水力机械 + 水电站 + 计算.docx

A、水轮机的主要类型一反击式水轮机 ： 利用水流的势能和动能做功的水轮机 特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，水流充满转轮室。1.混流式：中、高水头（30-700m） 水流径入轴出 稳定，效率高（最大可达94%），高水头低流量。三峡、龙羊峡、刘家峡。2.轴流式：中、低水头 (3 - 80m) 水流轴入轴出(始终平行于主轴) （分 定桨式 和 转桨式） 低水头、高流量 。 轴流定浆式：(3-50m)叶片不能随工况的变化而转动。高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。 轴流转浆式：(3-80m)叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。3.斜流式：中向高水头发展（40-200m）水流斜进。 转轮叶片随工况变化而转动， 效率高。 (8-12片) 密云水库。4.贯流式：低、超低水头 （ H0，即, ， ，取可能最大值 （2），即+（引水道水力损失，压力管道水头损失） 例题：某露天式压力钢管，管径D3m，跨中断面最大静水头=62m。水锤压力，钢管允许应力MPa，焊缝系数，若将允许应力降低20。试确定管壁厚度，并验算是否应设加劲环？若其钢管轴向倾角，求径向水压力在此非加劲环断面的管壁顶点()和水平轴线()处的环向应力？解：(1) 构造要求：(a) (b) 6mm最后取管壁厚度(2)是否应设加劲环？ 故需设加劲环。(3) 环向应力(1-1断面)作业(要求抄题)：某电站采用露天式压力钢管，跨中断面最大作用水头为80.6m(包括水锤压力)，钢管直径D=3m，管厚,若其管轴线与地面夹角，法向均布力(垂直管轴线)，支墩间距L=10m。求（1） 是否需设加劲环？（2） 管截面顶点由径向水压力产生的环向应力？（3） 由法向力在管壁顶点产生的轴向应力？解：(1) 故需设加劲环。(2) 管截面顶点由径向水压力产生的环向应力 (3) 由法向力在管壁顶点产生的轴向应力例题：某引水式水电站设有三台冲击式水轮机，单管单机供水，=3200kW，试根据下面资料对机组丢弃全部负荷时进行水锤计算(判断水锤类型并计算其值)。已知管长500m，直径0.85m，管壁厚度=14mm，管末端中心线设计水头250m，设计流量1.6m3/s，机组总的关闭时间5.3秒,采用明钢管，=0.3，=2.1105N/cm2，=2.1105N/mm2。思路：(1)判断是直接水锤还是间接水锤？(2)若是间接水锤，继续判断是第一相水锤还是末相水锤？解：(1)计算水锤波速(2)判断水锤类型 因为，故发生间接水锤。(3)判断间接水锤类型 故产生第一相水锤。(4)计算第一相水锤值作业(要求抄题)：某水电站装有冲击式水轮机，静水头，采用简单管，管长L=400m，阀门全开时，管道流速，水锤波速a=1000m/s，(1)阀门有效关闭时间，求最大水锤压力；(2)如果阀门的有效关闭时间延长到，求阀门由全开到全关的最大水锤压力；（3）阀门有效关闭时间，求阀门由部分开启()到全关的最大水锤压力。(开度依直线规律变化，用近似公式)。解：(1)(a)判断水锤类型 因为，故发生直接水锤。 (b)计算最大水锤值 m(2)(a)判断水锤类型 因为，故发生间接水锤。 (b)判断是第一相水锤还是末相水锤 故产生末相水锤。(c)计算末相水锤值 (3)(a)判断水锤类型因为阀门按线性规律关闭，关闭时间，故发生间接水锤。(b)判断是第一相水锤还是末相水锤 故产生第一相水锤。(c)计算第一相水锤值启示：（1）由前两问可知，直接水锤压力一般很大，发生间接水锤比发生直接水锤的水锤压力小，电站设计要避免发生直接水锤；（2）由后两问可知，管道特性系数和的值没有变化，它们的取值与初始开度无关；（3）由后两问可知，水锤压力的最大值未必发生在丢弃全负荷的情况，可能发生在丢弃部分负荷的情况，设计电站与电站运行时要注意这一点（参考P133图9-5）。（4）第二问与第三问的水锤压力相对值计算结果偏大(参考教材P102的标准)，实际设计时还宜延长阀门的有效关闭时间。与启示（3）相似的情况：消力池的尺寸设计时未必由通过正常设计流量时控制，也有可能是由较小的流量控制，设计时要假设闸门逐渐开启，流量从小到大先找到最不利的情况，然后根据最不利的情况设计消力池尺寸。例题：D总=2m,D岔=1.2m，a=1000m/s，Ts=5s，H0=62m,Q=34.5m3/s，求阀门末端水锤压力值。思路：岔管串联管简单管解：(1)简化成串联管(2)换算等价水管(3)计算水锤压力(a)判断水锤类型故发生间接水锤。(b)判断第一相水锤还是末相水锤故产生末相水锤。(c)计算末相水锤值例题：简单引水式水电站，采用简单圆筒式调压室，引水隧洞长950m，断面15m2，Q=46.2m3/s，水头损失，压力管道水头损失，水库上游最高水位189.3m，死水位182.0m，尾水位124.0m，尾水位最高124.8m，最低122.5m，若取安全系数1.1，求调压室断面面积。思路：关键在于求解：(1)水头损失计算(a)引水道的水头损失(b)压力管道的水头损失(c)求引水道的阻力系数(2)计算水头(3)计算调压室临界断面(4)计算调压室断面面积且故调压室所需的最小稳定断面面积为128.37m2。作业(要求抄题)：某引水道洞长500m，直径4m，最大流量25.12m3/s，局部水头损失系数之和，隧洞末端设一简单圆筒式调压室，调压室之后的压力管道的最大水头损失为0.9m，若上游最高水位250m，最低水位200m，下游水位150m。求小波动时，调压室所需最小稳定断面面积(安全系数取1.1)。解：(1)计算水头(2)求引水道总阻力系数(3) 计算引水道的水头损失(4)由题意知，压力管道的水头损失为(5) 计算调压室临界断面(6) 调压室所需最小稳定断面面积(设计断面)且故调压室所需的最小稳定断面面积为54.2m2。1、无压进水口包括： 表面式进水口 和 底部拦污栅式进水口 ，有压进水口包括：坝式进水口 ，岸式进水口 、 塔式进水口 。2、压力管道的水力计算包括： 水头损失计算 , 水锤计算 。3、岔管布置方式有： 卜形布置 、 对称Y形布置 、 三岔形布置 。对于明钢岔管按其所用的加强方式，其结构型式有： 内加强月牙肋岔管 , 三梁岔管 , 贴边岔管 , 球形岔管 , 无梁岔管 , 隔壁岔管 。4、地下埋管的施工程序包括： 开挖 ， 钢衬安装 ， 混凝土回填 ， 灌浆 。5、作用在明钢管上的力按作用方向分为 轴向力 、 法向力 、 径向力 。6、水电站的五大类型包括有： 坝式水电站 ， 引水式水电站 ， 混合式水电站 ， 抽水蓄能电站 ， 潮汐电站 。7、压力管道的特点有： 坡度陡 、 承受最大水头且受水锤动水压力 、 靠近厂房 。8、明钢管引近厂房的方式有： 正向引近 , 纵向引近 , 斜向引近 。9、地下埋管的灌浆分为： 回填灌浆 ， 接缝灌浆 ， 固结灌浆 。10、水电站包括枢纽建筑物和发电建筑物，枢纽建筑物包括： 挡水建筑物 ， 泄水泄沙建筑物 ， 过坝建筑物 ，发电建筑物包括 引水建筑物 和 发电厂房及其附属建筑物 。11、地面式厂房分为