有压隧洞的水力计算(自编).xls

一、有压隧洞的水力计算一、有压隧洞的水力计算 1、沿程水头损失： hf=Lv/(CR)=Lv/(d2g)=LnQ/(FR4/3)R=A/i上游调压室的设置条件 =8g/CC=R(1/6)/n 2、局部水头损失： hj=v/(2g) 3、有压隧洞的基本计算公式： 自由出流：Q=(2g(T0-hp)式中，Tw压力水道中水流惯性时间常数，s； hp=0.5a+p/ Li压力水道及蜗壳和压力尾水道各分段长度，m； 淹没出流：Q=(2g(T0-hs) vi压力水道内各分段流速，m/s； Hp水轮机设计水头，m； 4、自由出流： =1/(1+j*(/j)2+2gli*(/i)2/(Ci*Ri)0.5； TwTw的允许值，一般取24s 淹没出流：=1/(/2)2+j*(/j)2+2gli*(/i)2/(Ci*Ri)0.5, 式中：2隧洞出口下游渠道断面面积 隧洞出口断面面积 j几部水头损失系数 j与 j相应流速之断面面积 Li、i、Ri、Ci某均匀洞段之长度、面积、水力半径、谢才系数 压力钢管经济直径D=1.128(Q/ve)0.5= 或 压力钢管经济直径D=(5.2*Qmax3/H)(1/7)= 一、隧洞水头损失计算： 高宽 进水口3.83.814.440.1 进口闸门段3.83.814.440.1 进口渐变段3.83.813.3750.05 洞身段15.35440.02155408810014.33 洞身段12.310.014458312.76 出口渐变段3310.6550.2 13.8503.440.005007866 23.8508.870.012912724 33.85028.690.041766185 43.850240.0349386 53.850500.07278875 63.85000 73.85000 高宽 拦污栅5.55.831.90.960377636362.42 二、压力管道水头损失计算： 高宽 渐变段3315.461850.1 主管段2.12.13.461850.012372.29.734 位置 断面尺寸 A(m2) iniLii 缓弯段A(m2) is(cm)b(cm) i缓弯段DR 断面尺寸 位置 断面尺寸 A(m2) iiLini ww TT i w i p Lv T gH 蝶阀段2.12.13.461850.2 岔管段2.12.13.461850.5 支管段1.41.41.53860.012355.966 12.150.940.001450065 22.1529.710.045831296 32.1570.010798353 42.15230.035480303 二、阻抗式调压室水力计算二、阻抗式调压室水力计算 （一）、托马断面计算：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(+1/(2g)*(H0-hw0-3*hwm) 式中：Ath托马临界稳定断面面积 L压力引水道长度 A1压力引水道断面面积 H0发电最小静水头（电站上下游水位差） 自水库至调压室水头损失系数， =hw0/v，（包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失），在无连接管时用 代替（ +1/（2g） v压力引水道流速 hw0压力引水道水头损失 hwm压力管道水头损失 K系数，一般可采用1.01.1 13.991367511.112.7194251320012.3120025.575 （二）、最高涌波计算（水电站调压室设计规范计算公式）：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(+1/(2g)*(H0-hw0-3*hwm) 1、阻抗孔水头损失计算：hc=（Q/(s)2)/(2g) 式中： hc通过阻抗孔的水头损失 S阻抗孔断面面积 阻抗孔流量系数，可由试验得出，初步计算时可在0.60.8之间选用 0.84313.140.619.62 2、丢弃全负荷时的最高涌波计算（水电站调压室设计规范计算公式）： =2gA(hc0+hw0）/(LA1v0) 式中： hc0全部流量通过阻抗孔的水头损失 0.030.030.8425.5763.617250212.316.34172319 当hc01时按下式计算：(1+Zmax)-ln(1+Zmax)=(1+hw0)-ln(1-hc0) X1.900172 目标值1.885478 Zmax58 当hc01时按下式计算：(|Zmax-1|)ln(|Zmax|1)=ln(hc0-1)-(hw0+1) X K稳定断面AAthL A1 hcQS2g H0hw0hwm 缓弯段DR i v0 hc0hw0AA1 hc0 目标值 Zmax 3、丢弃全负荷时的最高涌波计算（水电站计算公式）： 1.42653.8249113.0412.316.341723193132009.81 4.3325.571.420.5 4、增加负荷时的最低涌波计算：1+(0.5-0.275m0.5)0.5)+0.1/-0.9)(1-m)(1-m/(0.650.62) m=Q/Q0 =LA1v0/(gAhw0) 1.42653.8249113.0412.316.341723193132009.81 Zminhw0m hw0AA1v0Lg Zminhw0m Lghw0AA1v0 maxmax00 1 (1)(1)1 (1)(1)LnXXLnXX 4.3325.571.420.5 3、甩负荷时的第二振幅Z2的计算： ； m=Q/Q0 =LA1v0/(gAhw0) maxmax22 1 (1)(1)1 (1)(1)LnXXLnXX 2 2 Z X S 上游调压室的设置条件 式中，Tw压力水道中水流惯性时间常数，s； Li压力水道及蜗壳和压力尾水道各分段长度，m； vi压力水道内各分段流速，m/s； Hp水轮机设计水头，m； TwTw的允许值，一般取24s 式中： ve经济流速，明钢管和地下埋管为46ms； 压力钢管经济直径D=1.128(Q/ve)0.5=3.140219 3.1 钢筋砼管为24m/s；坝内埋管为37m/s 或 压力钢管经济直径D=(5.2*Qmax3/H)(1/7)=3.434174 3.4Qmax管道的最大流量 H设计水头 19.622.1468144 4.60881209 0.02349038 19.622.1468144 4.60881209 0.02349038 19.622.31775701 5.37199755 0.01369011 1.07148639 46.9319111 2202.604282.01896525 4.0762206713.9900597 0.96473354 71.002427 5041.344642.51827782 6.341723195.9759007 19.622.90943219 8.46479568 0.08628742 20.2132574 19.622.51827782 6.34172319 0.00161868 19.622.51827782 6.34172319 0.00417375 19.622.51827782 6.34172319 0.01349998 19.622.51827782 6.34172319 0.01129312 19.622.51827782 6.34172319 0.02352732 19.622.51827782 6.341723190 19.622.51827782 6.341723190 9019.620.97178683 0.94436965 0.04622587 19.620.79550636 0.63283037 0.00322544 0.35564516 70.1436301 4920.128853.55301356 12.62390542.6852005 hw0 hwm2gvvhmhf vhmv hmvv2g hmhf 2g RiCiCi vCiCi2gRiv ww TT i w i p Lv T gH 19.623.55301356 12.6239054 0.12868405 19.623.55301356 12.6239054 0.32171013 0.25789474 66.4853308 4420.2992119.624.22461978 17.84741230.54796038 3.74697889 19.623.55301356 12.62390540.000933 19.623.55301356 12.6239054 0.02948878 19.623.55301356 12.6239054 0.00694788 19.623.55301356 12.6239054 0.02282875 二、阻抗式调压室水力计算二、阻抗式调压室水力计算 自水库至调压室水头损失系数， =hw0/v，（包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失），在无连接管时用 代替（ +1/（2g） 4.0331230319.62 （二）、最高涌波计算（水电站调压室设计规范计算公式）：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(+1/(2g)*(H0-hw0-3*hwm)1412 1644 1239319.62 2gvvhm 2g L2g ； ； ; ; 0.515.531 1618 4、增加负荷时的最低涌波计算：1+(0.5-0.275m0.5)0.5)+0.1/-0.9)(1-m)(1-m/(0.650.62) 0.515.531 Q0mQ mQQ0 maxmax00 1 (1)(1)1 (1)(1)LnXXLnXX 2 0 w0 fv 2g h L S F 0w0 =hXm m Z X S 0.6 0.8 2 2 Z X S 式中： ve经济流速，明钢管和地下埋管为46ms； 钢筋砼管为24m/s；坝内埋管为37m/s 水锤计算 一.水锤计算的起始和边界条件 (一) 起始条件 水电站发生水锤现象时，管道中水流有稳定工况的恒定流变为不稳定工况的非恒定流，因此恒定流的终了时刻即为非恒定流的开始时刻。于是起始条件为： 当t=0时，管道中任何断面的流速为稳定运行时的流速，且没有水锤压力，如果不计水头损失，则起始条件可表达为： （二）边界条件 1.管道进水口 管道进口一般指水库或压力前池。由于水库面积大，水位变化比较慢，在水锤计算中不计风浪的影响，认为水库水位不变的常数是足够精确的。 压力前池的变化情况与渠道的调节类型有关。在水锤计算中也可认为前池水位不变。 因此，管道进口边界为 2.封闭端 若某一机组尚未装机，端部用闷头封死，称为封闭端，又称闷头，其边界条件相当于导叶完全关闭的机组或阀门 3.分叉管 分岔断面属于各岔管的共同断面，应保持压力相等，即 分岔处的流量应符合连续条件，即 4.调压室 调压室可认为是断面较大的分叉管，其边界条件为：调压室内有自由水面，因而隧洞、调压室与压力管道的交点处压力相同，同为调压室的静水压力，即 式中，下标s、y、t分别表示隧洞、压力管道和调压室，下同。同时满足连续条件 5.水轮机 1）冲击式水轮机 冲击式水轮机的最大引用流量 式中， 喷嘴全开时断面面积 喷嘴流量系数 水头 发生水锤后某一时刻，喷嘴断面面积为 时，阀门处产生水锤压力 ，水头变为 ，流量系数变为 ，则引用流量为 式（9）和式（10）相除，得 引入：相对开度 ；相对水锤压力 ；压力管道相对流量和相对流速 （ 为压力管道面积）。忽略不同开度时流量系数的微小差值，即 ，则有 当 时，式（12）可改写为 2）反击式水轮机 0 vv 0 HH 0p HH 0 p Q 123ppppn HHHH 0Q pspypt HHH pspypt QQQ max0max0 2QgH max 0 0 H H 0 HH 0 2 ()Qg HH 0 max 0max0 2 () 2 g HHQ QgH max 0 maxmax Q Fv q QFv 1q 1 2 1 (1) 2 q 1 (1) 2 q 为了简化计算，常假定压力管道出口边界条件为冲击式水轮机，求得水锤压力的近似值。 水电站发生水锤现象时，管道中水流有稳定工况的恒定流变为不稳定工况的非恒定流，因此恒定流的终了时刻即为非恒定流的开始时刻。于是起始条件为： 当t=0时，管道中任何断面的流速为稳定运行时的流速，且没有水锤压力，如果不计水头损失，则起始条件可表达为： 管道进口一般指水库或压力前池。由于水库面积大，水位变化比较慢，在水锤计算中不计风浪的影响，认为水库水