水電站建筑物,有壓引水水力計(jì)算

1、水電站建筑物課程設(shè)計(jì)有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算書姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 時(shí) 間 目 錄第一部分 設(shè)計(jì)課題·······································31.設(shè)計(jì)內(nèi)容&

2、#183;···································32.設(shè)計(jì)目的·············

3、·······················3第二部分 設(shè)計(jì)資料及要求·························

4、;·······41.設(shè)計(jì)資料······································42.設(shè)計(jì)要求··

5、83;···································5第三部分 調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算············

6、················61.引水系統(tǒng)水頭損失······························62.引水道有效斷面

7、83;·······························83.穩(wěn)定斷面計(jì)算·················

8、··················8第四部分 調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算····························101.最高涌波水

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

10、#183;···················13第五部分 調(diào)節(jié)保證計(jì)算····························

11、······151.水錘計(jì)算······································152.轉(zhuǎn)速相對(duì)升高值···

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

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

14、#183;···············212.參考文獻(xiàn)·································

15、;·····21第一部分 設(shè)計(jì)課題1.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)某水電站有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算1.2 課程設(shè)計(jì)目的通過課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，使理論與工程實(shí)際緊密結(jié)合。提高學(xué)生分析問題和解決實(shí)際問題的能力，計(jì)算能力和繪圖能力。第二部分 設(shè)計(jì)資料及要求2.1 設(shè)計(jì)資料某電站是MT河梯級(jí)電站的第四級(jí)。壩址以上控制流域面積2362，多年平均流量44.9，由于河流坡降較大，電站采用跨河修建基礎(chǔ)拱橋，在橋上再建雙曲拱壩的形式，壩高(包括基礎(chǔ)拱橋)54.8m。水庫為日調(diào)節(jié)，校核洪水位1097.35m，相應(yīng)尾水位1041.32m；正常蓄水位1092.0m，相

16、應(yīng)尾水位1028.5m；死水位1082.0m，最低尾水位1026.6m?？値烊?，。裝機(jī)容量，保證出力，多年平均發(fā)電量。該電站引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、隧洞、調(diào)壓井及壓力管道四部分組成，電站平面布置及縱斷面圖如圖所示（指導(dǎo)書圖1，圖2）隧洞斷面采用直徑為5.5 m 的圓形，隧洞末端設(shè)一錐形管段，直徑由5.5 m漸變至5 .0m，錐管段長5.0m，下接壓力鋼管。隧洞底坡取0.005,全長500.3m ，其中進(jìn)水口部分長25.7m,進(jìn)口轉(zhuǎn)彎段長25.595m, 錐管段長為5 m。水輪機(jī)型號(hào)為HL211LJ225，閥門從全開到全關(guān)的時(shí)間為7s，其中有效關(guān)閉時(shí)間。機(jī)組額定轉(zhuǎn)速，飛輪力矩。蝸殼長度，尾水管長度。轉(zhuǎn)

17、輪出口直徑。經(jīng)核算，當(dāng)上游為正常蓄水位，下游為正常尾水位，三臺(tái)機(jī)滿發(fā)電，糙率n取平均值，則通過水輪機(jī)的流量為96.9，當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位，三臺(tái)機(jī)滿發(fā)，飲水道糙率區(qū)最小值，壓力管道糙率取最大值，則通過水輪機(jī)的流量為102。當(dāng)上游為校核洪水位,下游為相應(yīng)尾水位，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)時(shí)，若丟荷幅度為300000KW,則流量為63.60；丟荷幅度為4500015000KW,則流量變幅為96.531.0。當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位時(shí)，若增荷幅度為3000045000KW,則 流量變化為68.5102.5；若丟荷幅度為300000KW,則 流量變化為67.50。采用聯(lián)合供水方式，兩個(gè)卜形分岔

18、管布置，主管直徑5m，支管直徑3.4m,分岔角。從調(diào)壓井中心至蝴蝶閥中心，全長102.32m。如圖4-4可知，壓力管道可按鋼板、混凝土、圍巖聯(lián)合作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，圍巖單位彈性抗力系數(shù)為。取壓力管道經(jīng)濟(jì)流速為，按流量96.9進(jìn)行計(jì)算，壓力管道經(jīng)濟(jì)直徑為5m，蝸殼進(jìn)口直徑為3.4m，故設(shè)5m及3.4m兩種管徑，其中3號(hào)壓力管道由直徑5m過渡到3.4m錐管段長3.789m。三條壓力管道中以3號(hào)壓力管道最長，從隧洞末端到蝴蝶閥中心，全長113.3m。 計(jì)算時(shí)考慮不同的工況，隧洞糙率n分別取0.016，0.014,0.012；壓力管道的糙率n分別取0.013，0.012,0.011。2.2 設(shè)計(jì)要求：2

19、.2.1 對(duì)整個(gè)引水系統(tǒng)進(jìn)行水頭損失計(jì)算；2.2.2 進(jìn)行調(diào)壓井水力計(jì)算求穩(wěn)定斷面；2.2.3 進(jìn)行調(diào)壓井水力計(jì)算確定波動(dòng)振幅；（1）確定最高涌波水位(2）確定最低涌波水位2.2.4 進(jìn)行機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算，檢驗(yàn)正常工作情況下水擊壓力、轉(zhuǎn)速相對(duì)升高是否滿足規(guī)范要求第三部分 調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算3.1 引水系統(tǒng)水頭損失3.1.1 局部水頭損失： 式中，為局部水頭損失系數(shù)；（）為斷面面積；g()取9.81；( m³/s)為通過斷面的流量，不同工況下分別取不同的值。經(jīng)列表計(jì)算結(jié)果如下：局部水頭損失計(jì)算表3-1欄號(hào)引水建筑物部位及運(yùn)行工況斷面面積局部水頭損失系數(shù) 局部水頭損失合計(jì)（1）進(jìn)水口攔污

20、柵61.280.121.628729.5499（2）進(jìn)口喇叭段29.760.105.7549（3）閘門井24.000.2017.6974（4）漸變段23.880.054.4689（5）隧洞進(jìn)口平面轉(zhuǎn)彎23.760.076.319819.5468（6）末端錐管段19.630.1013.2270（7）調(diào)壓井正常運(yùn)行19.630.1013.2270211.6315（8）增一臺(tái)機(jī)負(fù)荷、從調(diào)壓井流入管道19.631.50198.4046（9） 壓 力 引 水 管 道 上水平段平面轉(zhuǎn)彎19.630.045.2908428.9212（10）下水平段平面轉(zhuǎn)彎9.080.0849.4560（11）斜井頂部立面轉(zhuǎn)

21、彎19.630.0911.9043（12）斜井底部立面轉(zhuǎn)彎9.080.0955.6380（13）錐管9.080.0849.4560（14）三臺(tái)滿發(fā)1岔管19.630.3039.6809（15）三臺(tái)滿發(fā)2岔管19.630.4559.5214（16）一臺(tái)滿發(fā)1岔管19.630.2735.7128（17）一臺(tái)滿發(fā)2岔管19.630.2735.7128（18）蝴蝶閥9.080.1486.54803.1.2 沿程水頭損失： 式中，隧洞糙率系數(shù)n,可取0.016，0.014，0.012。壓力管道糙率系數(shù)n可取0.013，0.012，0.011。l(m)為引水道長，()為斷面面積， R(m)為水力半徑。列表

22、計(jì)算結(jié)果如下：欄號(hào)引水道部位過水面積濕周（）水力半徑引水道長（） 合計(jì)（1）進(jìn)水口喇叭口進(jìn)水段29.7621.981.3546.04522.65924750.183（2）閘門井段24.0020.001.2005.67624.134（3）漸變段23.8818.641.281110.012603.39（4）隧洞洞段23.7617.281.3756469.6543724.6572309.361（5）錐形洞段21.6516.491.31255.07423.154（6）調(diào)壓井前段19.6315.711.25010.9821161.59（7）壓力管道D=5m段1號(hào)岔道19.6315.711.25035.7

23、468881.18489754.114（8）1號(hào)2號(hào)岔道19.6315.711.25029.2156296.00（9）2號(hào)岔道19.6315.711.25012.2323570.70（10）錐管段13.8513.191.0503.9719392.71（11）D=3.4段9.0810.680.85021.35321613.5沿程水頭損失計(jì)算表3-23.2 引水道有效斷面：公式：，其中：調(diào)壓井前引水管的長度: 調(diào)壓井前引不同段水管的長度: 調(diào)壓井前引不同段水管的面積由沿程水頭損失計(jì)算表3-2中已知資料代入計(jì)算得： 故引水道的等效斷面積有：注：L（調(diào)壓井調(diào)壓井前引水管的長度）的第一分項(xiàng)4.1m為攔污

24、柵到喇叭口進(jìn)水段首部的長度，可由設(shè)計(jì)任務(wù)書圖4-3得知，其面積可由局部水頭損失表3-1得出。3.3 穩(wěn)定斷面計(jì)算： 所求的穩(wěn)定斷面需滿足各工況下運(yùn)行的要求，故計(jì)算時(shí)應(yīng)按電站在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最小水頭考慮。即上游為死水位（1082.0m），下游是最低尾水位（1026.6m），此時(shí)的流量為102,三臺(tái)機(jī)滿發(fā)，引水道選用最小糙率0.012，壓力管道選用最大糙率0.013。采用水電站建筑物本書中得托馬斯斷面計(jì)算公式有：式中：為引水道長度，由3.2中計(jì)算得511.28m； 為引水道的等效斷面面積，由3.2中計(jì)算得23.8； 為靜水位，按所選工況計(jì)算得=1082.0-1026.6=55.4m； 為引水道的

25、水頭損失由局部水頭損失和沿程水頭損失組成 =1.405 m；為引水道阻力系數(shù)，由教材中公式可得 ；為壓力管道中沿程水頭的損失；將所有參數(shù)代入托馬斯斷面計(jì)算公式有：安全系數(shù)K（1.0-1.1）取1.02,則托馬斯斷面調(diào)壓井直徑 第四部分 調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算4.1 最高涌波水位計(jì)算調(diào)壓室最高涌波水位，應(yīng)出現(xiàn)在最高庫水位丟棄全負(fù)荷的情況下，由設(shè)計(jì)計(jì)劃書中已知資料，可知存在兩種情況：4.1.1第一種情況：上游為校核水位，下游為相應(yīng)尾水位，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)時(shí)，丟荷幅度為300000KW,流量變化為63.60。解析法計(jì)算步驟如下：要求出最高涌波水位，只需求出即可。參考教材水電站建筑物公式得 ，分析可知：當(dāng)n

26、取最大值時(shí)，由曼寧公式和謝才公式可知沿程阻力系數(shù)最大，沿程水頭損失最大，也即最大，此時(shí)最小。故取=0.016,此時(shí)Q=63.6m³/s, 參考教材水電站建筑物150頁圖10-4 =0.1時(shí)，橫坐標(biāo)為0.35，小圖有7.5格，每格值為0.047=0.024時(shí)，小圖有3.5格，值約為取，故故最高涌波水位為1097.35+5.55=1102.90 m.4.1.2第二種情況：上游為校核水位，下游為相應(yīng)尾水位，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)時(shí)，丟荷幅度為4500030000KW,流量變化為96.531.0圖解法計(jì)算步驟如下：水位波動(dòng)的理論周期T為： t取T/25T/30左右，即取值在3.9-4.7S之間取平均

27、值t=4.3s 坐標(biāo)橫軸表示引水道流速v，以原點(diǎn)向左為正，縱軸表示水位z，向上為正,橫軸相當(dāng)于靜水位畫輔助曲線：作引水道的水頭損失曲線 假定幾個(gè)值，由公式計(jì)算相應(yīng)的值結(jié)果如下 00.511.522.533.544.5500.060.250.571.011.582.273.094.03 5.16.3（1）用描點(diǎn)法可擬繪出關(guān)系曲線。（2）繪制關(guān)系曲線：它是通過原點(diǎn)O的直線，對(duì)縱坐標(biāo)軸的斜率=0.083，與原點(diǎn)相連即得。（3）繪制關(guān)系曲線：若全部丟棄負(fù)荷時(shí)，A為0，曲線是一條斜率為a=0.64通過原點(diǎn)的直線；若部分丟棄負(fù)荷時(shí)，由流量和流速即可求出一點(diǎn)，斜率為a=0.64，即可畫出一條直線，該工況下部

28、分丟棄負(fù)荷，A=0.83,圖解計(jì)算： (見第六部分附圖6-1)Zmax= 8.09 m所以最高涌波水位為1097.35 +8.09 = 1105.44 m.故綜合解析法與數(shù)解法得最高涌波水位1105.444.2 最低涌波水位計(jì)算當(dāng)上游為最低水位,丟棄負(fù)荷或增加負(fù)荷時(shí)都可能出現(xiàn)最低涌波水位，故存在如下兩種情況：4.2.1第一種情況: 當(dāng)上游為死水位,下游為正常尾水位,增荷幅度為3000045000KW,流量變化為68.5102.5。解析法計(jì)算步驟如下：增荷時(shí)由部分負(fù)荷增加到全負(fù)荷，則可按福格特公式求最低涌波水位,如下:式中,為最低涌高水位;為引水道水頭損失，對(duì)于無阻抗圓筒式為無因次系數(shù),為負(fù)荷系

29、數(shù)。取流量為102.5，糙率取0.016 參考教材水電站建筑物151頁圖10-5得到 故最低涌波水位為1082-6.44=1075.56m圖解法計(jì)算步驟如下：取t=4.3s 按照丟棄負(fù)荷的方法選擇同標(biāo)系統(tǒng)，繪出關(guān)系曲線并繪出輔助曲線和圖解計(jì)算： (見第六部分附圖6-2)6.447 m所以最低涌波水位為1082-6.447 =1075.55 m4.2.2第二種情況：丟荷幅度為300000KW,流量變化為67.50解析法計(jì)算步驟如下：4.1.1中已計(jì)算出丟荷幅度為300000KW時(shí)最高涌波水位的參考教材水電站建筑物150頁圖10-4得：所以最低涌波水位為1082-4.37=1077.63m第五部分

30、 調(diào)節(jié)保證計(jì)算5.1 水錘計(jì)算由設(shè)計(jì)計(jì)劃書可知：電站采用聯(lián)合供水方式，有兩個(gè)卜型岔管，主管直徑為5m，支管直徑為3.4m,分岔角29o27。壓力管道的經(jīng)濟(jì)直徑5m，蝸殼進(jìn)口直徑為3.4m，有5m及3.4m兩種管道，其中3#壓力管道由直徑5m過渡到3.4m錐管鍛長度為3.789m。5.1.1 壓力管道中水錘類別的判斷水錘波傳播速度式中 聲音在水中的傳播速度（一般可取1435m/s）； 水的體積彈性模量，； 管道半徑，取2.5m； 管道抗力系數(shù)，埋藏式壓力管道由鋼板由混凝土和圍巖聯(lián)合作用 鋼板彈性模量，取低碳鋼210GPa；管壁厚度，取最大0.014m；混凝土抗力系數(shù)，考慮其開裂，令其等于0；圍巖

31、單位彈性抗力系數(shù)，取所以水錘波傳播速度壓力管道總長L，取調(diào)壓井中心到蝴蝶閥中心全長102.32m；則因此壓力管道中發(fā)生間接水錘5.1.2等價(jià)水管法計(jì)算一般在采用解析方法時(shí)，簡(jiǎn)單地認(rèn)為可不考慮分岔管的影響，而只按最長的那根管道簡(jiǎn)化成等價(jià)水管進(jìn)行分析計(jì)算，三條壓力管道中3號(hào)壓力管道最長，取該串聯(lián)管為調(diào)保計(jì)算的等價(jià)管。又3號(hào)壓力管道各段管徑厚度等參數(shù)同，故下按串聯(lián)管計(jì)算等價(jià)水管計(jì)算每段壓力管道的抗力系數(shù)：。其中5m到3m錐管過渡段采用平均直徑4m壓力管道相關(guān)參數(shù)表5-1段號(hào)樁號(hào)管徑（m）壁厚 (m)長度L（m）流速V(m/s)抗力系數(shù)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