水电站-计算题培训讲学

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345，水轮机设计流量Q010m3s，蜗壳进口断面平均流速ve4m2s，试计算蜗壳进口断面的断面半径e。（2）解：Q0e10345oeVe360o0.874m360o42.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

100米时的汽Hs。（2）解：

Hs

10.0

900

(

)H

10.0 450/900

(0.22

0.03) 100

15.5量为

3. 某水电站水轮机的最大工作水头为310m/s，水轮机的转轮的标称直径为

50m，在最大工作水头下水轮机发出额定出力时的流2.2m，请选择调速器型号。（2）解：计算调速功：A (200~250)Q HmaxD1

20010

50 2.2

20976.2N?m由此可得调速功介于 10000~30000N·m，为中小型调速器。查教材第式水轮机调速器系列型谱，选接近而偏大者，得 YT-1800.

90页表

5-1

反击功为

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1800N·m。

2.5MPa，调节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3，管壁厚度=25mm，导叶有效调节时间Ts=3s。（5）=30m/s1）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14351435a967.6(ms)EwD2.061063112061060.025Es（2）判别水锤类型∵2L/a=2 ×500/967.6=1.03>3s, ∴发生间接水锤3）求VmQ304.24(ms)vm1.52（4）判别间接水锤的类型avm 967.6 4.241.742gH0 2 9.8 120∵初始状态为全开， 0 1, 0 1.74 1.6，∴发生末相水锤。2L25001.740.6aTs967.63（5）求水锤压强Am

220.60.5220.8570.6∴应采用原公式：A(24)0.3(0.6240.6)0.806m2A0.806,HAH00.80612096.77mmaxmaxClA5002000.8060.484maxLmax500HCCH00.48412058.03mmax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α=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VmQ10vm4(ms)2.5（3）判别间接水锤类型avm100042gH029.83.460∵初始状态为全开， 0 1, 0 3.4 1.6，∴发生末相水锤。2L23003.40.68aTs10003求水锤压强Am

220.68，∴应采用原公式221.030.50.68Am

(224)0.34(0.6840.68)0.952A0.95,HAH0.956057mmaxmax06.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avm100042gH029.82.04100∵初始状态为全开， 0 1, 0 2.04 1.6，∴为末相水锤。2L23002.040.41aTs100033）求水锤压强Am

20.410.520.5，∴应采用原公式220.41Am

( 2 4 ) 0.26 ( 0.522 4 0.52) 0.672A0.67，∴HAH00.6710067mmaxmaxAm2）

2 2 0.410.34 0.52 2 0.41 ，∴ 符合条件；A0.34，HAH00.3410034mmm3）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 H0 50，L70m，钢管分为三段，各段参数如下：L1=30m, V1=4m/s, a1=1000m/sL2=20m, V2=5m/s, a2=1100m/sL3=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nLLi30202070m则i1nLVii304205206Vmi1L704.8m/scmL701443.75m/snLi302020i1ci100011001200tr2L2700.01Tscm1443.75又：故为间接水锤mcmVm1443.754.86.9312gH021050故为极限水锤mLVm704.80.116gH0Ts10504m220.1160.12220.116H0.12506m8．某水电站隧洞长L=564m，断面面积f2，水库正常蓄水位为242m，=50m，Vmax=4m/s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）LfFk解：托马稳定断面积公式：2g(H0hw03hwm0)由已知条件： H0 225 150 75m，hw01.6m，hwm01.0=hw0/V2=1.6/42=0.1FkLf56450201.51m2所以有2g(H0hw03hwm0)29.80.1(751.631.0)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）2L500/1000=1s<Ts因此为间接水锤解：（1）判断水锤类型：c=2cVmax1000412gH02102由100.6为极限水锤（2）计算管道末端A处水锤压力相对值LVm5004gH0Ts101000.4水锤常数：50Am由极限水锤计算公式：

220.4220.50.43）水轮机上游200m处水锤压力值：因极限水锤沿压力管道分布为直线规律，所以有：cm

300500

0.5 0.3水锤压力升高值： H mc H0 0.3 100 30m10.某引水式水电站设计水头为100m，1#机组压力钢管的总长度为80m，钢管直径为1.8m，管内最大流量为3，水锤波速为1000m/s，导叶关闭时间Ts=4s，试求当丢弃负荷（τ0=1）10m/s时：（1）水锤类别；（2）水锤的大小。（5）解：（1）判别水锤的类别Ts=4s>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）Qmax10压力钢管的流速v0A3.140.923.93(m/s)av010003.932.0Lv0803.93水管特性系数gHgTs0.082gHg29.811009.811004由2.01.6得出水锤为极限水锤。0(24)0.08240.08)0.08(0.0822水锤压强值为 H m?Hg0.081008（米）11.某水电站光滑明钢管的最大设计流量为 8.7m3/s，钢管的经济流速为 4.4m/s，水电站的设计水头为 143m（含水锤压强）；钢管的容许应力 129.36MPa,钢管的焊缝系数0.90。试拟定压力钢管的内直径和管壁厚度？ （4）解：（1）压力钢管的内直径 D0D04Q48.7（米）ve3.144.41.59（2）管壁的初步厚度 t0t0wgHD010009.811431.599.6(mm)2[]20.90129.36103取t010(mm)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； t t0 2 10 2 12mm满足规范规定的最小厚度，且同时满足下式条件t0D01590800445.99(mm)800所以管壁厚度t12mm12.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Lc Db B净=6.3+2=8.3(米)当机组间距由蜗壳尺寸控制时LcL1L26.639.（6米）当机组间距由尾水管尺寸控制时LcB尾+墩=6.5+3=9.5(米)取上述最大值为机组间距，所以机组间距9.6Lc（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12.1m3/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[ζ]50。试求丢弃全部符合（τ0=1）时压力钢管末端的水锤压强相对升高至ζmax，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=Qmax12.1（）=3.140.92=4.76m/sA水管特性系数ρ=av010004.76σ=2gHg29.811.62149Lv0=5004.76gHgTs9.81149=0.483.4有ρτ0=1.62>1.6得出水锤为极限水锤。ξm=（24+0.480.482+4+0.48）=0.61>[]）=（22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：1、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：当阀门在1秒中全部关闭，求最大水锤压力。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=1sTs=1s=tr，发生直接水锤H a v 1200 4 489.8m9.8Ts=8s＞tr，发生间接水锤水管特性常数ρ=(avmax)/(2gH0)=(12004)/(2×9×.8×160)=1.53ρτ0=1.53×1=1.53>1判断为极限水锤管道特性系数σ=(Lvmax)/(gH0Ts)=(600×4)/(9.8160××8)=0.191最大水锤压力相对值 ξm=2σ/（2-σ）=2×0.191/（2-0.191）=0.2112、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