水电站-计算题

第六部分 计算题 录入 李栋浩 艾全武 校核 李凯 1 某电站水轮机采用金属蜗壳 最大包角为 水轮机设计流量 蜗壳345 3 0 10Qms 进口断面平均流速 试计算蜗壳进口断面的断面半径 2 2 4 e vms e 解 0 10 345 0 874 3603604 o e e oo e Q m V 2 某水电站采用混流式水轮机 所在地海拔高程为 450 00 米 设计水头为 100 米时的汽 蚀系数为 0 22 汽蚀系数修正值为 0 03 试计算设计水头下水轮机的最大吸出高度 Hs 2 解 10 0 10 0450 900 0 220 03 10015 5 900 s HH 3 某水电站水轮机的最大工作水头为 50m 在最大工作水头下水轮机发出额定出力时的流 量为 10m3 s 水轮机的转轮的标称直径为 2 2m 请选择调速器型号 2 解 计算调速功 max1 200 250 200 1050 2 220976 2AQ HDNm 由此可得调速功介于 10000 30000N m 为中小型调速器 查教材第 90 页表 5 1 反击 式水轮机调速器系列型谱 选接近而偏大者 得 YT 1800 YT 1800 表示带油压装置的单调节中型机械液压式调速器 额定油压为 2 5MPa 调节 功为 1800N m 4 某引水式水电站 压力水管末端阀门处静水头 H0 120m 压力水管长 L 500m 管径 D 3m 设计引用流量 30m3 s 管壁厚度 25mm 导叶有效调节时间 Ts 3s 5 1 已知管壁钢材的弹性模量 Es 206 106kPa 水的体积弹性模量 Ew 2 06 106kPa 求压力水管中水锤波速 a 值 2 水轮机由满负荷工作丢弃全部负荷 设导叶依直线规律关闭 求压力水管末端 阀门处 A 点及距阀门上游 200m 处 C 点的水锤压强 解 1 求水锤波速 6 6 14351435 967 6 2 06 103 1 1 206 100 025 w s am s E D E 2 判别水锤类型 2L a 2 500 967 6 1 03 3s 发生间接水锤 3 求 Vm 2 30 4 24 1 5 m Q vm s 4 判别间接水锤的类型 0 967 64 24 1 74 22 9 8 120 m av gH 初始状态为全开 发生末相水锤 00 1 1 741 6 22 500 1 740 6 967 6 3 s L aT 5 求水锤压强 22 0 6 0 8570 5 220 6 A m 应采用原公式 22 maxmax0 maxmax max0 4 0 3 0 640 6 0 806 2 0 806 0 806 12096 77 500200 0 8060 484 500 0 484 12058 03 A m AA CA C C HHm l L HHm 5 某水电站采用单独供水 压力水管的材料 管径和壁厚沿管长不变 单机设计 流量为 10m3 s 压力水管断面面积为 2 5m2 水管全长 L 300m 最大静水头 H0 60m 水锤波速取 10000m s 导叶启闭时间 Ts 3s 求导叶由全开到全关时导叶处的最大 水锤压强升高值 H 5 解 1 判别水锤类型 2L a 2 300 1000 0 6s Ts 3s 发生间接水锤 2 求 Vm 10 4 2 5 m Q vm s 3 判别间接水锤类型 0 1000 4 3 4 22 9 8 60 m av gH 初始状态为全开 发生末相水锤 00 1 3 41 6 22 300 3 40 68 1000 3 s L aT 4 求水锤压强 应采用原公式 22 0 68 1 030 5 220 68 A m 22 maxmax0 4 0 34 0 6840 68 0 95 2 0 95 0 95 6057 A m AA HHm 6 某水电站的压力钢管 管径和管壁厚度全长不变 水管总长 L 300m 最大静水 头 H0 100m 管中最大流速 Vmax 4m s 已求得水锤波速 a 1000m s 导叶启闭时间 Ts 3s 不考虑蜗壳和尾水管影响 试求 1 机组丢弃全部荷载时 导叶由全开到全关 的水锤压强升高值 并绘制分布图 2 增加全负荷时 导叶由全关至全开 的最大水锤压强降低值 3 设 允 0 4 若计超过允 请说出改善措施 5 解 1 1 判别水锤类型 2L a 2 300 1000 0 6s 3s 为间接水锤 2 判别间接水锤类型 0 10004 2 04 229 8 100 m av gH 初始状态为全开 为末相水锤 00 1 2 041 6 22 300 2 040 41 1000 3 s L aT 3 求水锤压强 应采用原公式 22 0 41 0 520 5 220 41 A m 22 4 0 26 0 5240 52 0 67 2 A m max 0 67 A max0 0 67 10067 A HHm 2 22 0 41 0 340 5 220 41 A m 符合条件 0 34 A m 0 0 34 10034 A m HHm 3 1 缩短管道长度 2 加大管道断面 3 设置调压室 4 采用合理的导叶 阀门 启闭规律 5 装置调压室 空放阀 6 设置水阻器 7 某水电站 0 50H 70Lm 钢管分为三段 各段参数如下 L1 30m V1 4m s a1 1000m s L2 20m V2 5m s a2 1100m s L3 20m V3 6m s a3 1200m s 钢管末端装有冲击式水轮机 导叶按直线规律关闭 Ts 4s 求 甩全负荷时 阀门处的 水锤压力值 5 解 按串联管道水锤计算 则 1 30202070 n i i LLm 1 30 420 520 6 4 8 70 n ii i m LV Vm s L 1 70 1443 75 302020 100011001200 mn i i i L cm s L c 又 22 70 0 01 1443 75 rs m L tT c 故为间接水锤 0 1443 754 8 6 931 22 1050 mm m c V gH 故为极限水锤 0 70 4 8 0 116 10 50 4 m m s LV gH T 22 0 116 0 12 220 116 m 0 12 506Hm 8 某水电站隧洞长 L 564m 断面面积 f 50m2 Vmax 4m s 水库正常蓄水位为 242m 死水位为 225m 下游尾水位为 150m 若一个调压室供一台机组 引水道可能水头损 失为 1 6m 1 8m 高压管道可能水头损失为 0 8 1 0m 求调压室的托马稳定断面积 6 解 托马稳定断面积公式 000 2 3 wwm Lf Fk gHhh 由已知条件 0 225 15075Hm 0 1 6 w hm 0 1 0 wm h 0w h 2 V 1 6 42 0 1 所以有 2 000 564 50 201 51 2 3 2 9 8 0 1 75 1 63 1 0 wwm Lf Fkm gHhh 9 某水电站 H0 100m L 500m 波速 c 1000m s 机组全开时管道中最大流速 Vmax 4m s 管道末端装有冲击式水轮机 阀门按直线规律关闭 由全开至全关所需的时间 为 5s 用解析方法求水轮机上游 200m 处的最大水锤压力升高 5 解 1 判断水锤类型 2Lc 2 500 1000 1s 2L a 2 80 1000 0 16s 发生间接水锤 2 计算水锤压强值 静水头 Hg 100 米 压力钢管的流速 max10 03 93 2 3 140 9 Q vm s A 水管特性系数 10003 93 0 2 0 229 81 100 av gHg 803 93 0 0 08 9 81 1004 Lv gH T g s 由得出水锤为极限水锤 2 01 6 0 0 08 22 4 0 0840 08 0 08 22 水锤压强值为 米 0 08 1008HH mg 11 某水电站光滑明钢管的最大设计流量为 8 7 m3 s 钢管的经济流速为 4 4 m s 水 电站的设计水头为 143m 含水锤压强 钢管的容许应力 钢管的焊缝系数 129 36MPa 试拟定压力钢管的内直径和管壁厚度 4 0 90 解 1 压力钢管的内直径 D0 448 7 1 59 0 3 144 4 Q D ve 米 2 管壁的初步厚度 t0 03 1000 9 81 143 1 59 0 9 6 2 2 0 90 129 36 10 gHD w mmt 取 0 10 mmt 考虑钢管管壁厚度的制造误差以及钢管运行中的磨损和锈蚀 管壁厚度应比计算 厚度增加 2mm 的厚度欲量 0 tt210212 mm 满足规范规定的最小厚度 且同时满足下式条件 1590 0 445 99 0 800800 D tmm 所以管壁厚度12tmm 12 某水电站在计算机组间距时 资料如下 发电机风罩外径 6 3 米 发电机通道宽 2 米 蜗壳的最大尺寸为 6 6 米 两蜗壳间混凝土厚度为 3 米 尾水管的出口宽度为 6 5 米 尾水闸墩厚度 3 米 试确定机组间距 7 解 当机组间距由发电机尺寸控制时 6 3 2 8 3 cb LDB 净 米 当机组间距由蜗壳尺寸控制时 12 6 639 6 c LLL 米 当机组间距由尾水管尺寸控制时 6 5 3 9 5 c LB 尾墩 米 取上述最大值为机组间距 所以机组间距 9 6 c L 米 13 某有压引水式水电站 水库正常蓄水位 370m 水库死水位 345m 下游正常尾水位 221m 压力钢管的总长度为 500m 光管直径为 1 8m 管内最大流量为 12 1m s 水锤波 速为 1000m s 阀门按直线规律关闭 阀门 导叶 有效关闭时间 Ts 3 4s 厂家容许值为 50 试求丢弃全部符合 0 1 时压力钢管末端的水锤压强相对升高至 max 若 不满足要求 可采取哪些措施 5 解 1 判别水锤的类型 Ts 3 4s 2L a 2 500 1000 1s 为间接水锤 2 计算水锤压强值 静水头 Hg 370 221 149 米 压力钢管的流速 v0 max 2 Q12 1 4 76 m s A3 14 0 9 水管特性系数 01000 4 76 1 62 22 9 81 149 av gHg 0 gs Lv500 4 76 0 48 gH T9 81 149 3 4 有 0 1 62 1 6 得出水锤为极限水锤 m 22 0 48 4 0 48 4 4 6 22 0 8 0 1 不满足水锤压强值 采取的措施有 缩短压力管道的长度 减小压力管道中的流速 选择 合理的调节规律 延长有效的关闭时间 设置减压阀 设置水阻器 设置折向器 水电 站 计算题 计算题 1 基本资料 基本资料 某电站简单压力管道 设计水头 160m 管道中最大流速为 4m s 管道长 600m 水锤波速 1200m s 阀门全部开启 试计算 1 当阀门在 1 秒中全部关闭 求最大水锤压力 2 当阀门在 8 秒中按直线规律全部关闭 求最大水锤压力值 解 1 相长 tr 2L a 2 600 1200 1s Ts 1s tr 发生直接水锤 1200 4489 8 9 8 a Hvm g 2 Ts 8s tr 发生间接水锤 水管特性常数 avmax 2g H0 1200 4 2 9 8 160 1 53 0 1 53 1 1 53 1 判断为极限水锤 管道特性系数 Lvmax g H0Ts 600 4 9 8 160 8 0 191 最大水锤压力相对值 m 2 2 2 0 191 2 0 191 0 211 2 基本资料 基本资料 某电站引水管道长 600m 管道直径 4m 引用流量 50m3 s 设计水头 120m 最大水头 150m 最小水头 60m 求 1 试用水流加速时间公式判断是否需设调压室 Tw 1 5 6s 时可不设 2 如设 求托马断面 0 19 压力管道水头损失 1 3m 解 1 sm DF Q v 4 57 12 50 4 4 50 4 50 22 s gH vL T p ii w 03 2 1208 9 4600 介于 1 5s 与 6s 之间 是否设调压室应根据电站在电力系统中所占的比 例 来确定 2 调压室托马断面为 2 2 001 17 38 3 13419 0 60 8 919 0 2 57 12600 3 22 0 m hhHg Lf gH Lf F wTw th 3 基本资料 基本资料 某地面压力钢管 HP 90m Vmax 4 5m s 水锤压力按 30 HP 计算 求管壁计算厚度与结构厚度并进行抗外压稳定校核 用彭德舒公式计算 D