式中：C经验系数，C=0.550.73，对于对称进水口，本工程C=0.55d进水口闸门高度，本工程d=3.00mV进水口闸门断面流速，本工程V=3.84m/s5.8.2 进水室底板高程的确定进水室底板高程=Z最低 -S-d =1325.45-3.66-3 =1318.79m本工程取13

49、18.50m。5.8.3 压力前池围墙顶部高程的确定 边墙顶部高程墙顶=Z最低+ =1325.45+0.8 =1326.25m其中为安全加高，本工程取0.8m5.9排沙孔的设计根据水电站引水渠及前池设计规范SLT205-97第4.1.13条规定, 前池内设排沙设施时,宜采用正面排沙。排沙底孔多布置在进水口底部。故本电站采用正面排沙，排沙底孔布置在进水口底部。每孔进水口底部均设一孔排沙底孔。沙坎高度：h1=2.5m。取排沙底孔顶板厚度：=0.5m，排沙底孔高度：h1=2.5-0.5=2.0m取排沙底孔寛度与底孔高度相同值:        b1=2.0m排沙

50、底孔孔口尺寸：b1×h1= 2.0m×2.0m排沙底孔孔顶高程: 排沙孔孔顶高程=进水室底板高程减去排沙底孔顶板厚度排沙底孔孔顶=1318.50-0.5=1318m排沙底孔孔底板高程:排沙底孔孔底板=排沙底孔孔顶高程减去排沙底孔高度排沙底孔孔底=1318-2=1316m5.10构造设计 压力前池的前室在水平面上以=30°的扩散角逐渐加宽，直至加宽至进水室的宽度11.5m为止，为减小因扩散角过大而在两侧形成漩涡，在进口端设置分流墩，分流墩的夹角=15°。前室在立面上以1：4的坡度向下延伸直至与排沙孔底板高程排沙底孔孔底=1316m相等为止。 前室两侧设置边

51、墙，由前面的计算得边墙的顶部高程为1326.25m，根据流量为69.2m3/s，取边墙的宽度为1.5m。 进水室上游与前室相接，下游为埋设压力管道的进口段。进水室的底板高程为1318.5m，因为布置有两条压力管道，所以进水室由混凝土隔墩从中间隔开，形成两个独立的进水室，隔墩厚度为0.5m，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。这样，当一条压力管道或由此压力管道供水的机组发生事故或需要检修时，不致影响其他机组的正常运行。 在进水室顶部设置一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，本工程取排冰道的底槛高程为1324.5m。 进水室末端设置压力墙来挡水，也是压力管道进口的闸墙，用混凝土浇筑而成，在压力墙中布置有闸门和通气孔，其中闸门的尺寸为3×3m，通气孔的直径为0.74m。 检修闸门位于工作闸门之前，拦污栅之后，供检修工作闸门和进水室堵水之用，一般为叠梁式或平板式闸门，本工程采用平板式闸门。 进水室底板的构造和受力情况与