小型水電站壓力前池的設(shè)計(jì)及運(yùn)行

趙劍

摘 要：馬關(guān)縣中小河流眾多，小型水電站數(shù)量多、容量小、分布廣，這些小型的水電站為馬關(guān)縣的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展起到了積極的推動作用。馬關(guān)縣是全國首批小水電代燃料試點(diǎn)縣之一，小水電的發(fā)展，有效遏制了陡坡開荒和森林過度采伐問題，為國家實(shí)施以天然林保護(hù)和退耕還林為重點(diǎn)的生態(tài)建設(shè)提供了較好的社會環(huán)境。

關(guān)鍵詞：小型水電站；壓力前池；設(shè)計(jì)和布置

1 壓力前池的概述

1.1 壓力前池的簡介。就現(xiàn)在的小型水電站來說一般都是引水式電站，其中壓力前池占有非常重要的作用。壓力前池一般安置在引水渠的末端，連接著壓力引水管，在水電站發(fā)電的時候可以給從這邊流過的水增加一定的壓力，同時還可以有效的隔離水中雜物不進(jìn)入發(fā)電機(jī)，同時還降低了水的流動速度、減少了一定的水量，除此之外，其還有使水流動的時候波動減少的作用，可以說其為水電站的發(fā)電準(zhǔn)備工作提供了很大的便利。

1.2 壓力前池的組成。（1）前室和進(jìn)水室。進(jìn)水室是一個比渠道寬、深的一個空間，其水流量要比渠道多很多，同時也具有一定的蓄水功能。在渠道與進(jìn)水室的中間就是前室，主要是具有一定的調(diào)節(jié)作用。一般空間的突然增大會使得水流變得急促，有可能會產(chǎn)生漩渦，而前室就是為了防止這樣的事情發(fā)生而建立的。（2）壓力墻。這是一個閘墻，具有一定的水流攔截作用，其安置點(diǎn)為壓力水管的進(jìn)水口。（3）泄水建筑。這個建筑物一般小型水電站都是采用的側(cè)堰，相對于其他的泄水建筑物來說比較簡單，安全系數(shù)也好不錯，但是其前沿有點(diǎn)長，因此在之前流通的水位總的來說變化還是比較大的。還有一種泄水建筑即為虹吸式泄水道，這個相較于上面一個其具有泄流量大的優(yōu)點(diǎn)，但是正因?yàn)樾沽髁看?，因此會出現(xiàn)泄流量的變化很突然，從而使得水位的變化也比較的突然，引起一定的振蕩，而且，虹吸式泄水道在比較寒冷的地區(qū)會非常容易因?yàn)榻Y(jié)冰而被封住，而且在水中有漂浮物的話也不能進(jìn)行宣泄。這兩種泄水建筑物都有其相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此在進(jìn)行選擇的時候要因地制宜，選擇最適合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ锊攀亲钸m合的。（4）排污、排沙、排冰建筑物。自然河道里面會有很多的污物和泥沙，在冬天還會出現(xiàn)冰凌，這些都會給壓力水管帶來一定的危害，因此要在前池就進(jìn)行隔離與排除，因此就必須建立相關(guān)的排污、排沙、排冰建筑物。

2 壓力前池的位置選擇和布置方式

2.1 位置的選擇。壓力前池是連接渠道和壓力水管的中間物，因此首先要根據(jù)這兩個建筑物的位置進(jìn)行選擇，同時還要綜合水電站的整體地形以及當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件進(jìn)行位置的選擇。要做到整體的設(shè)計(jì)和諧緊湊，不會出現(xiàn)斷接的現(xiàn)象，不會因?yàn)樵O(shè)計(jì)的原因出現(xiàn)安全事故，同時在水進(jìn)行流通的時候要通暢、平穩(wěn)。

2.2 壓力前池的布置。（1）布置原則。如果是在陡峻的山坡上面進(jìn)行布置，其位置低下的地基應(yīng)該是天然的地基，而不是填方的，因?yàn)樘罘降暮苋菀壮霈F(xiàn)不穩(wěn)定或者是滲漏的問題，同時壓力前池的前池要盡量的與廠房靠近，這樣是為了將壓力水管的長度進(jìn)行縮短。（2）布置形式。根據(jù)壓力前池的進(jìn)水方向進(jìn)行分為正向進(jìn)水和側(cè)向以及斜向進(jìn)水三種，正向進(jìn)水中的渠道、壓力前池、壓力水管是在一條軸線上建立的，這樣就可以保證水在進(jìn)行流通的時候是平穩(wěn)的狀態(tài)，而不會因?yàn)榈貏莸脑虍a(chǎn)生水流速度的變化，從而造成水量分配不均勻造成水頭損失的結(jié)果。但是正是因?yàn)檫@種要求三者建立在一條軸線上面，因此如果在有山坡的地方進(jìn)行建立的話為了保證軸線一致會采用挖方的形式進(jìn)行布置，從而產(chǎn)生更大的工程量。另外一種側(cè)向進(jìn)水的渠道軸線與壓力水管的相垂直，這就使得連接兩者的前池處于偏側(cè)的方向，在水進(jìn)行流通的時候，水流在交匯處很容易產(chǎn)生漩渦，從而使得水頭出現(xiàn)損失的現(xiàn)象。而且由于三者不在一條軸線上，必定出產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，而轉(zhuǎn)角又會集聚很多的泥沙，這樣會嚴(yán)重的影響到水力條件，使得水力條件很差。側(cè)向進(jìn)水的優(yōu)勢就是可以較好的適應(yīng)條件而建設(shè)，將等高線作為渠道軸線和壓力水管軸線的中間轉(zhuǎn)擇點(diǎn)，使得渠道軸線與等高線平行，使得壓力水管軸線與等高線垂直，這樣就可以很好的減少工程量，而且為了減少污物，可以采用正堰作為泄水道，這樣可以很少的進(jìn)行排水、排冰以及排污。第三種斜向進(jìn)水，這種一般用的比較多，其結(jié)合了正向進(jìn)水與側(cè)向進(jìn)水的優(yōu)勢，補(bǔ)足了劣勢，具有很好的應(yīng)用價值。

3 壓力前池的布置設(shè)計(jì)

3.1 前室。前室的空間比較的大，因此可是使經(jīng)過的沙沉淀下來。從平面設(shè)計(jì)上來說，其采用逐漸加寬的原則，角度為10°～15°，這個角度是經(jīng)過測量得出來最安全的角度，角度過大會產(chǎn)生水流漩渦，而太小則會在短途內(nèi)達(dá)不到效果，而增加長度則會增加預(yù)算，不劃算。如果引水渠過窄而前池過寬，則需要在兩者中間增加一個分流墩。

3.2 進(jìn)水室。進(jìn)水室有蓄水、隔污的功能，其處于前室與壓力墻中間。當(dāng)壓力水管有兩根以上的時候就應(yīng)該設(shè)置獨(dú)立的進(jìn)水室，一個壓力水管接一個進(jìn)水室，并且在進(jìn)水室的進(jìn)口都要設(shè)置相應(yīng)的攔污設(shè)施，還有工作必備的檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、工作橋和啟閉設(shè)備等，這樣才能有效的減少進(jìn)水室的壓力以及保證壓力水管正常工作的水流量。

3.3 壓力墻。壓力墻建立于壓力水管的進(jìn)口，連接著進(jìn)水室，其高度較高。壓力墻的設(shè)置也可以分為兩種，一種是結(jié)合了閘門和通氣孔的，高度要求不高，但是承重能力要求比較高，而另一種是將閘門與壓力墻分開，中間有水井用作通氣孔的，這個壓力墻只作為承受水的壓力，其閘門相較于上一中比較高。

3.4 泄水道。泄水道一般在渠道的最低端或者是前池的邊墻上，包含有溢流堰和虹吸管兩種。溢流堰由于在頂端不會設(shè)置閘門，因此其高度一般都會高于前室正常水位的高度，這樣就可以有效的防止水會溢流出來，從而發(fā)生事故。溢流堰的斷面一般都是流線型的實(shí)用堰，安全系數(shù)高，其在下游部分還設(shè)有泄水陡槽和消能設(shè)施，這樣可以減少水泄流的沖力，防治形成漩渦。

3.5 沖沙道和排冰道。沖沙道一般是設(shè)置在前室的最低處的，一般渠道的泥沙在進(jìn)入前室后會沉淀下來，因此要在前室的底端設(shè)置沖沙道來幫助泥沙的排出，其與管道的進(jìn)水口呈上下層排列方式進(jìn)行排列。排冰道是用到排泄冬天的冰凌的，其設(shè)置的位置在正常水位以下就可以了。

4 壓力前池的運(yùn)行管理

壓力前池在水電站中起到關(guān)鍵性的作用，不僅可以攔截污物、泥沙、浮冰進(jìn)入水電站的發(fā)電站，還可以平衡水的流速、也可以保證水量的正常度，為水電站后面的工作起到一個調(diào)節(jié)的作用，其正常運(yùn)行的保證與水電站的正常運(yùn)行保證息息相關(guān)。壓力前池有很多大型的建筑物和小的設(shè)備，常年承受著大的壓力和水的浸泡，如果不保養(yǎng)很容易出現(xiàn)事故。水電站的管理人員不僅要對水電站的重要設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控與保養(yǎng)，也要對壓力前池進(jìn)行隨時的監(jiān)控，保第一時間掌握壓力前池相關(guān)建筑物與設(shè)備的運(yùn)行情況，同時在冬季有及時的排冰，在平時要及時的排沙與清污，還要監(jiān)測水位的變化情況，了解異常，并解決。冬季是一年內(nèi)最難的時間，特別是嚴(yán)寒地區(qū)，很容易因?yàn)樘涠霈F(xiàn)設(shè)備凍裂的情況，因此要經(jīng)常的監(jiān)測。還有就是冬天的漂浮物比較大，而且清污也比較困難，但是一定要組織人員進(jìn)行清理，以防治攔污柵和進(jìn)水口的堵塞。進(jìn)水口堵塞會直接影響壓力水管的正常工作，嚴(yán)重的還會損壞。

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