河床式取水構(gòu)筑物

1、.河床式取水構(gòu)筑物 1. 工程資料 1.1 河流自然條件 （1）河流水位 取P=1 %的設(shè)計(jì)洪水位為35.40m，取水保證率為97%的設(shè)計(jì)最低水位 為20.50m。 （2）河流流量 最大流量：27000 m3/s 最小流量：320 m3/s。 （3）河流流速 最大流速：248 m/s； 最小流速：032 m/s。 （4）含砂量 最大含砂量：0.47kg/m3； 最小含砂量；0015kg/m3。 （5）水中其他懸浮物有一定效量的水草及青苔，無(wú)冰絮。 （6）河流主流及河床情況 河流岸坡平緩，主流離岸邊約90m處，最小水深為3.80m。 （7）水泵所需揚(yáng)程26m。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) （1） 取水頭部

2、 其要求是： 避免吸入泥沙； 不引起附近河床的沖刷； 避免其進(jìn)水口被水內(nèi)冰堵塞； 不被船只、木排及流冰撞擊； 便于清洗。 其設(shè)計(jì)要求： 具有合理的外形； 取水頭部進(jìn)水口的位置適當(dāng)，其上緣在最低水位以下0.51.0， 冰蓋底面以下0.20.5m，其下緣高出河底1.01.5m； 進(jìn)口水流速度適當(dāng)。 其類(lèi)型有：喇叭管、蘑菇型、魚(yú)型罩、箱式、墩式、斜板式、活動(dòng)式。設(shè)計(jì)中采用箱式取水頭部。 箱式取水頭部由周邊開(kāi)設(shè)進(jìn)水孔的鋼筋砼箱和設(shè)在箱內(nèi)的喇叭管組成。進(jìn)水孔總面積較大，能減少冰漬和泥沙進(jìn)入量。適用于冬季冰凌較多或含沙量不大，水深較小的河流上采用，中小型取水工程用得較多。中南地區(qū)含沙量較小的河流上箱的平面

3、形狀：圓形、矩形、棱形。 （2） 進(jìn)水管 進(jìn)水管有自流管與虹吸管之分，其自流管取水：自流管淹沒(méi)在水中， 河水靠重力自流，工作較可靠，水中含沙量較高時(shí)，為取得含沙少的水可在集水間壁上開(kāi)設(shè)進(jìn)水孔，可設(shè)置高位自流管。適用于自流管埋深不大，或可以開(kāi)挖隧道；而當(dāng)河水位高于虹吸管頂時(shí)，無(wú)需抽真空即可自流進(jìn)水；當(dāng)河水位低于虹吸管頂，需先將虹吸管抽真空可進(jìn)水。虹吸高度26m。適用于河灘寬闊，河岸較高，且為堅(jiān)硬巖石，埋設(shè)自流管需開(kāi)挖大量土石方，或管道需要穿越防洪堤時(shí)可采用虹吸管。優(yōu)點(diǎn)：減少水下土石方量，縮短工期，節(jié)約投資。缺點(diǎn)：對(duì)管材、施工質(zhì)量要較高，運(yùn)行管理要求嚴(yán)，要裝置真空設(shè)備，嚴(yán)密不漏氣，可靠性不如自流管

4、。 設(shè)計(jì)中采用的是自流管進(jìn)水。 （3） 吸水間 其作用： （1）沉淀一部分泥沙及雜質(zhì)； （2）便于安設(shè)格網(wǎng)； （3）可以根據(jù)吸水井中的水位變化判斷取水系統(tǒng)的工作情況； （4）可以減少水泵吸水管的長(zhǎng)度及埋深； （5）便于清洗自流管。 3.1 取水構(gòu)筑物形式的選擇 因河流河岸較緩，主流遠(yuǎn)離岸邊，宜采用固定式河床取水構(gòu)筑物。河心處用箱式取水頭部，經(jīng)自流管流入集水井，再經(jīng)格柵、格網(wǎng)截留雜質(zhì)后，用離心泵送出。 3.2 設(shè)計(jì)水量 01.?05 Q?4500? 3.3 取水頭部設(shè)計(jì)計(jì)算 34m725d0?/31m968.h?753/m s0.547/ 取水頭部平剖面取為菱形，整體為箱式，?角取900側(cè)面進(jìn)水

5、。 3.3.1 進(jìn)水孔（格柵）計(jì)算 其計(jì)算公式與岸邊式取水構(gòu)筑物進(jìn)水孔面積計(jì)算公式一致。 F0?bQ k1? b?sk1k2v0 式中 F0：進(jìn)水孔或格柵的面積，m2； Q ：進(jìn)水孔的設(shè)計(jì)流量，m3/s； v0 ：進(jìn)水孔設(shè)計(jì)流速，有冰絮時(shí)：v0?0.1?0.3m/s ；無(wú)冰絮時(shí)： v0?0.2 /?0.m6s k1 ：柵條引起的面積減少系數(shù)，k1?b；b為柵條凈距， b?s 30120mm， s為柵條厚度（直徑），10mm； k2 ：格柵阻塞系數(shù)，采用0.75。 設(shè)計(jì)中取進(jìn)水孔流速v0=0.4m/s；柵條采用圓鋼，其直徑s=10mm；取柵條凈距 b=50mm，取格柵阻塞系數(shù)k2=0.75，則：

6、 k1?500.547?0.833， F0?2.188m2 50?100.833?0.75?0.4進(jìn)水孔數(shù)量采用4個(gè)，設(shè)在兩側(cè)，則每個(gè)面積：F? 進(jìn)水孔尺寸采用：B1?H1?900mm?700mm 格柵尺寸采用： B?H?1000mm?800mm 實(shí)際進(jìn)水孔面積：F'?0.63?4?2.52m2 實(shí)際過(guò)孔流速：v0'?F02.188?0.55m2 44Q0.547?0.35m/s k1k2F'0.833?0.75?2.52 水流通過(guò)格柵的水頭損失一般為0.050.1m，設(shè)計(jì)取0.1m。 根據(jù)航道要求，取水頭部上緣距最枯水位深取1m，進(jìn)水孔下緣距河

7、床底 高1.5m，進(jìn)水箱底部埋深1.5m。取水頭部設(shè)于河床主流深槽處，以保證 有足夠的取水深度，其最小水深為3.8m，此處與進(jìn)水間距離90m。取水 頭部形式與尺寸見(jiàn)圖1，用隔墻分為兩格，以便于清洗與檢修。為防止頭 部被水流沖刷，其底部基礎(chǔ)設(shè)在河床以下1.5m處，在沖刷范圍頭部周?chē)?拋石錨固。具體見(jiàn)下圖： 圖1.取水頭部示意圖 3.3.2 自流管設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）自流管設(shè)計(jì)為兩條，每條設(shè)計(jì)流量為： q自= Q0.547?0.27m335s /22 初選自流管流速：v?0.9m/s 初步計(jì)算直徑為： D? 35 ，選D?650mm ?0.62m2 .9 自流管實(shí)際流速為： 4q自4?0.2735 ?

8、0.82m/s v自? ?D23.14?0.652 考慮到使用后自流管道淤積與結(jié)垢的情況，粗糙系數(shù)取n?0.016，自流 管長(zhǎng)L?90m。 自流管水力半徑：R?D0.65?0.1625 44 1111?(0.1625)6?46.17 流速系數(shù)：C?R6?n0.016 v自20.822 水力坡度：i?2?0.00194 CR46.172?0.1625 自流管沿程水頭損失： hf?iL?0.0019?49?0m 10. 自流管上設(shè)喇叭管進(jìn)口一個(gè)、焊接900彎頭一個(gè)、閥門(mén)一個(gè)、出口一個(gè)， 其局部阻力損失分別為：?1?0.2、?2?0.96、?3?0.1、?4?1.0。 自流管局部損失： 2v自0.8

9、22 hj?(?1?2?3?4)?(0.2?0.96?0.1?1.0)?0.078m 2g2?9.8 正常工作時(shí)，自流管水頭損失為： h?hf?hj?0.1552?0.078?0.2526m 自流管采用在河流高水位時(shí)單根重力流正向沖洗的方式。 （2）自流管校核 當(dāng)一根自流管故障時(shí)，另一根自流管應(yīng)能通過(guò)設(shè)計(jì)流量的70%， 即：Q?0.7Q?0.7?0.547?0.3829m/s，此時(shí)管中流速為： '3 4Q'4?0.3829?1.1m5s/ v? 2?D3.1?40.65' 故障時(shí)產(chǎn)生的水頭損失為：h?hf?hj '&#39

10、;' 1.125?90?0.34m h?iL 4246.1?70.1625' f v21.152 h?2.26?0.152 2g2?9.8' j 此時(shí)，水頭損失為：h'?h' f?h' j?0.344?0.152?0.496m 3.3.3 集水間計(jì)算 集水間用隔墻分為進(jìn)水室和吸水室，為便于清洗與維修，進(jìn)水室和吸水室 用隔墻分別分成兩格，隔墻上設(shè)連通管，管上設(shè)閥門(mén)。 （ 1）格網(wǎng)計(jì)算 采用平板格網(wǎng)，過(guò)網(wǎng)流速v1?0.3m/s，網(wǎng)眼尺寸采用5mm?5mm，網(wǎng)絲直徑d?2mm，設(shè)計(jì)取?=0.8。 b2Q

11、F1? k1? k1k2?v1(b?d)2 式中：F1平板格網(wǎng)的面積，m2； Q通過(guò)格網(wǎng)的流量，m3/s； v1通過(guò)格網(wǎng)的流速，v1=0.20.4m/s； b2 k1網(wǎng)絲引起的面積減少系數(shù)，k1?2(b?d) b為網(wǎng)眼尺寸，mm； d為金屬絲直徑，mm； k2格網(wǎng)阻塞面積減少系數(shù)，k2=0.5； ?水流收縮系數(shù)，0.640.80。 52 ?0.5，1 則： k2?2(5?2) 格網(wǎng)所需面積：F1?0.547?8.94m2 0.51?0.5?0.8?0.3 設(shè)置4個(gè)格網(wǎng)，每個(gè)格網(wǎng)所需面積為： F1'?8.94?2.235m2。 4 進(jìn)水孔尺寸采用：B1?H1?1750mm?150

12、0mm mm?163m0 m 格網(wǎng)尺寸采用： B?H?1880 則：實(shí)際進(jìn)水孔面積：F'?1.75?1.5?4?10.5m2 Q0.547?0.26m/s k1k2?F'0.51?0.5?0.8?10.5 實(shí)際過(guò)網(wǎng)流速：v1'? 通過(guò)平板格網(wǎng)的水頭損失一般為0.10.2m，設(shè)計(jì)取0.2m。 （2） 集水間標(biāo)高計(jì)算 頂面標(biāo)高 當(dāng)采用非淹沒(méi)式時(shí)，集水間頂面標(biāo)高=1%洪水位+浪高+0.5m，即： Ha?35.?4 60.?4?0.5m3 進(jìn)水間最低動(dòng)水位 進(jìn)水間最低動(dòng)水位=97%枯水位-取水頭部到進(jìn)水間的管段水頭損失-格 柵損失=20.5-0.2526

13、-0.1=20.15m 吸水間最低動(dòng)水位 吸水間最低動(dòng)水位標(biāo)高=進(jìn)水間最低動(dòng)水位標(biāo)高-進(jìn)水間到吸水間的平 板格網(wǎng)水頭損失=20.15-0.2=19.95m 集水間底部標(biāo)高 平板格網(wǎng)凈高為1.63m，其上緣淹沒(méi)在吸水間動(dòng)水位以下，取為0.1m； 其下緣應(yīng)高于底面，取為0.3m；則集水間底面標(biāo)高為： 19.95-0.1-1.63-0.4=17.82m 集水間深度為：頂部標(biāo)高-底面標(biāo)高=36.3-17.82=18.48m。 （4） 集水間深度校核： 當(dāng)自流管用一根管輸送Q'?0.7Q?0.7?0.547?0.3829m3/s，其流速 4Q'4?0.3829v?1.15

14、m/s時(shí)，水頭損失為h'?0.496，此時(shí)，吸2?D3.14?0.65' 水間最低動(dòng)水位為：20.5-0.1-0.496-0.2=19.704m，則吸水間最低水位為：19.704-17.82=1.884m，可滿足水泵吸水要求。 3.3.4 集水間平面圖 為便于清洗與檢修，進(jìn)水室用隔墻分成兩部分，吸水室用隔墻分為4部 分，具體布置如下圖： 圖2.集水間平面圖 3.3.5 格網(wǎng)起吊設(shè)備 （1）平板格網(wǎng)起吊重量 W?(G?PfF)K 式中：W：平板格網(wǎng)起吊重量； G：平板格網(wǎng)與鋼繩的重量G?1.47KN P：由格柵、格網(wǎng)或閘板兩側(cè)水位差而產(chǎn)生的壓力，P?1.96KPa

15、 F：每個(gè)格網(wǎng)的面積，F(xiàn)?2.625m2 f：摩擦系數(shù)，視設(shè)備與導(dǎo)向槽的材料而定，f?0.44 K：安全系數(shù)，K?1.5 則： W?(1.47?1.96?2.625?0.44)?1.5?5.6KN （2）吊架高度的計(jì)算與起吊設(shè)備選擇 平板格網(wǎng)高2.13m，格網(wǎng)吊環(huán)高0.25m，電動(dòng)葫蘆吊鉤至工字梁下緣最小 距離為0.78m，格網(wǎng)吊至平臺(tái)以上的距離取0.2m，操作平臺(tái)高為36.3m， 則起吊架工字梁下緣的標(biāo)高為：36.3+0.2+2.13+0.25+0.78=39.66m。 格網(wǎng)起吊高度=起吊架工字梁下緣標(biāo)高電動(dòng)葫蘆吊鉤至工字梁下緣最 小距離集水間底部標(biāo)高平板格網(wǎng)下緣與集水間底部高差平板格網(wǎng) 高

16、度平板格網(wǎng)吊環(huán)高=39.66-0.78-17.52-0.2-2.13-0.25=18.78m 選用CD1型電動(dòng)葫蘆，起吊重量為9.8kn，起吊最大高度為24m。 3.3.6排泥沖洗設(shè)備 因河水泥砂量不大，故只設(shè)沖洗給水栓，不設(shè)排泥設(shè)備，定期放空，人工 挖泥清洗。 3.3.7 取水泵房的設(shè)計(jì) （1）水泵選擇 水泵選4臺(tái)，3用1備，有流量Q?0.547m3/s,揚(yáng)程H?26m，選臥 式離心水泵300S32A，其性能為：Q?537 H?29.5 379m0h；/揚(yáng)程 2m2；.8轉(zhuǎn)速：n?1450r/min；泵軸功率：N?58.168kw； 電動(dòng)機(jī)功率N?75kw，型號(hào)Y280S?4，效率?80%7

17、8%；水泵允許吸上真空高度Hs?4.6m。 （2）機(jī)組基礎(chǔ)面積 表1.水泵基本尺寸 表2.300s32A泵不帶底座安裝尺寸 由以上可知：不帶帶底座的泵機(jī)基礎(chǔ)尺寸為： 基礎(chǔ)長(zhǎng)度L=L3+L2+B+（0.40-0.50）m=450+683+419+450=2002mm 基礎(chǔ)寬度BA（0.40-0.50）m=457+450=907mm 機(jī)組尺寸：L?B?2002mm?907mm （3）吸水管與出水管 吸水管路3條，其流量為：Q吸=Q=0.182m3/s，選鋼筋混DN450，流速3 v?1.10m/s，1000i?3.56,管路設(shè)有Z491T-10型電動(dòng)明桿楔式閘閥，其規(guī)格為：DN450，L=510mm；偏心漸縮管DN450×300，L=450mm。 壓水管路2條，其流量Q壓=Q=0.274m3/s，選鋼筋DN600，管路上有2 Z495T-10型電動(dòng)暗桿楔式閘閥，其規(guī)格：DN600，L=600；H44T-10型旋啟式單瓣止回閥DN600,，長(zhǎng)L為1300m，流速v?0.94m/s，1000i?1.87 （5）泵房平面布置如下圖： （6）泵房地面層的設(shè)計(jì)標(biāo)高 泵房地面層的設(shè)計(jì)標(biāo)高，又稱泵房頂層進(jìn)口平臺(tái)，與進(jìn)水間平臺(tái)一致，為36.3m，室內(nèi)地面標(biāo)高36.5m。 （7）泵房的起吊、通風(fēng)、交通和自控設(shè)計(jì) 泵房深度在20m內(nèi)，采用一級(jí)起吊，最大設(shè)備起重機(jī)重3