进出水建筑物设计

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本课教学内容基本要求
• 1. 出水管道的设计:管径和管壁厚度 的确定; • 2.出水池的设计:出水池的尺寸确定。
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• 1．出水池有什么作用？有哪几种布臵型式？各有何 优、缺点？分别适用于何种场合？ • 2 ．出水池平立面尺寸的确定依据是什么？具体如何 确定？ • 3 ．出水池在结构上有哪些技术要求？与进水池相比 有何不同？ • 4 ．出水管路设计中应考虑哪些技术经挤要求？在进 行管线布里时应遵循哪些原则？ • 5 ．出水管线布臵有哪几种型式？各有何优、缺点？ 分别适用于何种场合？
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• 3 ．池宽B
• 单泵：B=（2～3）D进 • 多台泵：B=（n-1）S+D进+2C
C=(0.5～1.0) D进 S≥(2～2.5) D进
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• 4 ．池长L • 根据单位时间内进水池的有效容积是总流量的多少倍 来计算。
• 进水池的最小长度还须满足：
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消除漩涡的措施
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消除漩涡的措施
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• 1 ．引水渠有哪几种型式？各有何特点？分别适用于 何种场合？ • 2 ．前池有什么作用？可分哪几种型式？各有何优缺 点？分别适用于何种场合？ • 3．前池在平立面设计中要确定哪几个控制参数？如 何确定？为什么？ • 4 ．进水池有什么作用？可分哪几种结构型式？分别 适用于何种场合？ • 5 ．设计进水池时主要受哪些因索制约？其平立面尺 寸的确定依据是什么？ • 6 ．进水池在结构构造上有哪些特殊要求？为什么？
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• 二、压力管道的水锤及防护（自学）
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• 二、出水池的设计 • 出水池主要作用：汇集水泵出水管的水流，并在池中 消能，使水流平顺进入渠道。 • （一）出水池类型 • a、出水方向分：正向出水、侧向出水； • b、出流方式分： • 自由出流、淹没出流（拍门式、虹吸式、溢流堰式）
当h 〈2 淹 当h v0 2g

gHD
2
Hale Waihona Puke Baidu
•

D 130
出水管内水压力图
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当计算结果两者相差很大时，若采用加大管壁厚度来 满足刚度要求，显然不经济。为了保证管壁能抵抗真空 压力，在管壁上每隔一定距离加设一刚性环，以增强管 壁稳定性，从而减小管壁厚度。
管道的刚性环
(a)矩形钢 (b) T 字形钢 (c)槽形钢
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• 2 ．前池长度 • 在引水渠末端底宽 b 与进水池宽度 B 已知的条件下，根据已 选定的扩散角 a ，计算前池的长度:
当L比较长时，可采取下列方案，减少前池长度。
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• 3 ．前池底坡 • 前池底坡如果太陡，水流会产生纵向回流，水泵吸水管阻力增
大。前池底坡 i 应在 0.2～0.3 范围内选取。
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第三节 出水管道与出水池
• 一、出水管道的设计 • 从水泵至出水池之间的一段有压管道称为出水管道。 • a、出水管道长度、数量和管径的大小影响泵站的投 资； • b、影响泵站运行的经济性和可靠性。 • 因此，必须正确、合理地设计出水管道，保证泵站的 安全运行。
• 1、设计原则 • 1）管道的技术经济指标高； • 2）有足够的强度和刚度； • 3）运行安全可靠。
2.4 1 0.5 m
2
• 出水池长度 (v≥1.5m/s)： Lk
7(h淹
v
2 0
)
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2g
出水池的尺寸图
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• 2）倾斜淹没出流：Ｌk＝Ｌ1＋Ｌ2
L1
h坎 P tg
L2 2(3D0 h坎 )
• α=15°～45 °
倾斜出流池长计算图
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• （２）出水池宽度Ｂ （３）管口上缘最小淹没深 • （４）出水池底板高程Ｚ底 2
2
时，为自由出流，
2
淹
2
v0 2g
时，为淹没出流。
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出水池出水方式一
( a ）正向出水； ( b ）侧向出水； ( c ）多向出水
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出水管出流方式 二 ( a ）自由出流式； ( b ）拍门式； ( c ）虹吸式； ( d ）溢流堰式 1 一通气孔； 2 一拍门； 3 一平衡锤； 4 一真空破坏阀
h淹小 0.1v0
Z 底 Z 低 h淹小 D0 P） （
B (n 1) n( D0 2b)
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压力水箱
( 1 ）按出流方向分，有正向出水 和侧向出水两种。 ( 2 ）按平面形状分，有梯形和长 方形两种。 ( 3 ）按水箱结构分，有隔墩和无 隔墩两种。
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当 i < 0.2～0.3时，为了节省工程量，可以将前池底部前段 做成水平，靠近进水池后段做斜坡，并使此斜坡 i = 0.2～ 0.3 。
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• 二、进水池
• （一）进水池的作用和要求
• l）为水泵提供良好的吸水条件。 • 2）在检修水泵或吸水管时，截断水流。 • 3）设臵拦污栅，拦截来水中污物。 • 进水池的设计要求是：水力条件好。 • 1）进水池中的水流流速较小，一般控制在 0.5m/s 以内。 • 2）进水池各个断面上的流速分布均匀。 • 3）进水池的边界与池内水流边界流线基本吻合，尽 可能消除漩涡和回流。
φ=30～1500mm 50m 以下水头 高扬程泵站， φ＜2 000 mm
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• • • • • • • •
3、管径和管壁厚度的确定 （1）出水管径的确定 原则：能耗少、投资省等因素综合确定经济管径。 用经验公式确定： 3 5.2Q max D a、根据扬程、流量确定经济管径： 7 H净 适用：高扬程泵站。 b、根据经济流速确定经济管径： D 1 . 13
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• （二）进水池中的流态对水泵工作的影 响
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• （三）进水池尺寸的确定
• 1 . 进水池平面形状：矩形、多边形、半圆形和平面对称蜗形。 不同形式的进水池，有不同的流态。
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• 2 ．悬空高度 h悬:悬空高度过大会增加池深和工程量；悬空高 度过小会使池底冲刷，严重的会将池底浆砌石的砂浆吸起。
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• 第二节 前池与进水池
• 一、前池 • （一）前池的作用: • 前池是引水渠和进水池之间的连接建筑物。前池的底部在平面 上呈梯形，其短边等于引渠底宽，长边等于进水池宽度。 它的作用是：平顺地扩 散水流，将引渠的水流 均匀地输送给进水池， 为水泵提供良好的吸水 条件。
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• （二）前池的形式 • ( l ）正向进水:前池的来水方向和进水池的进水方向一致。 • 特点是水利条件好。但当机组台数较多，致使前池尺寸加大。 工程投资增加或总体布臵困难时，则采用侧向进水前池。侧向 进水前池的水利条件比较差 • ( 2 ）侧向进水:前池的来水方向和进水池的进水方向成正交或 斜交。
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• 2、管材选择：铸铁管、钢管、钢筋混凝土管等。 类型 铸铁管 优 点 装配方便，不易腐 蚀 缺 点 管壁厚、重量 大、水力损失 大 适用条件 φ≤600mm
钢
管
管壁薄，重量轻， 易腐蚀，造价 管段长，接头简单， 高 能承受很大内水压 力，强度高
φ≥800mm
普通钢筋 造价低，使用期长， 重量大，运愉 混凝土管 养护费用少 和安装不便 预应力钢 筋混凝土 管 节省钢材，能承受 较高的内水压力， 抗渗性能好 运愉不便
Q
v经 • Q—管路的多年平均流量，m3/s ; • v经—压力水管经济流速，一般净扬程 50m 以下取1.5～2.0m/s， 净扬程为50～100m, 取 2.0～2. 5m/s 。
•
c、简便计算公式：
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• 按上述方法计算得出的管径，应调整到标准管径。
• （2）钢管管壁厚的计算 • 钢管管壁厚必须满足强度和刚度的要求： • 强度要求：满足内水压力要求。 • 刚度要求：不丧失稳定的最小管壁厚度：
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• • • • • • • •
进出水建筑物包括： 进水闸 引水渠 前池 进水池 进出水管 出水池 分水闸等
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第一节 引水渠 • 一、引水渠的要求 • ( 1 ）以满足引水流量的要求; • ( 2 ）渠道运行安全； • ( 3 ）有拦污、沉沙、冲沙能力； • ( 4 ）水力条件好。
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• 二、引水渠的设计 • （一）引水渠的类型 • 1 ．自动调节渠道：渠道具有一定的调节容积，可适 应泵站的流量变化。缺点是挖方量大，泵房应有防洪 设施。 • 2 ．非自动调节渠道：渠道没有足够的调节容积，难 以适应泵站的流量变化，当提水量小于设计流量或等 于零时，为防止水流漫溢渠顶，常在引水渠末端设臵 溢水建筑物或在渠首设闸控制。
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• （二）引水渠的设计 • 引水渠的断面设计：按明渠均匀流设计，以不冲不淤流速作校 核。 • 引水渠断面设计包括渠道横断面设计和渠道纵断面设计。 • 1 ．横断面设计 • 渠道断面按形状可分为：矩形断面、梯形断面。
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• 2 ．渠道横断面水力计算
• （1）水力最优断面计算方法 以最小过水断面通过渠道设计流量的断面，叫水力最优断面。
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• （一）出水池的尺寸确定 • 出水池尺寸，应根据地形、地质、水流条件、出水管根数等因 素确定。 • 1 ．正向出水池 • （1）出水池长度 L：取决于出流情况而定。 • 1）水平淹没出流： L按水面漩滚法计算。 0.5 • 出水池长度等于水滚长度(v<1.5m/s)：
Lk Kh淹
• K — 试验系数: h坎 K 7( 0.5) D0
• 对于卧式水泵:
• 对于小管径采用较大的数值，对大管径采用较小的数值。 • 对于立式轴流泵，考虑安装检修的需要，h悬不宜小于0.5 m 。 对于任何管径的 h悬均不得小于 0.3m ，以防砂石杂物吸入，损 坏水泵。
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• 2 ．淹没深度 h淹 • 进水管口淹没深度必须大于临界淹没深度，临界淹没 深度受多种因素的影响。它与喇叭口直径D进、进口流 速v、悬空高度h悬、后壁距 T 、池宽B及池中流速密 切相关。 • 对于具有正值吸上高度的离心泵及混流泵：
• （2）实用经济断面计算方法 • 按水力最优断面计算的渠道断面常为窄深式，这种土渠施工 困难。水力最优断面不一定是经济断面。所以在工程实践中为 了经济合理，便于根据具体条件便利地施工，常常放弃水力最 优断面，而选用实用经济断面。 • 宽浅式的梯形断面，其过水断面面积w与水力最优断面的w优 相接近，满足这些要求的断面称为实用经济断面。
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• （三）正向进水前池尺寸的确定 • 1 ．前池扩散角 • 前池扩散角a是影响池中流态及前池尺寸的主要因素。前池扩散 角a等于或小于水流的扩散角，则前池内不会产生脱壁回流。如 a过小，将使前池的长度加大，增加工程量。故前池扩散角等于 水流扩散角时，最为经济合理。
• 根据工程实践，前池扩散角一般为20°～40°。