进水口设计

进水口设计

一进水口基本地质条件

电站进水枢纽位于两河汇口以前约200m的碧迹河河段上，坝址处河床较宽，显不规则的“V”字型，右岸为20~的岸坡，第四系残坡积层广泛分布；左岸为河床冲击的级阶地。

由于小河电站地质条件较好，属于比较坚固的岩层，但开挖隧道难并且布置拦污栅困难，固采用深水竖井式进水口。如下图所示；

竖井式深水进水口的特点：

（1）拦污栅设于洞外，检修闸门和事故闸门装在竖井内，结构简单可靠；（2）喇叭口直接开凿在岸坡上，洞挖跨度大；

（3）引用流量太大时候拦污栅布置困难；

①小河电站进水口水文气象条件。进水口以上集雨面积为212k，河长26.8m，

比降57.76‰.

②运行水位、引用流量及水能

表2—1 电站设计洪水位

位置标准设计洪峰流量设计洪水位Z（m）

进水口设计（Ｐ＝５％）

校核（Ｐ＝１％）３４９

４８８

９６７．５

９６７．７５

利用落差m 101.3

设计水头m 125

发电引用流量 5.26

引水流量 6

③引水道的直径、长度及控制方式、闸门寸尺与形式。

二进水口轮廓尺寸设计

(一)深式进水口轮廓尺寸的选定

深式进水口由进口段、闸门段和闸门后渐变段组成。其尺寸的确定与流水条件、水头损失和设备布置需要等因素有关。

（二）进口段

小河电站采用压力墙式进水口的布置方式，其引流量为488，取水流量为6。为使水流平顺地进入引水道，减少水头损失，进水口流速不宜过大，将小河电站进水口的进口段设计为深式进水段椭圆曲线。如图2—4所示。目前广泛采用四分之一椭圆曲线，其长度一般控制在1.5米左右，此次考虑流速的的影响跟进水口的形式，取进口段的长度为2.0米。

根据国内外实践经验，喇叭口顶端的椭圆曲线方程为：图2——1

式2——1

式中 a =1~1.5D 通常取1.1D

b=D~ D 通常取1/3 D

D为压力管道的直径，一般按D =2_____2

式中K ——系数，一般在5~15之间，常取5.2；

——钢管的最大设计流量（

H——设计水头（米）

K=5.2 =6H =125m代入式2——2

可得：D = 1.3m

将D = 1.3代入式2——1 可知椭圆方程为

一般情况下，流速不应过大，进口面积一般

不小于下列公式的值：

A = 式2——3

式中——压力管道断面面积（按渐变段尾端算）

引水道中心线与水平之间的夹角

C——收缩系数，一般C =0.6~0.7

= C = 0.6 =代入2——3可得：

A = 2.5 ，则进水口高程为1.9m。

进水口的长度没有一定的标准，以满足工程结构布置需要以及进水可能允许的尺寸与流水顺畅条件下为原则。一般控制在1.5米左右。此次小河电站进水口区1.5米。

(三)闸门段

闸门段是引水道与进口段的链接段，其孔口常用矩形，其宽度一般等于或稍

小于压力管道直径D，高度一般等于或稍大于压力管道直径D。闸门段的长度长取决于闸门的及启闭设备的需要，并考虑引水道检修通道的要求，取为0.5米。

(四)渐变段

渐变段是闸门段（通常为矩形，此处设计也为矩形）到压力管道的过渡段，其断面面积与流速应逐渐变化，使水流不长生漩涡并尽可能的减少水头损失。由矩形变化到圆形过渡通常采用四角加圆角。如图2——2 所示。圆弧的中心位置与圆角半径r均按直线规律变化。.

图2——3

渐变段的长度根据经验，一般为压力隧道直径的1.0~1.5倍，L=2米，收缩角一般不超过，以6~为宜，此次设计取渐变段收缩角为。

则闸门高度h = 1.7米，满足闸门段高度设计要求（大于或稍大于压力管道的直径），则闸门段的断面面积 1.7。三深式进水口的进口高程选择

进水口的进口高程是按水电站运行中可能出现的最低水位决定，应在引水道顶部以上有一定的淹没深度，以保证不进入空气和不产生漏斗状吸气漩涡。同时，进水口闸门底坎还应在淤沙高程以上。

（一）深式进水口顶部高程设计

深式进水口的顶部高程应当充分考虑发电的效能、避免进水口出现漩涡与吸气漏斗以及避免出现管道负压。

1 小河电站的运行情况

小河电站建于1972年，装机2125KW，设计水头49.0m，电站机组老化，已不能正常运行。同时，由于多种原因加剧工程区水土流失，导致电站渠道滑坡严重，电站的保证出力已受到很大的影响，所以需要改建小河电站。进水口重新设计改进是改善与满足电站发电的基本保证。

2 进水口的水头损失计算

进水口范围内的水头损失包括：进口损失、拦污栅损失、进口段（进口段很长时）沿程损失、闸门段的损失以及渐变段损失。

①进水口水头损失

2——4

式中——进口的平均流速（米/秒）

Q ——设计流量（）

A ——进口段的过水断面（

——进口损失系数，根据进口形状而定，查表可得.

Q =6A= 2.5g=9.8 /s 代入式2——4可得：

②拦污栅水头损失

拦污栅水头损失包括栅条及构架所引起的水头损失，由以下经验公式求

(式2——5

式中k——污物附着影响系数，人工清污时候k =1.5~2.0 ，机械清污

时k=1.1~1.3。此次设计进水口面积不是很大，且过水断

面简单，固采用人工清污。取k=1.8.

——与栅条有关的系数；

与栅柱形状有关的系数；查表可知均为1.67；

栅条厚度与直径；（毫米）

b——栅条净距，取决于水轮机的型式与尺寸；轴流式水轮机b

约为水轮机的直径的；

混流式水轮机b约为直径的1/30；

——栅柱间净距（厘米）；

——栅柱厚度）厘米）；

将数据全部代入式2——5可得：

0.165 m

③闸门段水头损失（闸门全开）

式2——6

式中阻力系数；因为此次设计安装的为平板闸门，查表可得

。

代入数据可得：