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1、第一章绪论1.1 设计任务巩义市取水构筑物的扩大初步设计1.2 设计根底资料河流自然条件1、河流水位：最高水位为36.50m,（频率P=l%）;最低水位为20.00m（保证率P=97%）。2、河流的流量：最大流量为27500n?/s；最小流量为325n?/s。3、河流的流速：最大流速为区我n/s；最小流速为叱jn/s4、河流的含砂量及漂浮物：最大含砂量0.47kgm3;最小含砂量0.0015kgm3o有一定数量的水草和青苔，无冰絮。5、河流主流及河床情况河流近岸坡度较缓，主流离岸约50-100m,主流最小水深3.810m。岸边土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。地区气象资料最低气温：一5,
2、最高气温：38,最大冰冻深度15cm。工程要求净水处理厂供水量为5.O万m7d,供生活饮用和生产需要。1.3 设计成果及要求设计成果1、设计计算说明书一份。2、取水构筑物的平面布置和高程布置图一张(2#)。3、绘制取水头部平面图和剖面图一张(2#)o(图例1：1004、集水间平面图和剖面图一张(2#)(图例LlOo)设计要求1 .自觉遵守纪律，不迟到、不早退。2 .设计计算说明书：字迹工整，干净整齐；设计思路清晰，内容充实，原理正确，方案合理，内容表述准确；计算有公式，公式有说明、出处；3 .图纸：设计方案合理，线条层次清楚，图面整洁，尺寸标注整齐统一；要到达扩初设计施工图的要求。第二章计算说
3、明2.1构筑物类型确定给水工程中从江河、湖泊、水库及海洋等地表水源中的取水构筑物，分为固定式和移动式两大类。固定式取水构筑物位置固定不变，平安可靠，应用较为广泛。由于水源的水位变化幅度、岸边的地形地质和冰冻、航运等因素，可有多种布置方式。常见的有4种。(1)江心进水头式:由取水头部、进水管、集水井和取水泵房组成。常用于岸坡平缓、深水线离岸较远、上下水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊。原水通过设在水源最低水位之下的进水头部，经过进水管流至集水井，然后由泵房加压送至水厂。集水并可与无塔供水的泵房分建或合建。当取水量小时，可以不建集水井而由水泵直接吸水。取水头部外壁进水口上装有格栅.集水井内装有滤
4、网以防止原水中的大块漂流杂物进人水泵，阻塞管道或损坏叶轮。(2)江心桥墩式:也称塔式。常用于水库，建于尚未蓄水时。构筑物高耸于水体中，取水、泵水设施齐全，用输水管送水上岸。可以在不同深度取水，以得到水质较好的原水。(3)岸边式:集水井与泵房分建或合建于岸边，原水直接由进水口进入。一般适用于岸坡较陡，深水线靠近岸边的江河。对含砂量大或冰凌严重或两者均出现的河流，取水量又较大时，可采用斗槽式取水构筑物，它是一种特殊的岸边式取水构筑物，其前以围堤筑成一个斗槽，粗砂将在斗槽内沉淀，冰凌那么在槽内上浮。中国西北地区有多处斗摘式取水构筑物。(4)底栏栅式:以山区溪流作为水源时，为防止急流中的砂砾，用低坝抬
5、高水位，坝内有引水渠道，渠顶盖栏栅。水流溢过坝顶时从栏栅进入渠道，流至沉砂池沉除泥沙后，再用恒压供水水泵输出。移动式取水构筑物适用于水位变化大的河流。构筑物可随水位升降，具有投资较省、施工简单等优点，但操作管理较固定式麻烦.取水平安性也较差，主要有两种。(1)浮船式:水泵设在驳船上，直接从河中取水.由斜管输送至岸。水泵的出水管和枪水斜管的连接要灵活，以适应浮船的升降和摇摆。当采用阶梯式连接时须随水位涨落改换接头位置。当采用摇臂式连接时，加长联络管为摇臂，不换接头,浮船也可以随水位自由升降。浮船取水要求河岸有适当的坡度(2030)。浮船式取水构筑物在中国西南和中南地区较多。20世纪80年代，单船
6、供水能力已超过每日10万衬。(2)缆车式:由坡道、输水斜管和牵引设备等4个主要局部组成。取水泵设在泵车上。当河流水位涨落时，泵车可由牵引设备沿坡道上下移动，以适应水位，同时改换接头。缆车式取水适宜于水位涨落速度不大(如不超过2m/h)、无冰凌和漂浮物较少的河流。本设计中由于主流离岸较远，河岸水较浅，故考虑采用自流管式取水。综上所述，本设计的取水构筑物形式采用固定式河床式。河心处为箱式取水头部，经自流管流入集水井，在经格栅、格网截留杂质后，用离心泵送出。2.2构筑物设计固定式取水构筑物由集水井（岸边式和河床式）、取水头部河床式）、进水管（河床式）、取水泵站（岸边式和河床式）等局部组成。取水头部计
7、算取水头部是河床式取水构筑物的组成局部之一，设计的一般要求是：1）取水头部应设在稳定河床的主流深槽处，有足够的取水深度；2）取水头部的设计对取水水质及河道水流有较大的影响，因此应选择合理的外形和较小的体积，以防止对周围水流产生大的破坏和扰动，同时防止取水头部受冲刷，甚至被冲走；3）任何形式的取水头部均不同程度地使河道水流发生变化，引起局部冲刷，因此应在可能的冲刷范围内抛石加固，并将取水头部的根底埋在冲刷深度以下；4）取水头部至少应分成两格，或分设两个取水头部，以便清洗和检修。在漂浮物或泥沙多的河流中，相邻的取水头部应有较大的间距，一般沿水流方向的间距应不小于取水头部最大尺寸的3倍；（1）格栅计
8、算格栅设于进水孔上（或取水头部）的入口处，用以拦截水中粗大的漂浮物及鱼类。格栅由金属框架和栅条组成，框架外形与进水孔形状相同。格栅的栅条厚度或直径一般采用IOmnb栅条净距通常采用30120mm,本设计采用30mm0格栅栅条可以直接固定在进水孔上，或者放在进水孔外侧的导槽中，一般可按可拆卸设计，并考虑有人工或机械去除的措施，以便清洗和检修。栅条断面形状有矩形、扁圆形和圆形等多种。Q=50000l.05=52500m3d=0.608m3s;进水孔设计流速：Vo=O.9m/s；栅条厚度：S=IOmm,断面为扁钢型；栅条净距：b=40mm;格栅阻塞系数：k2=0.75；栅条引起的面积减少系数Kl=上
9、=1=0.8,b+s40+10进水孔或格栅的面积：,=-=-=1.1.126m2v0K1K20.90.80.75进水口数量选用两个，每个面积为：F=F02=0.563m2格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321T,每个进水口尺寸为BlXHl=80OnmlX800mm,格栅外形尺寸BXH=900mmX900m,其有效面积0.63In2。(2)进水管计算选择自流管，集水井位于河岸，可不受水流冲击和冰棱碰击，也可不影响河床水流；自流管淹没在水中，河水靠重力自流，工作可靠；冬季保温、防冻比拟好。取水头部平剖面为菱形，整体为箱式。Q角去90。侧面进水。设计水量：Q=50000X1.05=52500m3d
10、=0.608m3s自流管设计为两条，每条设计流量为：q自二Q/2=0.608/2=0.304m3s初选自流管流速：v二0.8ms初步计算直径为:D二TV4Qll史逊=。.696m3.140.8选D=0.7m采用DN700的钢管，自流管内实际流速为：自流管损失按hf+hj计算，其中：水力坡度：Z=0.00107E=0.00107=0.00106dlj30.713自流管沿程水头损失：Hr=iL=O.0011975=0.089m各局部阻力系数为：喇叭口。二0.1.焊接弯头$口01，蝶阀&二02,4=1.0,局部阻力损失为:hj=Y-=(0.1+1.01+0.2+1.0)x_22ZL=o.O74m乙2
11、g29.8那么管道总损失为：hw=hf+hj=O.089+0.074=0.163m考虑日后淤积等原因造成阻力增大，为防止因此造成流量降低，管道总损失采用O.20mO当一根自流管故障时，另一根应能通过设计流量的70%,即：Q=0.7Q=0.70.608=0.426m7s此时管中流速为：4Q=40,426=106m/saTiD23.140.72故障时产生的损失为hj=hj+hhf=iL=O.0019175=0.143m-.21z:2hi,=y=(0.1+1.01+0.2+1.0)X3_=0.132m乙2g29.8hw=hf,+hi,=0.143+0.132=0.275m考虑阻力增加因素，采用h/=
12、0.4m(3)取水头部构造尺寸最小淹没深：h=l.25m,与河流通航船只吃水深度有关；进水口下缘距河底：h=1.5m,为防止泥沙流入取水头部；进水箱体埋深：hzzz=l.4m,与该处河流冲涮程度有关；箱体处水深是3.95米；河流最低水位为20m(保证率P=97%)o取水头部顶面距最低水位不低于0.5m,考虑航运船只吃水深度1.25m,所以取水头部顶面距最低水位以下的水深为1.25m。(4)箱体设计尺寸：自流管管径为d=700mm吸水喇叭口直径为D=1.4d=1.4X700=980mm(一般取D=131.5水)；吸水喇叭口至墙体的距离2=0.8D=0.8980=784mm(一般取2=(0.751
13、)D)取水头部墙体厚度=150mm;取水头部箱体宽度为B=D+22+2=980+2784+2150=2848mm;取水头部箱体长度为L=2(D+22)+3=2(980+2784)+3150=5546mm；两根自流管之间的间距：S=L-2-22-D=2698mm(5)取水头部标高计算：取水头部箱体顶部标高：20.00-1.25=18.75m取水头部自流管的中心标高：14.75+0.3+1/2X0.7=15.4Om2-0.8=17.65m河床标高:14.751.4=16.15m取水头部设计图详见图2-1：取水头部平面图和图2-2：取水头部剖面图；图2-1：取水头部平面图图2-2：取水头部剖面图集水
14、井计算集水井一般由进水间、格网和吸水间三局部组成，进水间和吸水间用纵向隔墙分开，在分隔墙上可以设置平板格网。集水井顶部设操作平台，安装格栅、格网、闸门等设备的起吊装置。1、集水间计算格网计算格网设在进水间和吸水间之间，用以拦截水中细小的漂浮物。格网有平板格网和旋转格网两种形式，当每台泵出水量小于L5m3s时，采用平板格网，故本设计采用平板格网。平板格网构造简单、不单独占用面积，可缩小集水井尺寸，适用于中小水量、漂浮物不多时。通过格网的流速：v1=0.4m/s；网眼尺寸：b-8mm8mm；网丝直径：d=lmi;金属丝直径s=2.5mm网丝引起的面积减少系数格网阻塞后面积减少系数：K2=O.5；水
15、流收缩系数：=0.7；格网面积：选用给水排水标准图集90S321-6,格网进水口尺寸为BIXH尸200OmmX200Omnb选用两个，格网外形尺寸BXH=213OmmX213Omnb其有效面积为2.76m20(3)集水间平面尺寸采用四台泵(三用一备)每个吸水管设计流量为：0.608Q吸=3=o.2O3m3So初选吸水管V吸=1.3ms（吸水管流速一般为1.0至J1.5ms）初选管径d=1加=0.45mo4Q选取管径d=500mm,V吸=1.0mSo集水间墙体厚度取500mm1）吸水管吸水喇叭口直径为：D=（1.3-1.5）d=1.5d=1.5X500=750mmo2）喇叭口边缘距井壁间净间距：
16、吸2=0.8D=600mmo（系数一般采用0.75到1.0）3）喇叭口净间距吸1=1.8D=1350mmo（系数一般采用1.5到2.0）4）喇叭口的最小悬空高度h1=（0.6-0.8）D,Kh10.5m,MZh1=0.8D=600mmo5）喇叭口的最小淹没深度h20.5-1.0m,取h2=0.8m6）单个吸水间的宽度L吸=a吸1+2Xa吸2+2D=1350+2600+7502=4050mm.7）格网出水至吸水喇叭口中心的流程长度L不小于吸水喇叭口直径的3倍，取3倍，即225Omo8）单个吸水间的长度L吸=a吸2+0.5D+3D=600+0.5X750+3X750=3225mm.（4）集水间的标
17、高计算集水井选择非淹没式，在最高水位时仍能露出水面，操作管理方便，在漂浮物多的洪水期可以及时清理格网，供水较为平安。1）顶面标高：采用非淹没式，集水间顶面标高=1%洪水位+浪高（0.25m）+0.5m：Ha=36.50+0.5+0.25=37.25m。2）进水间最低水位：97%枯水位-取水头部到进水管段水头损失-格栅损失3）吸水间最低水位：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=19.70-0.2=19.50m4）集水间底部标高：平板格网净高为1.80m,其上缘应淹没在吸水间动水位以下，取为0.1m；其下缘应高出底面，取0.2m,那么集水间底面标高为：19.50-0.1-0.2
18、-1.8=17.40mO吸水间最小水深二吸水间最低动水位-集水间底部标高=19.50-17.40=2.Im0水泵的吸水喇叭口距吸水间底部的高度为：h尸（0.60.8）D,且h20.5m,取h1=0.8D=60OnmF0.6m。水泵的吸水喇叭口淹没水深为:h2l.0-0.5m,取h2=0.8m。那么h1+h2=O.6+0.8=1.4m2,Im0固可满足水泵吸水要求。5）集水间深度：顶部标高-底部标高=37.25-17.40=19.85m0集水间深度校核：当自流管用一根管输送Q=0426m3s,v=1.06ms,水头损失为h=0.40m,此时吸水间最低水位为：20.00-0.1-0.40-0.2=
19、19.30m吸水间最小水深为：19.30T7.40=1.9m小于1.4m,可满足水泵吸水要求。2、排泥、启闭及起吊设备1）进水间和吸水间中的水流速度较小，当河水中含泥沙较多时，集水井中会沉淀泥沙。为了不影响正常取水，需及时排除。常用的排泥装备有排沙泵、排污泵、射流泵、压缩空气提升器等。为了提高排泥效果，一般在井底设有穿孔冲洗管或冲洗喷嘴，利用高压水边冲洗、边排泥。2）在进水间的进水孔、格网和横向隔墙的连通孔上须设置闸阀、闸板等启闭设备，以便在进水间冲洗和设备检修时使用。为了减小所占地位，常用平板闸阀、滑阀及蝶阀等。3）为便于格栅、格网的清洗和检修及闸门的启闭和检修，需在操作平台上设置起吊设备。
20、常用的起吊设备有电动绞车、电动和手动单轨吊车等，其中以单轨吊车采用较多。当泵房较深，平板格网冲洗次数频繁时，采用电动绞车起吊；当设备较重时，可采用电动桥式吊车。A)起吊设备W=(G+pfF)K其中W平板格网起吊重量，kN；G平板格网与钢绳重量，G=2.0kN;P平板格网两侧水位差产生的压强，p=2.0kPa;F每个格网的面积，F=2.75m2;f平板格网与导轨间的摩擦系数，仁0.44；K平安系数，K=1.5oW=(G+pfF)K=(2.0+2.00.44X2.75)X1.5=6.63kNB)吊架高度的计算与设备选择平板格网高2.0m,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.
21、78m,格网吊至平台以上的距离取0.2m,操作平台标高36.10m,那么起吊架工字梁下缘的标高为：36.10+0.2+2.0+0.25+0.78=39.33m格栅起吊高度=起吊工字梁下缘的标高-电动胡芦吊钩至工字梁下缘最小距离-集水间底部标高-平板格网下缘与集水间底部高差-平板格网高-平板格网吊环高39.33-0.78-17.90-0.2-2.0-0.25=18.20m应选用MDJ-24D型电动葫芦，起吊重量为9.80kN,起重最大高度为24m。采用机械或水力方法及时清理格栅，在进水孔前设置挡草木排，在压力管中设除草器等措施可以有效防止水草堵塞进水口。集水间设计详见图2-3：集水间平面图和图2-4：集水间剖面图。图2-3：集水间平面图图2-4：集水间剖面图
