[发明专利]大型泵站通道式前池及设计方法

权利要求书

1.大型泵站通道式前池，其特征是，在大型泵站进水侧顺水流方向依次布置引水渠道、过渡段、前池和进水流道；引水渠道的断面形状为倒梯形，前池断面形状为矩形，所述过渡段用于平顺连接引水渠道和前池，过渡段为圆弧形或者扭曲面翼墙；

所述前池分为前池扩散段和前池调整段；前池扩散段位于过渡段之后，前池扩散段的平面和立面均呈直线扩散状；前池调整段位于前池扩散段和进水流道之间，前池调整段的断面形状为矩形；

在大型泵站前池内设置n-1道过流通道隔墙，n为泵站的水泵机组的台数，将具有开阔水面的前池分隔为n个过流通道，每个过流通道对应于1台水泵机组，将过流通道依次编号为1、2、3、……、n；

过流通道的平面控制角θ_通平的最大值max{θ_通平i}小于16°，过流通道立面控制角θ_通立的最大值max{θ_通立i}小于14°，i＝1,2,3,…,n；

在前池进口布置清污机桥，清污机桥的桥墩与过流通道隔墙一一对齐，且清污机桥桥墩的高度高于过流通道隔墙0.25B_通进，B_通进为过流通道进口断面的宽度；

所述前池过流通道的几何参数如下：

(1)前池扩散段进口断面宽度B_扩进与引水渠道底部宽度B_引底相等；前池扩散段出口断面宽度B_扩出＝nB_流道+(n-1)B_隔墩，B_流道为进水流道进口断面宽度，B_隔墩为隔墩厚度；

(2)过流通道隔墙前端为圆弧形，位于前池扩散段进口，过流通道隔墙尾端与进水流道进口的隔墩光滑平顺连接；过流通道隔墙采用混凝土浇筑，过流通道隔墙底部与前池底板贴合连接，过流通道隔墙顶部与前池最高水位齐平；

(3)过流通道隔墙前端的厚度为B_墙前，过流通道隔墙的厚度从其前端至尾端逐渐变厚，过流通道隔墙尾端的厚度B_墙尾＝B_隔墩；过流通道进口断面的宽度

(4)过流通道前池调整段的宽度B_前调与进水流道进口断面的宽度B_流道相同，过流通道前池调整段的长度L_前调＝1.5B_通进；

(5)在过流通道隔墙上开压力平衡孔，以平衡过流通道隔墙两侧的压力；

(6)在前池边墙与过流通道隔墙之间、相邻过流通道隔墙之间设置不对称腰形断面横梁。

2.大型泵站通道式前池设计方法，其特征是，按如下步骤进行设计：

(1)在大型泵站进水侧顺水流方向依次布置引水渠道、过渡段、前池和进水流道；引水渠道的断面形状为倒梯形，前池断面形状为矩形，所述过渡段用于平顺连接引水渠道和前池，过渡段为圆弧形或者扭曲面翼墙；

(2)所述前池分为前池扩散段和前池调整段；前池扩散段位于过渡段之后，前池扩散段的平面和立面均呈直线扩散状；前池调整段位于前池扩散段和进水流道之间，前池调整段的断面形状为矩形，立面和平面方向均不作扩散，用于将前池扩散段的水流调整顺直进入进水流道；

(3)将大型泵站常规的具有开阔水面的前池分隔为n个过流通道，n为泵站的水泵机组的台数，每个过流通道对应于1台水泵机组，将过流通道依次编号为1、2、3、……、n；

(4)按如下步骤设计所述前池过流通道：

①计算前池扩散段进口断面宽度B_扩进和出口断面宽度B_扩出：前池扩散段进口断面宽度B_扩进等于引水渠道底部宽度B_引底，前池扩散段出口断面宽度B_扩出由水泵机组台数n、进水流道进口断面宽度B_流道和隔墩厚度B_隔墩确定，计算式为：

B_扩出＝nB_流道+(n-1)B_隔墩 (1)

②过流通道隔墙前端为圆弧形，位于前池扩散段进口，过流通道隔墙尾端与进水流道进口的隔墩光滑平顺连接；过流通道隔墙采用混凝土浇筑，其底部与前池底板贴合连接，过流通道隔墙顶部略高于前池最高水位；

③过流通道隔墙前端的厚度为B_墙前，过流通道隔墙的厚度从其前端至尾端逐渐变厚，过流通道隔墙尾端的厚度B_墙尾＝B_隔墩；

根据水泵机组台数n、前池扩散段进口断面宽度B_扩进和过流通道隔墙前端厚度B_墙前确定过流通道进口断面的宽度B_通进：

④计算过流通道前池调整段的宽度B_前调和长度L_前调：过流通道前池调整段的宽度B_前调与进水流道进口断面的宽度B_流道相同，过流通道前池调整段的长度L_前调＝1.5B_通进；

⑤在过流通道隔墙上开压力平衡孔，所述平衡孔的底部高程较前池最低水位低0.15B_通进，平衡孔断面形状为细长矩形，平衡孔的宽度B_孔＝0.05B_通进，平衡孔的高度H_孔＝0.4B_通进；平衡孔布置在前池扩散段的前半段，顺水流方向均布4个；

⑥在前池边墙与过流通道隔墙之间、相邻过流通道隔墙之间设置横梁，高度方向横梁布置的间距小于1.5B_通进，长度方向横梁布置的间距小于2B_通进；所述横梁的跨度与所在位置过流通道的宽度相同，横梁断面的高度H_横梁＝0.05B_通进、宽度B_横梁＝0.15B_通进，横梁断面的形状采用不对称腰形，横梁断面头部圆弧半径R_横头＝0.025B_通进，横梁断面尾部圆弧半径R_横尾＝0.0125B_通进，横梁断面头部圆弧圆心与横梁断面尾部圆弧圆心的距离L_圆心＝0.1125B_通进；

(5)逐一计算各过流通道平面控制角θ_通平i，i＝1,2,3,…,n，计算式为：

式中，YJ_i1、YJ_i2分别表示第i个过流通道进口断面左侧和右侧距离前池平面中心线的距离，YC_i1、YC_i2分别表示第i个过流通道出口断面左侧和右侧距离前池平面中心线的距离，i＝1,2,3,…,n；L_前扩为前池扩散段长度；

YJ_i1、YJ_i2的计算式分别为：

YC_i1、YC_i2的计算式分别为：

检查过流通道平面控制角θ_通平是否满足max{θ_通平i}＜16°的要求，若不满足，则适当加大前池扩散段长度L_前扩，直至平面控制角θ_通平i满足要求；

(6)逐一计算各过流通道立面控制角θ_通立i，i＝1,2,3,…,n，计算式如下：

式中，分别表示第i个过流通道扩散段进口断面和出口断面底高程，i＝1,2,3,…,n；

检查过流通道立面控制角θ_通立是否满足max{θ_通立i}＜14°的要求，若不满足，则适当加大前池扩散段长度L_前扩，直至立面控制角θ_通立i满足要求；

(7)将清污机桥布置在前池进口，清污机桥的桥墩与过流通道隔墙一一对齐，但清污机桥桥墩的高度高于过流通道隔墙0.25B_通进。