河床式取水构筑物

1、1. 工程资料1.1 河流自然条件（1）河流水位取 P=1 %的设计洪水位为 35.40m，取水保证率为 97%的设计最低水位为 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： 0.47 kg /m3；3 最小含砂量； 0015kg / m3 。（5）水中其他悬浮物有一定效量的水草及青苔，无冰絮。（6）河流主流及河床情况河流岸坡平缓，主流离岸边约 90m 处，最小水深为 3.80m。（7）水泵所需扬程 26m。1.2 设计任务设计一座河床式取水构

2、筑物， ，采用箱式取水头部， 自流管进水。计算书一份， 图纸两张，包括取水头部平面图与剖面图，泵房平面布置图。2 河床式取水构筑物简介河床式取水构筑物适用于河床稳定， 岸坡平缓，主流离岸较远， 岸边水深不够 或水质不好，而河中具有足够水深或较好水质时。 其构成是：取水头部、进水管、 吸水间和泵站。（1）取水头部其要求是： 避免吸入泥沙； 不引起附近河床的冲刷； 避免其进水口被水内冰堵塞； 不被船只、木排及流冰撞击； 便于清洗。其设计要求： 具有合理的外形； 取水头部进水口的位置适当，其上缘在最低水位以下 0.51.0，冰盖底面以下 0.20.5m，其下缘高出河底 1.01.5m； 进口水流速度

3、适当。其类型有：喇叭管、蘑菇型、鱼型罩、箱式、墩式、斜板式、活动式。 设计中采用箱式取水头部。箱式取水头部由周边开设进水孔的钢筋砼箱和设在箱内的喇叭管组成。 进水孔总面积较大， 能减少冰渍和泥沙进入量。 适用于冬季冰凌较多或 含沙量不大，水深较小的河流上采用，中小型取水工程用得较多。中南 地区含沙量较小的河流上箱的平面形状：圆形、矩形、棱形。（2）进水管进水管有自流管与虹吸管之分， 其自流管取水： 自流管淹没在水中， 河 水靠重力自流，工作较可靠，水中含沙量较高时，为取得含沙少的水可 在集水间壁上开设进水孔， 可设置高位自流管。 适用于自流管埋深不大， 或可以开挖隧道； 而当河水位高于虹吸管顶

4、时， 无需抽真空即可自流进 水；当河水位低于虹吸管顶，需先将虹吸管抽真空可进水。虹吸高度 2 6m。适用于河滩宽阔，河岸较高，且为坚硬岩石，埋设自流管需开 挖大量土石方，或管道需要穿越防洪堤时可采用虹吸管。优点：减少水 下土石方量，缩短工期，节约投资。缺点：对管材、施工质量要较高， 运行管理要求严，要装置真空设备，严密不漏气，可靠性不如自流管。设计中采用的是自流管进水。（3）吸水间其作用：（1）沉淀一部分泥沙及杂质；（2）便于安设格网；（3）可以根据吸水井中的水位变化判断取水系统的工作情况；（4）可以减少水泵吸水管的长度及埋深；（5）便于清洗自流管。3. 河床式取水构筑物设计计算3.1 取水构

5、筑物形式的选择因河流河岸较缓， 主流远离岸边， 宜采用固定式河床取水构筑物。 河心处用 箱式取水头部，经自流管流入集水井，再经格栅、格网截留杂质后，用离心泵 送出。3.2 设计水量Q 45000 1.05 47250m3 / d 1968.75m3 / h 0.547m3 / s3.3 取水头部设计计算取水头部平剖面取为菱形，整体为箱式，角取 900侧面进水。3.3.1 进水孔（格栅）计算其计算公式与岸边式取水构筑物进水孔面积计算公式一致。F0Qk1k2v0k1bs式中 F0 ：进水孔或格栅的面积， m2 ；Q ：进水孔的设计流量， m3 /s ；v0 ：进水孔设计流速，有冰絮时：v0 0.1

6、 0.3m/ s ；无冰絮时：v0 0.2 0.6m/sk1 ：栅条引起的面积减少系数， k1 bb s；b为栅条净距，30120mm， s 为栅条厚度（直径）， 10mm；k2 ：格栅阻塞系数，采用 0.75设计中取进水孔流速 v0 =0.4 m / s ；栅条采用圆钢，其直径 s =10mm；取栅条净距 b=50mm，取格栅阻塞系数 k2 =0.75，则：50k10.833 ， F01 50 10 00.5470.833 0.75 0.42.188m2进水孔数量采用 4 个，设在两侧，则每个面积： FF02.188 0.55 m2进水孔尺寸采用：B1 H 1900 mm 700mm格栅尺寸

7、采用：B H 1000mm 800mm实际进水孔面积： F 0.63 4 2.52m2实际过孔流速： v0Qk1k2F0.5470.833 0.75 2.520.35m / s水流通过格栅的水头损失一般为 0.05 0.1m，设计取 0.1m。 根据航道要求，取水头部上缘距最枯水位深取 1m，进水孔下缘距河床底 高 1.5m ，进水箱底部埋深 1.5m 。取水头部设于河床主流深槽处，以保证 有足够的取水深度，其最小水深为 3.8m，此处与进水间距离 90m。取水 头部形式与尺寸见图 1，用隔墙分为两格，以便于清洗与检修。为防止头 部被水流冲刷，其底部基础设在河床以下 1.5m 处，在冲刷范围头

8、部周围 抛石锚固。具体见下图：00517.9200017.016.315.5150图 1. 取水头部示意图3.3.2 自流管设计计算（1）自流管设计为两条，每条设计流量为：q自=20.547230.2735m3 /s初选自流管流速： v 0.9m/ s初步计算直径为：D4 0.27353.14 0.90.622m ，选 D650mm自流管实际流速为：4q自D24 0.27353.14 0.6520.82m / sn 0.016 ，自流考虑到使用后自流管道淤积与结垢的情况，粗糙系数取 管长 L 90m 。自流管水力半径： R D 0.65 0.162544流速系数： C 1 R6n11(0.16

9、25) 6 46.170.016水力坡度： i22v自0.82自202.820.00194C2R 46.172 0.1625hf iL 0.0019490 0.1746 m自流管上设喇叭管进口一个、焊接900弯头一个、阀门一个、出口一个，其局部阻力损失分别为：1 0.2 、2 0.96 、 3 0.1 、 4 1.0 。自流管局部损失 ：hj( 1 2 32v自4) 自 (0.2 0.96 0.1 1.0)4 2g20.8220.078m2 9.8正常工作时，自流管水头损失为：h hf hj 0.1552 0.078 0.2526 m自流管采用在河流高水位时单根重力流正向冲洗的方式。2）自流管

10、校核当一根自流管故障时，另一根自流管应能通过设计流量的 70% ，即： Q 0.7Q 0.7 0.5470.3829m3 / s ，此时管中流速为： 4Q 4 0.3829v D 3.14 0.6521.15m /s故障时产生的水头损失为：h hf hjhf iL1.1522 90 0.344m46.172 0.1625hj22v1.152.26 0.1522g2 9.8此时，水头损失为：h hf hj 0.344 0.152 0.496m自流管沿程水头损失：3.3.3 集水间计算集水间用隔墙分为进水室和吸水室， 为便于清洗与维修， 进水室和吸水室 用隔墙分别分成两格，隔墙上设连通管，管上设阀

11、门。采用平板格网， 过网流速 v11）格网计算0.3m /s ，网眼尺寸采用 5mm 5mm ，网丝直径 d 2mm ，设计取 =0.8。F1k1k2 v1k1b2(b d)2式中： F1平板格网的面积， m2 ；Q通过格网的流量， m3 /s；v1 通过格网的流速， v1 =0.20.4m/s；k1网丝引起的面积减少系数，k1b2(bd)2b为网眼尺寸， mm；d为金属丝直径， mm；k2 格网阻塞面积减少系数，k2 =0.5；水流收缩系数，0.64 0.80。则：(5 2)2 0.51，格网所需面积：F10.5478.94 m20.51 0.5 0.8 0.3设置 4 个格网，每个格网所需

12、面积为： 8.94F1 8.49422.235m2 。进水孔尺寸采用： B1 H1 1750mm 1500mm格网尺寸采用：B H 1880mm 1630mm则：实际进水孔面积实际过网流速： v1Q 0.547 0.26m /s1 k1k2 F 0.51 0.5 0.8 10.52F 1.75 1.5 4 10.5m2通过平板格网的水头损失一般为 0.10.2m，设计取 0.2m。2) 集水间标高计算 顶面标高当采用非淹没式时，集水间顶面标高 =1%洪水位 +浪高+0.5m，即：Ha 35.4 0.4 0.5 36.3m 进水间最低动水位 进水间最低动水位 =97%枯水位 -取水头部到进水间的

13、管段水头损失 -格 栅损失 =20.5-0.2526-0.1=20.15m 吸水间最低动水位 吸水间最低动水位标高 =进水间最低动水位标高 - 进水间到吸水间的平 板格网水头损失 =20.15-0.2=19.95m 集水间底部标高 平板格网净高为 1.63m，其上缘淹没在吸水间动水位以下， 取为 0.1m； 其下缘应高于底面，取为 0.3m；则集水间底面标高为： 19.95-0.1-1.63-0.4=17.82m集水间深度为：顶部标高 -底面标高 =36.3-17.82=18.48m。4) 集水间深度校核： 当自流管用一根管输送 Q 0.7Q 0.7 0.547 0.3829m3 / s ，其

14、流速v 4Q 4 0.38292 1.15m / s时，水头损失为 h 0.496 ，此时，吸 D 3.14 0.652水间最低动水位为： 20.5-0.1-0.496-0.2=19.704m，则吸水间最低水位为： 19.704-17.82=1.884m，可满足水泵吸水要求。3.3.4 集水间平面图 为便于清洗与检修，进水室用隔墙分成两部分，吸水室用隔墙分为 4 部 分，具体布置如下图：图 2. 集水间平面图3.3.5 格网起吊设备(1)平板格网起吊重量W (G PfF)K式中： W ：平板格网起吊重量；G ：平板格网与钢绳的重量 G 1.47KNP ：由格栅、 格网或闸板两侧水位差而产生的压

15、力， P 1.96KPaF ：每个格网的面积， F 2.625m2f ：摩擦系数，视设备与导向槽的材料而定， f 0.44K ：安全系数， K 1.5则： W (1.47 1.96 2.625 0.44) 1.5 5.6KN(2)吊架高度的计算与起吊设备选择平板格网高 2.13m，格网吊环高 0.25m，电动葫芦吊钩至工字梁下缘最小 距离为 0.78m，格网吊至平台以上的距离取 0.2m，操作平台高为 36.3m， 则起吊架工字梁下缘的标高为： 36.3+0.2+2.13+0.25+0.78=39.66m。 格网起吊高度 =起吊架工字梁下缘标高电动葫芦吊钩至工字梁下缘最 小距离集水间底部标高平

16、板格网下缘与集水间底部高差平板格网 高度平板格网吊环高 =39.66-0.78-17.52-0.2-2.13-0.25=18.78m 选用 CD1 型电动葫芦，起吊重量为 9.8kn，起吊最大高度为 24m。3.3.6排泥冲洗设备 因河水泥砂量不大，故只设冲洗给水栓，不设排泥设备，定期放空，人工 挖泥清洗。3.3.7 取水泵房的设计（1）水泵选择水泵选 4 台， 3 用 1 备，有流量 Q 0.547m / s,扬程 H 26m ，选卧 式离心水 泵 300S32A ， 其 性能 为： Q 537: 790m3/h ； 扬程 H 29.5: 22.8m ；转速： n 1450r / min ；

17、泵轴功率： N 58.1: 68kw； 电动机功率 N 75kw，型号 Y280S 4，效率 80% : 78% ；水泵允许 吸上真空高度 H s 4.6m 。（2）机组基础面积表 1. 水泵基本尺寸型号LL1L2L3BB1B2B3HH1H2H3300s32A1062.5574520450880410600450824510260310表 2.300s32A 泵不带底座安装尺寸电动机尺寸ELL2L1HhBA10502806404194573002116.5683由以上可知：不带带底座的泵机基础尺寸为：基础长度 L=L3+L2+B+ (0.40-0.50) m=450+683+419+450=2

18、002mm基础宽度 B A（0.40-0.50）m=457+450=907mm机组尺寸： L B 2002mm 907mm3）吸水管与出水管吸水管路 3条，其流量为： Q吸= Q =0.182m 3 / s ，选钢筋混 DN 450 ，流速 v 1.10m / s，1000i 3.56 ,管路设有 Z491T-10 型电动明杆楔式闸阀， 其规 格为： DN450，L=510mm；偏心渐缩管 DN450300，L=450mm。压水管路 2 条，其流量 Q压 = Q =0.274m 3 / s，选钢筋 DN600 ，管路上有2Z495T-10 型电动暗杆楔式闸阀，其规格： DN600，L=600 ；H44T-10 型旋 启式单瓣止回阀 DN600,，长 L 为 1300m，流速 v 0.94m/ s，1000i 1.875）泵房平面布置如下图：93006）泵房地面层的设计标高泵房地面层的设计标高，又称泵房顶层进口平台，与进水间平台一致，为36.3m，室内地面标高 36.5m。7）泵房的起吊、通风、交通和自控设计泵房深度在 20m 内，采用一级起吊，最大设备