水电站建筑物,有压引水水力计算

1、水电站建筑物课程设计有压引水系统水力计算设计计算书姓 名 专 业 学 号 指导教师 时 间 目 录第一部分 设计课题·······································31.设计内容&

2、#183;···································32.设计目的·············

3、·······················3第二部分 设计资料及要求·························

4、;·······41.设计资料······································42.设计要求··

5、83;···································5第三部分 调压井稳定断面计算············

6、················61.引水系统水头损失······························62.引水道有效断面

7、83;·······························83.稳定断面计算·················

8、··················8第四部分 调压井水位波动计算····························101.最高涌波水

9、位··································102.最低涌波水位··············&

10、#183;···················13第五部分 调节保证计算····························

11、······151.水锤计算······································152.转速相对升高值···

12、;·····························19第六部分 附录···················&#

13、183;·······················211.附 图·························&

14、#183;···············212.参考文献·································

15、;·····21第一部分 设计课题1.1 课程设计内容对某水电站有压引水系统水力计算1.2 课程设计目的通过课程设计进一步巩固所学的理论知识，使理论与工程实际紧密结合。提高学生分析问题和解决实际问题的能力，计算能力和绘图能力。第二部分 设计资料及要求2.1 设计资料某电站是MT河梯级电站的第四级。坝址以上控制流域面积2362，多年平均流量44.9，由于河流坡降较大，电站采用跨河修建基础拱桥，在桥上再建双曲拱坝的形式，坝高(包括基础拱桥)54.8m。水库为日调节，校核洪水位1097.35m，相应尾水位1041.32m；正常蓄水位1092.0m，相

16、应尾水位1028.5m；死水位1082.0m，最低尾水位1026.6m。总库容，。装机容量，保证出力，多年平均发电量。该电站引水系统由进水口、隧洞、调压井及压力管道四部分组成，电站平面布置及纵断面图如图所示（指导书图1，图2）隧洞断面采用直径为5.5 m 的圆形，隧洞末端设一锥形管段，直径由5.5 m渐变至5 .0m，锥管段长5.0m，下接压力钢管。隧洞底坡取0.005,全长500.3m ，其中进水口部分长25.7m,进口转弯段长25.595m, 锥管段长为5 m。水轮机型号为HL211LJ225，阀门从全开到全关的时间为7s，其中有效关闭时间。机组额定转速，飞轮力矩。蜗壳长度，尾水管长度。转

17、轮出口直径。经核算，当上游为正常蓄水位，下游为正常尾水位，三台机满发电，糙率n取平均值，则通过水轮机的流量为96.9，当上游为死水位，下游为正常尾水位，三台机满发，饮水道糙率区最小值，压力管道糙率取最大值，则通过水轮机的流量为102。当上游为校核洪水位,下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，若丢荷幅度为300000KW,则流量为63.60；丢荷幅度为4500015000KW,则流量变幅为96.531.0。当上游为死水位，下游为正常尾水位时，若增荷幅度为3000045000KW,则 流量变化为68.5102.5；若丢荷幅度为300000KW,则 流量变化为67.50。采用联合供水方式，两个卜形分岔

18、管布置，主管直径5m，支管直径3.4m,分岔角。从调压井中心至蝴蝶阀中心，全长102.32m。如图4-4可知，压力管道可按钢板、混凝土、围岩联合作用进行结构计算，围岩单位弹性抗力系数为。取压力管道经济流速为，按流量96.9进行计算，压力管道经济直径为5m，蜗壳进口直径为3.4m，故设5m及3.4m两种管径，其中3号压力管道由直径5m过渡到3.4m锥管段长3.789m。三条压力管道中以3号压力管道最长，从隧洞末端到蝴蝶阀中心，全长113.3m。 计算时考虑不同的工况，隧洞糙率n分别取0.016，0.014,0.012；压力管道的糙率n分别取0.013，0.012,0.011。2.2 设计要求：2

19、.2.1 对整个引水系统进行水头损失计算；2.2.2 进行调压井水力计算求稳定断面；2.2.3 进行调压井水力计算确定波动振幅；（1）确定最高涌波水位(2）确定最低涌波水位2.2.4 进行机组调节保证计算，检验正常工作情况下水击压力、转速相对升高是否满足规范要求第三部分 调压井稳定断面计算3.1 引水系统水头损失3.1.1 局部水头损失： 式中，为局部水头损失系数；（）为断面面积；g()取9.81；( m³/s)为通过断面的流量，不同工况下分别取不同的值。经列表计算结果如下：局部水头损失计算表3-1栏号引水建筑物部位及运行工况断面面积局部水头损失系数 局部水头损失合计（1）进水口拦污

20、栅61.280.121.628729.5499（2）进口喇叭段29.760.105.7549（3）闸门井24.000.2017.6974（4）渐变段23.880.054.4689（5）隧洞进口平面转弯23.760.076.319819.5468（6）末端锥管段19.630.1013.2270（7）调压井正常运行19.630.1013.2270211.6315（8）增一台机负荷、从调压井流入管道19.631.50198.4046（9） 压 力 引 水 管 道 上水平段平面转弯19.630.045.2908428.9212（10）下水平段平面转弯9.080.0849.4560（11）斜井顶部立面转

21、弯19.630.0911.9043（12）斜井底部立面转弯9.080.0955.6380（13）锥管9.080.0849.4560（14）三台满发1岔管19.630.3039.6809（15）三台满发2岔管19.630.4559.5214（16）一台满发1岔管19.630.2735.7128（17）一台满发2岔管19.630.2735.7128（18）蝴蝶阀9.080.1486.54803.1.2 沿程水头损失： 式中，隧洞糙率系数n,可取0.016，0.014，0.012。压力管道糙率系数n可取0.013，0.012，0.011。l(m)为引水道长，()为断面面积， R(m)为水力半径。列表

22、计算结果如下：栏号引水道部位过水面积湿周（）水力半径引水道长（） 合计（1）进水口喇叭口进水段29.7621.981.3546.04522.65924750.183（2）闸门井段24.0020.001.2005.67624.134（3）渐变段23.8818.641.281110.012603.39（4）隧洞洞段23.7617.281.3756469.6543724.6572309.361（5）锥形洞段21.6516.491.31255.07423.154（6）调压井前段19.6315.711.25010.9821161.59（7）压力管道D=5m段1号岔道19.6315.711.25035.7

23、468881.18489754.114（8）1号2号岔道19.6315.711.25029.2156296.00（9）2号岔道19.6315.711.25012.2323570.70（10）锥管段13.8513.191.0503.9719392.71（11）D=3.4段9.0810.680.85021.35321613.5沿程水头损失计算表3-23.2 引水道有效断面：公式：，其中：调压井前引水管的长度: 调压井前引不同段水管的长度: 调压井前引不同段水管的面积由沿程水头损失计算表3-2中已知资料代入计算得： 故引水道的等效断面积有：注：L（调压井调压井前引水管的长度）的第一分项4.1m为拦污

24、栅到喇叭口进水段首部的长度，可由设计任务书图4-3得知，其面积可由局部水头损失表3-1得出。3.3 稳定断面计算： 所求的稳定断面需满足各工况下运行的要求，故计算时应按电站在运行时可能出现的最小水头考虑。即上游为死水位（1082.0m），下游是最低尾水位（1026.6m），此时的流量为102,三台机满发，引水道选用最小糙率0.012，压力管道选用最大糙率0.013。采用水电站建筑物本书中得托马斯断面计算公式有：式中：为引水道长度，由3.2中计算得511.28m； 为引水道的等效断面面积，由3.2中计算得23.8； 为静水位，按所选工况计算得=1082.0-1026.6=55.4m； 为引水道的

25、水头损失由局部水头损失和沿程水头损失组成 =1.405 m；为引水道阻力系数，由教材中公式可得 ；为压力管道中沿程水头的损失；将所有参数代入托马斯断面计算公式有：安全系数K（1.0-1.1）取1.02,则托马斯断面调压井直径 第四部分 调压井水位波动计算4.1 最高涌波水位计算调压室最高涌波水位，应出现在最高库水位丢弃全负荷的情况下，由设计计划书中已知资料，可知存在两种情况：4.1.1第一种情况：上游为校核水位，下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，丢荷幅度为300000KW,流量变化为63.60。解析法计算步骤如下：要求出最高涌波水位，只需求出即可。参考教材水电站建筑物公式得 ，分析可知：当n

26、取最大值时，由曼宁公式和谢才公式可知沿程阻力系数最大，沿程水头损失最大，也即最大，此时最小。故取=0.016,此时Q=63.6m³/s, 参考教材水电站建筑物150页图10-4 =0.1时，横坐标为0.35，小图有7.5格，每格值为0.047=0.024时，小图有3.5格，值约为取，故故最高涌波水位为1097.35+5.55=1102.90 m.4.1.2第二种情况：上游为校核水位，下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，丢荷幅度为4500030000KW,流量变化为96.531.0图解法计算步骤如下：水位波动的理论周期T为： t取T/25T/30左右，即取值在3.9-4.7S之间取平均

27、值t=4.3s 坐标横轴表示引水道流速v，以原点向左为正，纵轴表示水位z，向上为正,横轴相当于静水位画辅助曲线：作引水道的水头损失曲线 假定几个值，由公式计算相应的值结果如下 00.511.522.533.544.5500.060.250.571.011.582.273.094.03 5.16.3（1）用描点法可拟绘出关系曲线。（2）绘制关系曲线：它是通过原点O的直线，对纵坐标轴的斜率=0.083，与原点相连即得。（3）绘制关系曲线：若全部丢弃负荷时，A为0，曲线是一条斜率为a=0.64通过原点的直线；若部分丢弃负荷时，由流量和流速即可求出一点，斜率为a=0.64，即可画出一条直线，该工况下部

28、分丢弃负荷，A=0.83,图解计算： (见第六部分附图6-1)Zmax= 8.09 m所以最高涌波水位为1097.35 +8.09 = 1105.44 m.故综合解析法与数解法得最高涌波水位1105.444.2 最低涌波水位计算当上游为最低水位,丢弃负荷或增加负荷时都可能出现最低涌波水位，故存在如下两种情况：4.2.1第一种情况: 当上游为死水位,下游为正常尾水位,增荷幅度为3000045000KW,流量变化为68.5102.5。解析法计算步骤如下：增荷时由部分负荷增加到全负荷，则可按福格特公式求最低涌波水位,如下:式中,为最低涌高水位;为引水道水头损失，对于无阻抗圆筒式为无因次系数,为负荷系

29、数。取流量为102.5，糙率取0.016 参考教材水电站建筑物151页图10-5得到 故最低涌波水位为1082-6.44=1075.56m图解法计算步骤如下：取t=4.3s 按照丢弃负荷的方法选择同标系统，绘出关系曲线并绘出辅助曲线和图解计算： (见第六部分附图6-2)6.447 m所以最低涌波水位为1082-6.447 =1075.55 m4.2.2第二种情况：丢荷幅度为300000KW,流量变化为67.50解析法计算步骤如下：4.1.1中已计算出丢荷幅度为300000KW时最高涌波水位的参考教材水电站建筑物150页图10-4得：所以最低涌波水位为1082-4.37=1077.63m第五部分

30、 调节保证计算5.1 水锤计算由设计计划书可知：电站采用联合供水方式，有两个卜型岔管，主管直径为5m，支管直径为3.4m,分岔角29o27。压力管道的经济直径5m，蜗壳进口直径为3.4m，有5m及3.4m两种管道，其中3#压力管道由直径5m过渡到3.4m锥管锻长度为3.789m。5.1.1 压力管道中水锤类别的判断水锤波传播速度式中 声音在水中的传播速度（一般可取1435m/s）； 水的体积弹性模量，； 管道半径，取2.5m； 管道抗力系数，埋藏式压力管道由钢板由混凝土和围岩联合作用 钢板弹性模量，取低碳钢210GPa；管壁厚度，取最大0.014m；混凝土抗力系数，考虑其开裂，令其等于0；围岩

31、单位弹性抗力系数，取所以水锤波传播速度压力管道总长L，取调压井中心到蝴蝶阀中心全长102.32m；则因此压力管道中发生间接水锤5.1.2等价水管法计算一般在采用解析方法时，简单地认为可不考虑分岔管的影响，而只按最长的那根管道简化成等价水管进行分析计算，三条压力管道中3号压力管道最长，取该串联管为调保计算的等价管。又3号压力管道各段管径厚度等参数同，故下按串联管计算等价水管计算每段压力管道的抗力系数：。其中5m到3m锥管过渡段采用平均直径4m压力管道相关参数表5-1段号桩号管径（m）壁厚 (m)长度L（m）流速V(m/s)抗力系数K波速a(m/s)10+480.9815.0 0.0135.744.9456.3 1414.0720+511.9635.0 0.01212.233.2956.4 1414.0930+521.3295.0 0.01216.983.2956.4 1414.0940+534.3365.0 0.01412.231.6456.5 1414.1250+543.7025.03.40.0123