调压井课程设计

1、水电站课程设计 计算书目录设计课题:、设计资料及要求1、设计资料见课程设计指导书、任务书 2、设计要求三、调压井稳定断面的计算 1、引水道的水头损失计算 （1）局部水头损失计算 （2）沿程水头损失计算2、引水道的等效断面面积计算 3、调压井稳定断面计算 四、调压井水位波动计算1、最高涌波水位计算1）、当丢弃负荷：300000KW寸，采用数解法 2）、当丢弃负荷为4500015000时,采用图解法： 2、最低涌波水位1）丢弃负荷度为300000KW时（数角1法） 2）增加负荷度为 30000-45000KW时（两种方法） 五.调节保证计算1、检验正常工作情况下的水击压力 2、检验相对转速升高是否

2、满足规范要求 六、参考文献七、附图：附图1：丢弃负荷时调压井水位波动图 附图 2: 增加负荷时调压井水位波动图 I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求稳定断面；(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水击压力、转速相对值升 高是否满足规范要求。三、调压井稳定断面的计算1、引水道的水头损失计算(1)局部水头损失计算表局部水头损失采用如下公式计算：表1局部水头损失计算表栏 号引水建筑物部位及运行工况断卸

3、卸 积(m2)局部 水头 损失 系数局部水头损失10 6 Q2 (m)合计(m)1进 水口拦污栅61.280.121.630.3072进口喇叭段29.760.105.763闸门井24.000.2017.724渐变段23.880.054.475隧 洞进口平囿转号23.760.076.330.2036末端锥管段19.630.1013.247调 压 井正常运行19.630.1013.242.2048增一台负荷，从调压 井流入管道19.631.50198.619压力上水平段半囿转号19.630.045.304.46710卜水平段平回转9.080.0849.51血引水引 管道K嘟卵质部立回转.弯过水断1

4、9.63009半引玉.92h程可2f回回积9.080.09道扇.69斜井底部立回转,弓13锥管W9.0m)1.08m)(n4 9.51 10 6n2Q2n)合计(m)14三台机满发1叉膏m2、19.630.3039.7215二台机满发2叉管19.630.4559.58(116进 水 口晒图B 1蕾7621.9819 631.35400 276.035.745225!.6590.0071 217闻法市H发2受领.001126?001005.65 75 7624L1340.013318渐变蝶阀23.8819188640.那11086 64 12603.3900.0224隧D=5.5M 段23.76

5、17.281.3756469.65437'24.60.8155洞锥形洞段21.6516.491.31255.07423.1540.0116调压井19.6315.711.250010.9821161.590.037本表计算中 Q=102m3/s, g=9.8m/s2(2)沿程水头损失h程计算表沿程水头损失采用如下公式计算：表2沿程水头损失计算表前管段71号叉管19.6315.711.250035.7468881.180.10981-2号叉管19.6315.711.250029.2156296.010.04092号叉管19.6315.711.250012.2323570.70.00410锥

6、管段13.8513.191.05003.9719392.710.00311D=3.4 段9.0810.680.850021.25320107.10.056其中栏1、2、3、4、5、6、7的流量Q为102m3/s,根据压力管道相关 参数表得7栏的流量为96.9,; 8栏的流量为64.6,; 9、10、11栏流量为32.3 查规范和资料得到糙率n,进水口取0.013,隧洞取最小值0.012,压力管道取 最大值0.013调压井前引水道的水头损失hw h局 h程 (0.307 0.203) (0.007 0.013 0.022 0.815 0.011 0.037) 1.415m .压 力管道的水头损失

7、(压力管道长度为113.3m,较长不计局部水头损失)整个引水系统的水头损失h hf h 0.212 1.415 1.627m2、引水道的等效断面面积计算其中L为调压井前引水道的长度L二拦污栅长度+喇叭口进口段长度+闸门井段长度+渐变段长度+(D=5.5M洞段长度)+锥形洞段长度+调压井前管段长度=4.1+6.0+5.6+10.0+469.6+5.0+10.98=511.28m计算表引水等效面栏号引水道部位过水断面fi (m2)Li(m)道的(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断面(4)渐变段23.8810.0

8、0.419(5)D=5.5m23.76469.619.764积：(6)锥形洞段21.655.00.231(7)调压井前管段19.6310.980.559L £ fi511.2821.475223.808 m3、调压井稳定断面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 常尾水位情况计算净水头H=1游死水位一下游正常尾水位 二1082.01028.5=53.5mhw：引水道水头损失，大小为1.415hwM压力管道沿程水头损失，大小为 0.212mH1 Hg hw 3hwT0 =53.5-1.415-3 X 0.212=51.449m当三台机组满出力时，保证波动稳

9、定所需的最小断面：F二女焉可2gaH1其中K的取值为1.01.1,为引水道总阻力系数Q 102 D=5.5m 4.284m/sf 23.808= hw= 1.415 0.07724.2842取k=1.0则保证稳定所需要的最小断面为:四、调压井水位波动计算1、最高涌波水位计算(1)当丢弃负荷：300000kw时，采用数解法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则流量为63.6 0n3/s ,用数解法计算。L 为引水道的长度为 511.28mf- 引水道等效断面面积V0 引水道水流流速V0=Q = -63.0- 2.6

10、7 m/sA 23.808F 调压井稳定断面为156.46m2h o 引水道水头损失(h 0 = h局 h程)g 取 9.8m/s2h局(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24 X 10-6X63.6 X 63.6=0.20mh程=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59)X 0.012 X0.012 X63.6 X63.6 乂 10-6=0.348mh 0 = h 局 h 程=0.20+0.348=0.548m查书本P150图10-4得其max 0.10 ,贝 UZmax=0.10X 51.6+10

11、97.35=1112.51m(2)当丢弃负荷为 4500015000kw时，采用图解法:当上游为校核洪水位1097.35m,下游为相应的尾水位1041.32m,电站丢弃两台机组时，若丢荷幅度为 4500015000KW则流量为96.5 31.0m3/s。利用图解法求解1、以横轴表示引水道流速v,以圆点向左为正(水流向调压室)，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2、作辅助线曲线2引水道水头损失曲线：hf h局h程 工,2g111 11C=-R6 = 1.3756 6 =87.882n 0.0122 22lv2v2 v2,511.282.241 、2 _n non

12、2h f -q( o)=0.232c2R2g 2g 87.8822 1.3756 2 9.8 2 9.8绘制Z A匚t Q t曲线F F计算时段t取值范围为TT, t的取值范围为3.9 -4.6选取t=4sf _ 23.808F 156.4625300.152,当丢弃负荷为 45000kw15000kw 时,流量 96.531.0m3/s,流速 4.051.30m/soF 156.46Z AQ = 1=0.20t Q t =0.152X4 -0.20 X4=0.608 -0.8F F绘制v ( z hj曲线v ( z hw) =0.077 ( z hw)采用matlab程计算后画图，源代码如下

13、:v(1)=4.05-0.077*(0.608*4.05-0.8)z=-0.232*4.05*4.05+0.608*4.05-0.8for i=1:29dz(i)=0.608*v(i)-0.8dv(i)=0.077*(-1)*z(i)-0.232*v(i)*v(i)v(i+1)=v(i)+dv(i)z(i+1)=z(i)+dz(i)endr(1,：)二zr(2,:)=vr=r'其中，v(i)为流速矩阵，z (i )为水位壅高矩阵，dz (i )为水位壅高增量矩阵，dv (i )为流速矩阵增量矩阵，v(1)为第一时段末的水的流速，z(1)为第一时段末调压井内水位的壅高，第二个以后时段的水

14、位及流速如下表所不。V(m/s)Z(m) V Z3.8850-2.1430-0.10461.56213.7804-0.5809-0.21061.49853.56980.9176-0.29831.37043.27152.2880-0.36741.18912.90413.4771-0.41840.96572.48574.4428-0.45250.71132.03335.1541-0.47070.43621.56255.5903-0.47410.15001.08855.7404由表可知，最大壅高水位在5.59m5.74m之间，线性内插得最大壅高水位为5.67 (图纸见附图1)。Zmax=1097.3

15、5+5.67=1103.02m2、最低涌波水位：(1)丢弃负荷度为 30000 0KW寸(数解法)当上游为死水位，下游为正常尾水位时，若电站丢弃全负荷时(300000,流量变化为67.50m3/s),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。f? 0 f 墨=2.835m/Sh局(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24) 乂 10-6 X67.5 X 67.5=0.220mh 程=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+74

16、23.154+21161.59) X 0.012 X 0.012 X 67.5 X 67.5 乂 10-6=0.391mh 0 = h局 h程=0.220+0.391=0.611m0 hwo = L0.611 0.0120-52.21查书本 P150 图 10-4 得 Z2=0.08 ,贝Uz2=0.08 X(-52.21)=-4.177mZmin=1082-4.177=1077.823m(2)增加负荷度为 30000-45000KW 时(两种方法)当上游为死水位，下游为正常尾水位，增荷幅度为3000045000KW,流量变化由 68.5102.5m3/s,流速 2.884.3 m/s。A、数

17、解法m=68.5/102.5=0.668h局(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24) X 10-6X 102.5 X 102.5=0.516mh 程=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) X0.012 x 0.012 x 102.5 x 102.5 乂 10-6=0.902mh 0 = h 局 h程=0.516+0.902=1.418m=1 ( 73.26 0.275 0.668 0.05/73.26 0.9)(1 - 0.668)(1 0.668/73.260.62)=3.435调压井的最低

18、水位为1082-4.871 = 1077.129mB、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、引水道水头损失曲线：hf h局丫2 hm2g1 1一 1 11C=1R6 = 1.3756 6 =87.882n 0.0122 22lv2 v2 v2 ,511.282.241、2 _n 2h f o( o)=0.232c2R 2g 2g 87.8822 1.3756 2 9.8 2 9.8、绘出z av A f tv包t曲线； F F'则计算时段t取值范围为1T取，t的取值范围为3.94.6选取t=4s25 30yf =23808 0.152，当增力口负荷为 3

19、000045000kwM,流量 68.5 102.5m3/sF 156.46102.5156.46=0.655Z A t Q t=0.152 X4 -0.655 X4=0.608 -2.62 F F、绘制v ( z hw)曲线v ( z hw) =0.077 ( Z hw)Matlab编写程序：v(1)=2.88z(1)=-0.232*2.88*2.88for i=1:29dz(i)=0.608*v(i)-2.62dv(i)=0.077*(-1)*z(i)-0.232*v(i)*v(i)v(i+1)=v(i)+dv(i)z(i+1)=z(i)+dz(i)endv=v'z=z'r

20、(:,1)=vr(：,2)=z计算结果如下表V(m/s)Z(m) V Z2.946-2.7930.0599-0.82833.0069-3.62150.11730.79183.1242-4.41340.1655-0.72053.2897-5.13390.2020-0.61993.4917-5.75370.2252-0.49713.7169-6.25080.2345-0.36013.9514-6.61090.2301-0.21754.1815-6.82850.2134-0.07764.3950-6.9061最大下降水位在-6.83m-6.90m之间，采用线性内插法，得到最大下降水位为6.87m。Z

21、max=1082687=1075.13m。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，贝U： H 0 1092.0 1028.5 63.5米，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96.9m3/s,于是:起始的流速 V0 96.9/23.808=4.07m,a水锤波速：为水的容重，取上式中Ew为水的体积弹性模量，一般为 2.1 X 105N/cm2 ；9.81KN/m3, r为管道的半径，压力管道半径为2.5m.蜗壳半径为1.2

22、2m.尾水管半径为1.7m, K为管道抗力系数。1.4X106kpa压力管道LT =102.32米，蜗壳Lc=20.4米，尾水管Lb =16.2米;22.Lbvb 97.36m /s, LcVc 165.66m /s,、，96964.6、，32.3Vi= 4.936m/s ； V2 = 3.291m/s； V3= 1.645m/s19.6319.6319.6332.3、,32.3V4 2.332m/s； V5 = 3.557m/s13.859.08aT=977.073m/s2.1 105N/cm2*9.81/ 9.81kN/m31 2*2.1 105N/cm21.4 106kpa 2.5mLTVT LbVb LcVc 377.458 97.36 165.66，Vm= !b-b- 4.612m/sL138.92