有压引水系统水力计算

1、一、设计课题水电站有压引水系统水力计算。二、设计资料及要求1、设计资料见课程设计指导书、任务书；2、设计要求：（1）、对整个引水系统进行水头损失计算；（2）、进行调压井水力计算球稳定断面；（3）、确定调压井波动振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位；（4）、进行机组调节保证计算，检验正常工作状况下税基压力、转速相对值。三、调压井水力计算求稳定断面<一>引水道的等效断面积：，引水道有效断面积f的求解表栏号引水道部位过水断面fi（m2）Li(m)Li/fi(1)拦污栅61.284.10.067(2)喇叭口进水段29.766.00.202(3)闸门井段24.005.60.233(4)渐变段

2、23.8810.00.419(5)D=5.5m23.76469.619.764(6)锥形洞段21.655.00.231(7)调压井前管段19.6310.980.559 所以引水道的等效断面积=511.28/21.475=23.81 m2<二>引水道和压力管道的水头损失计算：引水道的水头损失包括局部水头损失h局和沿程水头损失h沿两部分压力管道的水头损失包括局部水头损失h局和沿程水头损失h沿两部分1,g ：重力加速度9.81m/s2 Q ：通过水轮机的流量取102m3/s ：断面面积 m2 ：局部水头损失系数 局部水头损失h局计算表 栏号引水建筑物部位及运行工况断面面积（m2）局部水头

3、损失系数局部水头损失10-6Q2（m）合计(m)(1)进水口拦污栅61.280.120.0170.307(2)进口喇叭段29.760.100.060(3)闸门井24.000.200.184(4)渐变段23.880.050.046(5)隧洞进口平面转弯23.760.070.0660.204(6)末端锥管段19.630.100.138(7)调压井正常运行19.630.100.1382.202(8)增一台机负荷，从调压井流入管道19.631.502.064(9)压力引力管道上水平段平面转弯19.630.040.0554.464（10）下水平段平面转弯9.080.080.515（11）斜井顶部立面转弯

4、19.630.090.124（12）斜井底部立面转弯9.080.090.579（13）锥管9.080.080.515（14）三台机满发1岔管19.630.300.413（15）三台机满发2岔管19.630.450.619（16）一台机满发1岔管19.630.270.372(17)一台机满发2岔管19.630.270.372(18)蝴蝶阀9.080.140.900从上表中可以看出：引水道的h局=0.037+0.204+2.202=2.713m 压力管道的h局=4.464m 2, n：糙率系数，引水道糙率取最小值0.012；压力管道取最大值0.013l ：引水道长度 m ：断面面积 m2R：为水力

5、半径 m Q ：通过水轮机的流量m3/s 沿程水头损失h程计算表栏号引水道部位过水断面面积W（）湿周（m）水力半径R（m）引水道长（m）h程 (m)合计（m）1进水口喇叭口进水段29.7621.981.35406.04522.4480.0072闸门井段24.0020.001.20005.67625.2720.0113渐变段23.8818.641.281110.012606.7810.0184隧洞D=5.5M段23.7617.281.3756469.6543680.5350.8155锥形洞段21.6516.491.31255.07423.3070.0116调压井前管段19.6315.711.25

6、0010.9821154.080.03271号叉管19.6315.711.250035.7468856.7230.10981-2号叉管19.6315.711.250029.2156276.0180.04092号叉管19.6315.711.250012.2323562.3310.00410锥管段13.8513.191.05003.9719396.6410.00311D=3.4段9.0810.680.850021.25321684.6320.057计算隧洞的沿程水头损失用的糙率取最小值0.012；计算压力管道的沿程水头损失用的糙率取最大值0.013。上表中栏号1、2、3、4、5、6中的Q=102；

7、栏号7中Q=96.9；栏号 8中Q=64.6；栏号9中Q=32.3；栏号10中Q=32.3；栏号11中Q=32.3；=（0.307+0.203+2.202）+（0.007+0.011+0.018+0.815+0.011+0.032）=3.606m压力管道沿程水头损失：=0.109+0.040+0.004+0.003+0.057=0.213m<三>、调压井稳定断面的计算 为使求得的稳定断面满足各种运行工况的要求，上游取死水位，下游取正常尾水位情况计算 hw0：引水道水头损失，大小为3.606mhwT0：压力管道沿程水头损失，大小为0.213mH0：静水头，H0=上游死水位下游正常尾水

8、位=1082.01028.5=53.5m则=53.5-3.606-30.213=49.255m 取K=1.5，D=5.5m， =hw0/v2=0.196当三台机组满出力时，保证波动稳定所需的最小断面：=k其中k=1.21.5，g=9.81, L=511.28m , f=23.81（）, = 47.255(m)=k=100.49则调压室断面直径D=11.311m. 四水位波动的计算：hw0为引水道的水头损失，包括沿程损失和局部水头损失两部分， 局部水头损失h局计算表 栏号引水建筑物部位及运行工况断面面积（m2）局部水头损失系数局部水头损失10-6Q2（m）合计(m)(1)进水口拦污栅61.280

9、.121.629Q229.550 Q2(2)进口喇叭段29.760.105.755Q2(3)闸门井24.000.2017.697Q2(4)渐变段23.880.054.469Q2(5)隧洞进口平面转弯23.760.076.320Q219.547 Q2(6)末端锥管段19.630.1013.227Q2（7）调压井正常运行19.630.1013.227 Q2211.632 Q2（8）增一台机负荷，从调压井流入管道19.631.50198.405 Q2沿程水头损失 h程计算表栏号引水道部位过水断面（m2）湿周（m）水力半径R（m）引水道长（mh程10-6n2Q2（m）合计（m）1喇叭口进水段29.76

10、21.981.35406.04522.66 n2Q22闸门井段24.0020.001.20005.67624.13n2Q23渐变段23.8818.641.281110.012603.40n2Q24D=5.5M洞段23.7617.281.3756469.6543724.61n2Q25锥形洞段21.6516.491.31255.07423.15n2Q26调压井前管段19.6315.711.250010.9821161.60n2Q2<一>、最高涌波水位：（1）. 当上游为校核洪水位1097.35m，下游为相应的尾水位1041.32m，电站丢弃两台机时，若丢荷幅度为300000KW，则流量

11、为63.60m3/s，用数解法计算。 ，其中：引水道的直径为5.5m; Q0为流量，大小为63.6 m3; g为重力加速度9.81 m/s2 L为引水道的长度511.28m; f为引水道的等效面积23.81F为稳定断面的面积 100.49; hwo为引水道的水头损失hw0=h局+h沿=(29.550+19.547+211.632) Q2 +( 4522.66+7624.13+12603.40+543724.61+7423.15+21161.60)n2Q2Q取63.6m3/s; n取糙率系数的最小值0.012则hw0=1.055m+0.348m=1.403m则计算结果如下：，查书本P150图10

12、-4得，则所以，最高涌波水位=8.21+1097.35=1105.56m。(2). 当上游为校核洪水位1097.35m，下游为相应的尾水位1041.32m，电站丢弃两台机时，若丢荷幅度为4500015000KW，则流量为96.531.0m3/s。利用图解法求解： A、以横轴表示引水道流速v，以圆点向左为正，向右为负；以纵轴表示水位z，以向上为正，向下为负，横轴相当于静水位。B 、辅助曲线，、引水道水头损失曲线：， =0.213 、绘制, 则 =T/25=3.80(s) 又=23.81/100.49=0.237,当丢弃负荷为4500015000时，流量从96.531.0，=31.0/100.49

13、=0.308; c.绘制曲线 = 即：0.073 ； 曲线如图 有图可知最高涌波水位：=157.83*50/1000=7.8915m=7.8915+1097.35=1105.24m<二>、最低涌波水位：当丢弃全负荷时（300000，流量变化为67.50），因调压室水位达到最高水位时，水位开始下降，此时隧洞中的水流朝着水库方向流动，水从调压室流向进水口，因此水头损失应变为负值，水位到达最低值称为第二振幅。，67.5/23.81=2.835m/s,由于： =-3.607/(-13.758)=0.262,所以由图104可得： /=0.39, =0.39×(-13.254)=-5

14、.169m; =1082.0-5.169=1076.83m增加负荷时的最低涌波水位计算：数解法上游为死水位，下游为正常尾水位，增荷幅度为3000045000KW，流量变化由68.5102.5； =68.5/23.808=2.877m/s, m=68.5/102.5=0.668 根据和m值，查图10-5可得：代入数据得：=1.5，=1.5×3.607=5.411m 则 水库最低水位为 1082-5.411=1076.589m图解法 增加负荷时的图解法与丢弃负荷的图解法类似，同样选择坐标系，绘出；=T/25=3.80(s)，=23.81/100.49=0.237，=102.5/100.4

15、9=1.02即：0.901-3.876 =g×/L=9.81×3.8/511.28=0.073即：0.073 谢才系数 =0.213 增加负荷时的调压室水位波动图见附页CAD制图。有图可知=1082-139.07*50/1000=1075.047m通过以上计算可知：水库的最低涌波水位为1075.047m.五调节保证计算1、 检验正常工作情况下的水击压力相应的正常工作情况下的正常蓄水位为1092.0米，相应的尾水位为1028.5米，则：，由所给资料可知：正常工作情况下的正常蓄水位为1092.0米，相应的尾水位为1028.5米，三台机满发电，通过水轮机的流量为96.9，于是：起

16、始的流速96.9/23.808=4.07m,水锤波速：上式中，水的体积弹性模量，一般为2.1×；为水的容重，取9.81，r为管道的半径,压力管道半径取2.5m.蜗壳半径取1.22m.尾水管半径取1.7m，K为管道抗力系数。由于 所以压力管道=102.32米，蜗壳=20.4米，尾水管=16.2米；管长L=，; 由压力管道相关参数表可知： 管道特性系数为当机组满负荷运行时，因为阀门从全开到全关的时间为7S，其中有效关闭时间为,一个相长所以：管道的特性系数由式 由以上计算并查图9-4水锤类型判别图可知：该水锤为极限正水锤，由式9-15可得： 校核尾水管进口处的真空度尾水管的负水锤： 尾水管在进口断面出现时的流速水头如下： 尾水管进口处的真空度在89米之内，满足要求 所以在正常工作情况的水击压力为15.7