倒虹吸计算书

旧寨倒虹吸计算书

一、基本资料

设计流量：2.35 m3/s

加大流量：2.94 m3/s

进口渠底高程：1488.137m

进口渠宽：2.0m

进口渠道设计水深:1.31m

加大流量水深：1.56m

出口渠底高程：1487.220m

进口渠道设计水深:1.43m

加大流量水深：1.70m

进出口渠道形式：矩形

进口管中心高程：1487.385m

出口管中心高程：1486.69m

管径DN：1.6m

二、设计采用的主要技术规范及书籍

1、《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99；

2、《水电站压力钢管设计规范》SL284—2003

3、《混凝土结构设计规范》SL/T191—96；

4、《水工建筑物抗震设计规范》DL5073—1997；

5、《小型水电站机电设计手册-金属结构》；。

6、《水力计算手册》

7、《倒虹吸管》

三、进口段

1、渐变段尺寸确定

L=C(B1-B2)

或L=C1h；

C取1.5～2.5；

C1取3～5：

h上游渠道水深；

经计算取L=4m；

2、进口沉沙池尺寸确定

(1) 拟定池内水深H;

H=h+T

T=（1/3～1/4）h；

T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；

(2) 沉沙池宽B

B=Q/(Hv)；

v池内平均流速0.25～0.5m/s；

经计算取B=3.5m；

(3) 沉沙池长L’

L’≥（4~5）h

经计算取L =8m；

(4) 通气孔

通气孔最小断面面积按下式计算：

P

C KQ A △1265

；

A 为通气管最小断面面积m 2；Q 为通气管进风量，近似取钢管内流量，m 3/s ；C 为通气管流量系数；如采用通气阀，C 取0.5；无阀的通气管，C 取0.7；P △为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm 2；K 为安全系数，采用K=2.8。

经计算A=0.0294 m 2；计算管内径为0.194m ，采用D273(δ=6mm)的螺旋钢管。 四、出口段

倒虹吸管出口消力池，池长L 及池深T ，按经验公式： L=(3~4)h T ≥0.5D 0+δ+0.3

经计算取L =6m ，T=1.2m 。 五、管身段

本倒虹吸管采用Q235B 板钢管，经初步布置和拟定后量得钢管长约410m 。根据地形在全线设4座镇墩，初定钢管内径DN1600mm ，壁厚δ为14和16mm 。下面分别对倒虹吸进行水力计算、钢管和镇墩结构计算： （一） 水力计算

倒虹吸的过水能力及总水头损失按《灌溉与排水工程设计规范》附录N 所列公式计算：

1、倒虹吸的过水能力按下式计算

Q=μωgZ 2

D

L /1λμ+∑=

ζ

λ=

28C

g C=R n

1

1/6

式中：Q －倒虹吸设计流量（m 3/s ）； μ－流量系数；=0.383

ω－倒虹吸过水断面面积；=2.01 g －重力加速度（m/s 2）

Z －上、下游水位差（m ）；0.777m

∑ζ－局部水头损失系数的总和，包括进、出口拦污栅、闸门槽、伸缩节、进人孔、旁通管、转弯段、渐变段等损失系数；

ξ闸=0.2，ξ进口=0.5，ξ拦栅=0.5，ξ出口=1， ξ弯头=αξ90，ξ90=0.36

1#镇墩弯头为14°59′，α=0.32，ξ弯头1=0.32*0.36=0.115 2#镇墩弯头为37°47′，α=0.63，ξ弯头2=0.63*0.36=0.227 3#镇墩弯头为44°4′，α=0.69，ξ弯头3=0.69*0.36=0.248 4#镇墩弯头为11°，α=0.25，ξ弯头4=0.25*0.36=0.09 ∑ξ弯头=0.68 ∑ζ=2.88

λ－能量损失系数；=0.015338 L －倒虹吸总长度（m ）；410 D －管内直径（m ）；1.6m

C －谢才系数；=71.53 n －糙率；取0.012

经计算Q=3.0 m 3/s 大于加大流量2.94 m 3/s ；所以选择钢管内径为1.6m 是合适的。

2、倒虹吸总水头损失按下式计算 hw=（∑ξ+λL/D ）V 2/2g

v 管道流速设计时为1.17m/s ，加大流量时为1.46 m/s 。

所以设计时hw=0.48m 加大时hw=0.74m 。 （二） 钢管结构计算

管壁应力计算，根据《水电站压力钢管设计规范SL281－2003》规定，采用第四强度理论计算，其计算公式为：

[]σϕτσσσσσ≤+-+=yz y Z y Z 2

2213 []σϕχτσσσσσχχ≤+-+=z Z Z 22223 []σϕχτσσσσσχχ≤+-+=y y y 22233

式中：σ1、σ2、σ3－表示任意点作用有三个主应力；

σz －环向正应力； σx －轴向正应力； σy －径向正应力；

τyz 、τxz 、τxy －剪应力；

ϕ－焊缝系数，取ϕ=0.9；

[σ]－相应计算情况的允许应力；

不同钢材、板厚，相应计算情况的允许应力见下表

表1：允许应力表

由于本工程采用了鞍形支墩，设置支承环和刚性环，所以选择以下断面核算应力：

断面1：支墩间跨中断面；

断面2：加劲环的断面；

断面3：支承环的断面；

钢管按满水、温升设计，作用在钢管上的主要力有：

1）内水压力；

2）管重和水重在法向上分力；

3）各种轴向力

①水管自重的轴向分力；

②温升时管壁沿支墩面的磨擦力；

③温升时伸缩节内填料的磨擦力；

其余各力均较小，忽略不计。

以1#至2#镇墩之间的钢管为例说明其计算过程，计算简图如图一：

①基本数据

2#镇墩中心至上游伸缩节接头距离L′=57m；

2#镇墩中心至下游伸缩节接头距离L″=15m；