1、第四章 出水建筑物本章讨论：出水池出水池 压力水箱压力水箱 出水管道出水管道 出水流道及断流设施出水流道及断流设施需重视的两个问题：1、水力损失、水力损失 2、工程投资、工程投资第一节 出 水 池一、作用与设计要求出水池的位置应结合站址、管线及输水渠道的位置进行选择。出水池的位置应结合站址、管线及输水渠道的位置进行选择。1 1、作用、作用（1 1）汇流，有时也起分流作用；）汇流，有时也起分流作用；（2 2）消能稳流、扩散出水管水流；）消能稳流、扩散出水管水流；（3 3）便于设置防止倒流的设施；）便于设置防止倒流的设施；（4 4）便于设置检修和断流设施。）便于设置检修和断流设施。123(a)(c
2、)(b)图11-2 123(a)(c)(b)图11-2 2 2、设计要求、设计要求（1）稳定）稳定:抗渗稳定抗渗稳定 整体稳定整体稳定 结构稳定结构稳定 地基牢固地基牢固 不均匀沉陷小不均匀沉陷小（2）流态好，水力损失小；）流态好，水力损失小；（3）施工和运行管理方便；）施工和运行管理方便；（4）节省投资。）节省投资。二、出水池的结构类型1 1、按水流方向分：、按水流方向分：（1）正向出水池（水流顺畅、水力性能好）正向出水池（水流顺畅、水力性能好）（2）侧向出水池）侧向出水池（3）多向分流式出水池）多向分流式出水池123(a)(c)(b)图11-2 2 2、按出水管出流方式分：、按出水管出流方
3、式分：（1）按管口是否淹没：）按管口是否淹没：淹没出流、自由出流淹没出流、自由出流（2）按管线布置方式：）按管线布置方式：直管式、虹吸式直管式、虹吸式图 4-72 直管出水流道管线布置形式a)b)c)a)b)c)h三、出水池流态分析问问 题：题：存在强烈的旋滚区存在强烈的旋滚区危危 害：害：1、增加能量损失、增加能量损失 2、引起下游河道的冲刷、引起下游河道的冲刷（a）图11-3 1:mA出PDD淹hCOLh出B（b）AL0BBB图11-4 四、出水池尺寸的确定1、出水管出口直径D0影响：出口损失、拍门及出水池尺寸影响：出口损失、拍门及出水池尺寸 一般一般1.52.5 m/s对于低扬程泵站，出
4、口流速应取小值；对于低扬程泵站，出口流速应取小值；对于高扬程泵站，出口流速可取大值。对于高扬程泵站，出口流速可取大值。图11-6 BbbD0LmH4H3H2H1LrhPD0hhv0hpn淹2淹深h淹 *水平出流可取小值，倾斜向上出流取大值。水平出流可取小值，倾斜向上出流取大值。3池底至管口下缘距离 P=0.20.3 mgvh2)32(20淹4出水池墙顶高程和池底高程超高池顶hmaxPDh淹池底0min池底池顶池高H5出水池宽度式中：式中：n出水管数目；出水管数目；隔墩厚度，隔墩厚度，m；D0出水管出口直径，出水管出口直径，m；a出水管边缘至池壁或隔墩的距离，一般出水管边缘至池壁或隔墩的距离，一
5、般取取a=(0.51.0)D0。)2()1(0aDnnB6出水池长度（1 1）水面旋滚法）水面旋滚法（限制旋滚发生在出水池以内）（限制旋滚发生在出水池以内）旋滚长度与管口淹没深度、池中有无台坎及台坎的旋滚长度与管口淹没深度、池中有无台坎及台坎的几何参数等因素有关。几何参数等因素有关。式中：式中：hs管口上缘的最大淹没水深，管口上缘的最大淹没水深，m；系数（与台坎形式有关）。系数（与台坎形式有关）。上述公式在管口流速较小时较为符合实际，当上述公式在管口流速较小时较为符合实际，当V01.5m/s时：时：图11-8 抛物线LLPPhPD0v0hP5.0ShL)2(02gvhLS（2 2）淹没射流法）
6、淹没射流法假假 定：定：水流在池中沿射流方向逐渐扩散，扩散过程中断面水流在池中沿射流方向逐渐扩散，扩散过程中断面平均流速逐渐减小，当断面平均流速等于渠首平均流速时，平均流速逐渐减小，当断面平均流速等于渠首平均流速时，其扩散长度即为出水池长度。其扩散长度即为出水池长度。式中式中：v0出水管管口平均流速；出水管管口平均流速；v渠渠干渠进口平均流速。干渠进口平均流速。此法算得的池长一般偏短。此法算得的池长一般偏短。修正公式：修正公式：)1(9.200渠vvDL41.02001)(58.3渠vvDLD00vLL0图11-9 7出水池与干渠的渐变段 =30 45 8干渠护砌长度22tgbBLg0086.
7、0(4DvvL）允护max54渠护）（hLLLgLhBb图11-10 9侧向出水池尺寸的确定（1）池宽）池宽侧向出水池的宽度对泵流量的影响：侧向出水池的宽度对泵流量的影响：当当B4D0时，池宽对出流流量已无影响。时，池宽对出流流量已无影响。单管侧向出水池：单管侧向出水池：B=(45)D00123456712345B/D0图11-11 流量Q(L/S)86多管侧向出水池：多管侧向出水池：1-1断面：断面：B1=(45)DC 2-2断面：断面：B2=B1+DC 3-3断面：断面：B3=B2+DC（2）池长）池长由下图，当由下图，当L5D0时，流速分布已趋于均匀。所以：时，流速分布已趋于均匀。所以：
8、单管侧向出水池：单管侧向出水池：L出出=L2+Dc+L=L2+6DC多管侧向出水池：多管侧向出水池：L出出=L2+L1+L=L2+(n+5)DC+(n-1)S式中：式中：n-管道数目；管道数目；S-管道之间的净距，管道之间的净距，m。D0D0D0SS123BB1B2B3123L2L1L出L图11-12 BL2LD03D05D0L图11-13 D0第二节 压力水箱图11-16 图11-14 图11-15 121235534BDb2134567821345678翼墙一、压力水箱的特点及适用场合1 1、结构类型、结构类型（1 1）按出流方向分：正向、侧向）按出流方向分：正向、侧向（2 2）按几何形状
9、分：梯形、长方形、其他）按几何形状分：梯形、长方形、其他（3 3）按水箱结构分：有隔墩（可改善流态及受力条件）按水箱结构分：有隔墩（可改善流态及受力条件）无隔墩无隔墩2 2、特点、特点 钢筋混凝土封闭式箱形结构钢筋混凝土封闭式箱形结构3 3、适用、适用 堤后式排涝泵站堤后式排涝泵站图11-16 图11-14 图11-15 121235534BDb21345678图11-16 图11-14 图11-15 121235534BDb2134567880135310310310135闸阀井1504015070702101280210210150150进人孔R390275200软接头软接头240R430
10、R430304060铸铁管活动盖板12343125530240210R39040301554027040270402704027040二、尺寸确定 1 1、进口宽度、进口宽度 2 2、长度：、长度：=30 45 图11-16 图11-14 图11-15 121235534BDb21345678)2()1(0aDnnB22tgbBL出 3 3、高度、高度 满足检修闸门安装和检修的要求。满足检修闸门安装和检修的要求。4 4、进人孔、进人孔 位置位置:压力水箱顶部压力水箱顶部 要求要求:满足最大部件及人员进出满足最大部件及人员进出;钢板制作，下垫止水橡皮钢板制作，下垫止水橡皮 确保足够的强度和密封性
11、要求。确保足够的强度和密封性要求。2051005201101152510025钢板10mm橡皮10mm60M12螺栓(均布)第三节 出水管道（压力管道）一、压力管道的设计要求一、压力管道的设计要求 （1）稳定性要求；）稳定性要求；（2）强度要求；）强度要求；（3）密封要求；）密封要求；（4）水力损失小，运行费用低；）水力损失小，运行费用低；（5）投资省；）投资省；（6）施工、管理、维修方便。）施工、管理、维修方便。二、线路的选择及铺设方法二、线路的选择及铺设方法1 1线路的选择线路的选择 根据泵站总体布置要求，结合地形、地质条根据泵站总体布置要求，结合地形、地质条件确定。件确定。（1 1）地质
12、条件好（尽量铺设在挖方上）；）地质条件好（尽量铺设在挖方上）；（2 2）管线短而直，尽量避免转弯、曲折；）管线短而直，尽量避免转弯、曲折；（3 3）控制纵向铺设角度（小于土壤的自然安）控制纵向铺设角度（小于土壤的自然安息角），尽量垂直于等高线。息角），尽量垂直于等高线。2铺设方式铺设方式（1）明式铺设）明式铺设 优点：优点：施工、安装、检修方便施工、安装、检修方便 缺点：缺点：占地多占地多 *管间净距管间净距0.8 m，钢管底部应高出管道槽地面，钢管底部应高出管道槽地面0.6 m，预应力，预应力钢筋混凝土管承接插口底部应高出管道槽地面钢筋混凝土管承接插口底部应高出管道槽地面0.3 m。*注意设
13、检修孔（注意设检修孔（D1m、管道较长时，、管道较长时，2个以上检修孔）个以上检修孔）*管槽应有排水设施，坡面宜护砌。管槽应有排水设施，坡面宜护砌。图11-17 12435263出水池泵房（2）暗式铺设（沟埋式）暗式铺设（沟埋式）优点：优点：节省土地节省土地 缺点：缺点：施工、安装、检修不便施工、安装、检修不便 *防锈、防腐防锈、防腐 （管道设计良好的防锈蚀保护层、防侵蚀措施）。（管道设计良好的防锈蚀保护层、防侵蚀措施）。*防冻防冻（管顶最小埋深应在最大冻土深度以下）。（管顶最小埋深应在最大冻土深度以下）。*管坡设置排水沟、截流沟及管坡两侧土坡的防护等。管坡设置排水沟、截流沟及管坡两侧土坡的防
14、护等。三、管材选择三、管材选择1、管材选择原则、管材选择原则 （1）足够的强度；）足够的强度；（2）较小的水力损失；）较小的水力损失；（3）耐久性好；）耐久性好；（4）有利于安装、运输；）有利于安装、运输；（5）便于）便于就地取材制作，价格便宜。就地取材制作，价格便宜。2、管材类型、管材类型 铸铁管铸铁管 钢管钢管 钢筋混凝土管钢筋混凝土管 预应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管（）铸铁管（）铸铁管 低压管（低压管（4.5105 Pa）中压管（中压管（7.5105 Pa）高压管（高压管（10105 Pa）优点：优点：价格便宜、安装方便、不易腐蚀价格便宜、安装方便、不易腐蚀 缺点：缺点：性脆、壁厚
15、、笨重性脆、壁厚、笨重 适用：适用：管径小于管径小于600 mm的出水管道。的出水管道。（）钢管（）钢管 优点：优点：强度高、管壁薄、重量轻、接头简单、运输方便强度高、管壁薄、重量轻、接头简单、运输方便 缺点：缺点：易腐蚀、使用期限短易腐蚀、使用期限短 适用：适用：高扬程泵站高扬程泵站;管径管径800 mm（）钢筋混凝土管（）钢筋混凝土管 优点：优点：价格便宜、使用期长、价格便宜、使用期长、运行管理费用低、输水性能好运行管理费用低、输水性能好 缺点：缺点：运输不便，密封性较差，易漏水运输不便，密封性较差，易漏水 适用：适用：D=300 mm1500 mm的低压管道的低压管道（）预应力钢筋混凝土
16、管（）预应力钢筋混凝土管 优点：优点：节省钢材，弹性和抗渗、抗裂性好，节省钢材，弹性和抗渗、抗裂性好，耐压较高、输水性能好耐压较高、输水性能好 缺点：缺点：运输不便，密封性较差，易漏水运输不便，密封性较差，易漏水注意的几个问题注意的几个问题:*钢管、铸铁管长期使用后，由于锈蚀，导致内壁产钢管、铸铁管长期使用后，由于锈蚀，导致内壁产生锈瘤，摩擦损失加大，水头损失可增加生锈瘤，摩擦损失加大，水头损失可增加30%50%。*水泥管内壁不会积垢，其输水性能几乎不变。水泥管内壁不会积垢，其输水性能几乎不变。*钢筋混凝土管道的设计应满足下列要求：钢筋混凝土管道的设计应满足下列要求：（1）混凝土等级：预应力钢
17、筋混凝土不得低于）混凝土等级：预应力钢筋混凝土不得低于C40；预制钢筋混；预制钢筋混凝土不得低于凝土不得低于C25；现浇钢筋混凝土不得低于；现浇钢筋混凝土不得低于C20。（2）现浇钢筋混凝土管道伸缩缝的宽度应按纵向应力确定，且不）现浇钢筋混凝土管道伸缩缝的宽度应按纵向应力确定，且不宜大于宜大于20 m。在软硬两种地基交界处应设置伸缩缝或沉降缝。在软硬两种地基交界处应设置伸缩缝或沉降缝。（3）预制钢筋混凝土管道及预应力钢筋混凝土管道在直线段每隔）预制钢筋混凝土管道及预应力钢筋混凝土管道在直线段每隔50 m100 m宜设一个活接头。管道转弯和分岔处宜采用钢管件连接，宜设一个活接头。管道转弯和分岔处
18、宜采用钢管件连接，并设镇墩。并设镇墩。四、管道布置方式及管径的选择四、管道布置方式及管径的选择1、管道布置方式、管道布置方式（1）平行布置）平行布置 优点：优点：管轴线互相平行，管线短而直，管轴线互相平行，管线短而直，水头损失小，施工安装方便水头损失小，施工安装方便 缺点：缺点：出水池宽度较大出水池宽度较大 适用：适用：机组少、直径大的压力水管机组少、直径大的压力水管 213（2）收缩布置）收缩布置 优点：优点：可减少出水池宽度，可减少出水池宽度，镇墩可以合建，工程投资可减少。镇墩可以合建，工程投资可减少。2131234（3）串联布置）串联布置 适用：适用：多台泵多个泵站串联情况多台泵多个泵站
19、串联情况2131234管 道管 道a)b)（4）并联布置）并联布置 优点：优点：减少管道和出水池投资。减少管道和出水池投资。适用：适用：台数较多。台数较多。2131234管道管道a)b)123242、管道数确定、管道数确定 一般在出水管道长度大于一般在出水管道长度大于300 m时宜采用并联时宜采用并联运行的方式，长度小于运行的方式，长度小于100m时宜采用单机单管的时宜采用单机单管的运行方式，长度在运行方式，长度在100 m300 m之间时则需经技之间时则需经技术经济比较。术经济比较。考虑到出水管道损坏时检修的可能性，当流量考虑到出水管道损坏时检修的可能性，当流量较大时（较大时（Q（2.53.
20、0）m3/s），并联后的管道），并联后的管道不少于两条，主要取决于对泵站运行可靠性的要不少于两条，主要取决于对泵站运行可靠性的要求。求。如出水池建在高填方上，为减少出水池和管道如出水池建在高填方上，为减少出水池和管道支承结构的工程量，应优先考虑出水管道并联运支承结构的工程量，应优先考虑出水管道并联运行的方式。行的方式。3、管径确定、管径确定（1）根据）根据年运行费最小的原则确定年运行费最小的原则确定（2）经验公式）经验公式确定确定混凝土和铸铁管：钢管：Q设计流量设计流量,m3/sDD经bE0bE0AbE0AA)m(Q84.0D)m(Q8.0D *在初步设计阶段，可按经济流速和设在初步设计阶段，
21、可按经济流速和设计流量确定管径。经济流速建议采用：计流量确定管径。经济流速建议采用：（1）H 50 m时，时，V=1.52.0 m/s；（2）50 m H 100 m时，时，V=2.53.5 m/s。五、出水管道支承结构及管道附件五、出水管道支承结构及管道附件（自学）（自学）1、支承结构、支承结构（1）支墩）支墩作用：作用：承受管道及水的重力、减少振动及管线变形。承受管道及水的重力、减少振动及管线变形。形式：形式：（a）连续混凝土支墩）连续混凝土支墩（现浇混凝土管、沟埋式管）（现浇混凝土管、沟埋式管）（b）独立混凝土支墩（露天敷设管）独立混凝土支墩（露天敷设管）独立混凝土支墩设置：独立混凝土支
22、墩设置：钢钢 管：管：间距一般可取间距一般可取5 m10 m 砼管：砼管：每节管设每节管设2个，在个，在1/4和和3/4处处(a)(b)图11-19 22图11-20 1.通气管；通气管；2.镇墩；镇墩；3.支墩；支墩；4.伸缩节；伸缩节；5.钢管；钢管；6.穿墙软接头穿墙软接头 图11-17 12435263出水池泵房加强板（a）（b）图11-21 支承环钢管滚轮垫板20cm（2）镇墩）镇墩设置位置：设置位置：（a）管道转弯处）管道转弯处 （b）斜坡上长管段）斜坡上长管段(间隔间隔80 m100 m)作作 用：用：承受管道转弯处的各种作用力承受管道转弯处的各种作用力 *两镇墩之间应设伸缩节，
23、伸缩节应布置在上端。两镇墩之间应设伸缩节，伸缩节应布置在上端。形形 式：式：封闭式封闭式（将管道设于镇墩内），固定牢固。（将管道设于镇墩内），固定牢固。开敞式开敞式（将管道置于镇墩表面），便于检修。（将管道置于镇墩表面），便于检修。图11-22(a)(b)2、管道附件、管道附件（1）正心大小接管）正心大小接管（2）闸阀）闸阀（3）逆止阀）逆止阀（4）人孔）人孔 管径大于管径大于800cm，管道又较长时设置人孔。孔径为，管道又较长时设置人孔。孔径为500600mm。）泵出DDL)(75(（5）伸缩接）伸缩接 允许管道在温度应力作用下产生的沿管道轴线方向的微允许管道在温度应力作用下产生的沿管道轴线
24、方向的微小伸缩。小伸缩。（6）软接头）软接头 防止管道与管道或管道与泵房之间的不均匀沉陷。防止管道与管道或管道与泵房之间的不均匀沉陷。（7）进气阀）进气阀 防止因水泵倒流管道内出现负压，致使管道失稳破坏。防止因水泵倒流管道内出现负压，致使管道失稳破坏。保证管道安全。保证管道安全。（8）通气孔）通气孔(向管道内充水时排气、放空管道时补气。向管道内充水时排气、放空管道时补气。)位置位置:拍门前拍门前 作用作用:保证管道内压力稳定保证管道内压力稳定 泵在启动时不超载或出现不稳定工况。泵在启动时不超载或出现不稳定工况。（9）岔管）岔管六、镇墩稳定计算六、镇墩稳定计算稳定计算内容：稳定计算内容：（1 1
25、）抗滑稳定）抗滑稳定（2 2）抗倾稳定）抗倾稳定（3 3）镇墩基底应力计算）镇墩基底应力计算（4 4）镇墩强度计算）镇墩强度计算（5 5）地基承载力计算）地基承载力计算BB22LeXYRXY+W（a）（b）B2BeYmaxmin图11-23XXR+WYB1.受力分析受力分析 镇墩主要承受水管的轴向力，也承受近墩处部分管镇墩主要承受水管的轴向力，也承受近墩处部分管段的法向力和弯矩，镇墩荷载及有关系数查表。段的法向力和弯矩，镇墩荷载及有关系数查表。四种荷载组合分别为：四种荷载组合分别为：正常运行情况：正常运行情况：正常停机情况：正常停机情况：事故停机情况：事故停机情况：地震情况：地震情况：scQQ
26、AAAAAAAA98765421scQQAAAAAAA8754321scQQAAAAAA875421iscPQQAAAAAAAA987654212.镇墩设计镇墩设计作作 用用:固定管道固定管道 承受管道转弯处的作用力，减少振动承受管道转弯处的作用力，减少振动.（1）外形尺寸拟定）外形尺寸拟定 （2）稳定复核）稳定复核 抗滑复核抗滑复核 抗倾复核抗倾复核 地基应力计算地基应力计算 （3）强度复核）强度复核 （4）地基稳定复核）地基稳定复核第四节第四节 出出 水水 流流 道道出水流道与出水管道的主要区别：（出水流道的特点）1、应用于大型低扬程泵站。、应用于大型低扬程泵站。2、长度短、断面形状变化复
27、杂。、长度短、断面形状变化复杂。3、钢筋混凝土现浇，与泵房联成整体。、钢筋混凝土现浇，与泵房联成整体。4、形式多样。、形式多样。一、出水流道的作用与设计要求一、出水流道的作用与设计要求 1、作用、作用 （1）转向与扩散）转向与扩散 （2）动能回收。）动能回收。2、形式、形式 （1）虹吸式出水流道）虹吸式出水流道 （2）直管式出水流道）直管式出水流道 （3）斜式出水流道）斜式出水流道 （4）其他）其他3、设计要求、设计要求（1）水力损失小）水力损失小 线形变化均匀，扩散角不宜过大，以免产生线形变化均匀，扩散角不宜过大，以免产生脱流或旋涡；脱流或旋涡；出口流速不宜大于出口流速不宜大于1.5 m/s
28、，以充分回收水流，以充分回收水流动能动能.（2）线型简单，方便施工）线型简单，方便施工（3）满足土建结构布置要求）满足土建结构布置要求（4）有较好的启动和运行稳定性）有较好的启动和运行稳定性 流道高度、断流方式合适流道高度、断流方式合适（5）土建投资省）土建投资省二、虹吸式出水流道二、虹吸式出水流道优优 点：点：运行方便可靠，水泵停机时可通过真空破坏运行方便可靠，水泵停机时可通过真空破坏 阀破坏虹吸、切断水流。阀破坏虹吸、切断水流。便于穿越堤防、不影响防洪堤的安全。便于穿越堤防、不影响防洪堤的安全。缺缺 点：点：工程量大、施工较为困难、工程量大、施工较为困难、设计不当易引起机组振动等。设计不当
29、易引起机组振动等。适适 用：用：出口水位变化不大的低扬程泵站。出口水位变化不大的低扬程泵站。1 1、虹吸式出水流道的虹吸形成过程与破坏、虹吸式出水流道的虹吸形成过程与破坏（1）虹吸形成过程）虹吸形成过程 启动阶段启动阶段 堰流阶段堰流阶段 虹吸形成阶段虹吸形成阶段 稳定阶段稳定阶段a)启动阶段堰流阶段b)稳定运行阶段虹吸形成阶段c)d)(a)泵Q气Pca最低水位最高水位(b)泵水气(c)最低水位H净123最高水位cP(d)最低水位最高水位(b)泵水气(c)最低水位H净123最高水位cP(d)h真空图11-24 PQQQQPcPcPaQ气Q泵2 2、虹吸式出水流道的设计、虹吸式出水流道的设计分段
30、：分段：扩散段扩散段 弯管段弯管段 上升段上升段 驼峰段驼峰段 下降段下降段 出口段出口段图11-25 驼峰段出口段扩散段弯管段下降段上升段12L1R1R23R33设计参数：出口最低运行水位、最高水位出口最低运行水位、最高水位 水泵流量水泵流量 泵相关尺寸（叶轮直径、导叶体尺寸）泵相关尺寸（叶轮直径、导叶体尺寸）泵房相关的结构控制尺寸泵房相关的结构控制尺寸342T2F2P1P24R11334OORF1C2bC1d1H62dO52145R6R13HcX21111111O1Oa2222YO210212OOO(a)LLLKXHHLLPDDPNMMHHTTELPDDKIIJJRAABBR1DD经bE0
31、bE0AbE0AA（1）弯曲段 中、小型泵出水弯管多用等径弯管中、小型泵出水弯管多用等径弯管 曲率半径：曲率半径：R=1.5D,RD 对于变截面异型（肘形）弯管，则主要控制内对于变截面异型（肘形）弯管，则主要控制内圆半径圆半径R1及外圆半径及外圆半径R2。为满足泵输水和泵站土建设计两方面要求，可为满足泵输水和泵站土建设计两方面要求，可取：取：R1=(0.51.0)D,R2=(0.81.2)D（2）上升段 由圆变方由圆变方 由非圆非方变方由非圆非方变方 上升角：上升角：=30 45 （与泵体结构和泵站出口水位有关）（与泵体结构和泵站出口水位有关）过大过大:使驼峰处的弯曲角度加大使驼峰处的弯曲角度
32、加大 增加局部阻力增加局部阻力 过小过小:增加上升段的长度增加上升段的长度 *上升段的断面形状由圆变方逐渐变化（其渐变长度上升段的断面形状由圆变方逐渐变化（其渐变长度一般不小于管径的两倍）一般不小于管径的两倍）*平面方向上逐渐扩大，立面方向上则略微收缩，轴平面方向上逐渐扩大，立面方向上则略微收缩，轴线向出水方向倾斜。线向出水方向倾斜。平面扩散角平面扩散角2：取决于出水弯管出口直径取决于出水弯管出口直径D、驼峰、驼峰断面的宽度断面的宽度B及上升段的平面长度及上升段的平面长度L2。它们之间。它们之间的关系可用下式表示的关系可用下式表示:2：会导致水流在平面方向产生脱壁或旋涡，：会导致水流在平面方向
33、产生脱壁或旋涡，增加流道的水力损失。增加流道的水力损失。一般取一般取228 12。?222LDBtg（3）驼峰段驼峰底部的高程驼峰底部的高程底底的确定的确定 底底=max+驼峰断面处平均流速驼峰断面处平均流速v2的确定的确定 v2影响虹吸形成、流道阻力损失。影响虹吸形成、流道阻力损失。v2，虹吸形成时间，虹吸形成时间，甚至无法形成虹吸。，甚至无法形成虹吸。v2，会增加阻力损失。，会增加阻力损失。要求：要求：越峰流速接近于能形成虹吸的最小平均流速。越峰流速接近于能形成虹吸的最小平均流速。驼峰断面的最小越峰流速：驼峰断面的最小越峰流速：一般为：一般为：v2=2.02.5 m/s。R4.32高度高度
34、h 设计时应尽可能减小驼峰高度，设计时应尽可能减小驼峰高度，但但h过小，过小，hw h过大，影响挟气。过大，影响挟气。一般取一般取h=(0.50.785)D D水泵出口直径。水泵出口直径。宽度宽度B 当当h=0.785D时，时，B=D，上升段，上升段=0(不扩散不扩散)；hD，,hw B=(12)D下缘内壁半径下缘内壁半径 r=(0.51.0)D 避免水流转弯过急，增加水力损失。避免水流转弯过急，增加水力损失。（4）下降段 下降段一般宽度相等，但为了减少流道出口下降段一般宽度相等，但为了减少流道出口的动能损失，有的也设计成扩散型。的动能损失，有的也设计成扩散型。横断面面积逐渐增大，平均流速逐渐
35、减小。横断面面积逐渐增大，平均流速逐渐减小。倾角倾角对水流流态和工程投资的影响：对水流流态和工程投资的影响：过大，过大，可减少下降段的长度，节省工程投资，可减少下降段的长度，节省工程投资，但易引起水流脱壁，影响虹吸形成过程，使流道但易引起水流脱壁，影响虹吸形成过程，使流道内的压力不稳定，还会增加流道水力损失；内的压力不稳定，还会增加流道水力损失；过小，过小，会增加工程投资。会增加工程投资。一般采用一般采用=4070。（5）出口段 尽量回收动能，减小出口水力损失。尽量回收动能，减小出口水力损失。流道出口流速流道出口流速v3不宜大于不宜大于1.5 m/s。流道出口的顶部高程：流道出口的顶部高程：规
36、范规定规范规定:h淹淹=0.3 0.5 m。33/QF BFh/33淹hmin3gh25423）（淹（6）驼峰顶部真空值的校核 式中：式中：H2 驼峰顶部实际的真空值；驼峰顶部实际的真空值；h损损驼峰至出口断面的水头损失，驼峰至出口断面的水头损失，m。驼峰顶部的最大允许真空值：驼峰顶部的最大允许真空值：式中：式中：H允允最大允许真空值最大允许真空值(m)，规范规定不超过，规范规定不超过7.5m；Pa当地海拔高程的大气压力，当地海拔高程的大气压力，kPa；Pk临界汽化压力，临界汽化压力，kPa；A考虑水流的紊动和波浪的安全值，考虑水流的紊动和波浪的安全值，m。损池低顶hgvvH223222agP
37、PHka允三、直管式出水流道三、直管式出水流道1 1、布置形式、布置形式 上升式上升式 平管式平管式 下降式下降式图11-27（a）（b）（c）2 2、特点、特点 (1)断面形状由圆变方，平面和立面均逐渐扩大断面形状由圆变方，平面和立面均逐渐扩大;(2)流道内的平均流速逐渐减小，各断面都为正压流道内的平均流速逐渐减小，各断面都为正压;(3)形状简单、施工方便形状简单、施工方便;(4)采用拍门和快速闸门断流。采用拍门和快速闸门断流。2 2、通气孔、通气孔 通气孔面积通气孔面积:式中：式中：V-出水流道内的空气体积，出水流道内的空气体积，m3；-风量系数，可取风量系数，可取为为0.710.815；
38、V-最大气流速度，可取最大气流速度，可取v为（为（90100）m/s；T-排气或进气的时间，可取排气或进气的时间，可取t为（为（1015）s。vtVF四、斜式出水流道四、斜式出水流道 D1五、出水流道的水力设计五、出水流道的水力设计1 1、一维水力设计、一维水力设计设计方法：设计方法：沿流道断面中心线的各断面平均流速均匀变化；沿流道断面中心线的各断面平均流速均匀变化；断面平均流速等于设计流量除以断面面积。断面平均流速等于设计流量除以断面面积。问题：问题：凭经验，无法了解流道内的真实流动情况。凭经验，无法了解流道内的真实流动情况。2 2、三维优化水力设计三维优化水力设计基本思路：基本思路：给定若
39、干种出水流道边界，进行三维流场计算，以流给定若干种出水流道边界，进行三维流场计算，以流道内不发生脱流和旋涡、出口断面的流速分布均匀为目标，道内不发生脱流和旋涡、出口断面的流速分布均匀为目标，逐一地优化流道边界、调整流道型线，在给定控制尺寸的逐一地优化流道边界、调整流道型线，在给定控制尺寸的条件下实现流道最佳的水力性能。条件下实现流道最佳的水力性能。六、断流方式六、断流方式（一）真空破坏阀（一）真空破坏阀 1、要求、要求 （1）便于排气：启动时减小流道内的空气压缩。）便于排气：启动时减小流道内的空气压缩。（2）密封性好：正常运行时以防上漏气。）密封性好：正常运行时以防上漏气。（3）响应快：停机时
40、及时动作，破坏真空，截断水流。）响应快：停机时及时动作，破坏真空，截断水流。（4）结构简单、操作方便、便于自动化。）结构简单、操作方便、便于自动化。2、型式、型式 （1）气动式真空破坏阀）气动式真空破坏阀 （2）水力式真空破坏阀）水力式真空破坏阀 (水力冲动式、通气管式水力冲动式、通气管式)（3）电磁式真空破坏阀）电磁式真空破坏阀34125687910流道外接手动闸 阀进压缩空气图 4-76 气动式真空破坏阀34125687910流道外接手动闸 阀进压缩空气图 4-76 气动式真空破坏阀65412324u图 4-77 电磁式真空破坏阀321DHh1h2最高水位最低水位图 4-78 水力真空破坏
41、阀d34125687910流道外接手动闸 阀进压缩空气图 4-76 气动式真空破坏阀65412324u图 4-77 电磁式真空破坏阀（二）拍门（二）拍门 类似单向阀门，门体上部铰链与门座相联，类似单向阀门，门体上部铰链与门座相联，机组启动时，靠水力将拍门打开，机组正常运行机组启动时，靠水力将拍门打开，机组正常运行时，门体在一定的自然开启角度下相对平衡，停时，门体在一定的自然开启角度下相对平衡，停机时，门体自动关闭。机时，门体自动关闭。1、特点、特点 单向阀，断流可靠，结构简单。单向阀，断流可靠，结构简单。2、缺点及解决措施、缺点及解决措施 （1）拍门在水中晃动，增加局部损失）拍门在水中晃动，增
42、加局部损失（可设浮箱，（可设浮箱，加平衡锤，做成双节拍门解决）加平衡锤，做成双节拍门解决）。（2）下拍时撞击力大）下拍时撞击力大（可设缓冲装置解决）（可设缓冲装置解决）。3、型式、型式（1）普通型）普通型（2）带平衡锤）带平衡锤(可增大开启角，可增大开启角，hw，但，但F)（3）带油油压缓冲缸）带油油压缓冲缸（4）带水压缓冲缸）带水压缓冲缸（5）带摇臂铰连杆）带摇臂铰连杆（6）多扇式）多扇式(利于减小撞击力利于减小撞击力)其中（其中（3）、（）、（4）利于增大开启角，减小撞击力，但）利于增大开启角，减小撞击力，但下落慢，可能导致飞逸。下落慢，可能导致飞逸。DD经bE0bE0AbE0AA2312
43、73532114323122131268a)b)c)d)e)f)图4-80 特种结构拍门型式示意图（三）快速闸门（三）快速闸门 快速闸门断流方式的快速闸门断流方式的“快速快速”，主要是停机，主要是停机时要求及时截断水流，以保护主机泵。时要求及时截断水流，以保护主机泵。机组启动时，也要求快速升起，如果起升过机组启动时，也要求快速升起，如果起升过慢或因事故不能起升，则对轴流泵或高比转数混慢或因事故不能起升，则对轴流泵或高比转数混流泵，可能导致超载。流泵，可能导致超载。优点：优点：启闭迅速启闭迅速 水力损失小水力损失小 检修方便检修方便特别注意特别注意:安全溢流措施安全溢流措施安全溢流措施：（1）门顶上部溢流；）门顶上部溢流；（2）主闸门上开副闸门溢流（小拍门）。）主闸门上开副闸门溢流（小拍门）。图11-34最高水位123(a)(b)321最高水位4
