有壓引水系統(tǒng)水力計算

1、一、設(shè)計課題水電站有壓引水系統(tǒng)水力計算 。二、設(shè)計資料及要求1設(shè)計資料見課程設(shè)計指導(dǎo)書、任務(wù)書；2、設(shè)計要求：（1 ）、對整個引水系統(tǒng)進(jìn)行水頭損失計算；（2 ）、進(jìn)行調(diào)壓井水力計算球穩(wěn)定斷面；（3）、確定調(diào)壓井波動振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位；（4）、進(jìn)行機(jī)組調(diào)節(jié)保證計算，檢驗正常工作狀況下稅基壓力、轉(zhuǎn)速相對值。三、調(diào)壓井水力計算求穩(wěn)定斷面引水道的等效斷面積:引水道有效斷面積f的求解表欄號引水道部位過水?dāng)嗝鎓i（ mi）Li(m)Li/fi(1)攔污柵61.284.10.067(2)喇叭口進(jìn)水段29.766.00.202閘門井段24.005.60.233漸變段23.8810.00.41

2、9(5)D=5.5m23.76469.619.764錐形洞段21.655.00.231調(diào)壓井前管段19.6310.980.559所以引水道的等效斷面積f 一 =511.28/21.475=23.81 m2Li 引水道和壓力管道的水頭損失計算：引水道的水頭損失包括局部水頭損失h局和沿程水頭損失h沿兩部分壓力管道的水頭損失包括局部水頭損失h局和沿程水頭損失h沿兩部分2g1,g :重力加速度 9.81m/s23 :斷面面積 m2Q :通過水輪機(jī)的流量取:局部水頭損失系數(shù)102m3/s局部水頭損失h局計算表欄號引水建筑物部位及運(yùn)行 工況斷面面積m)局部水頭損 失系數(shù)局部水頭損失10-6Q2 (m)合計

3、(m)(1)進(jìn)水口攔污柵61.280.120.0170.307(2)進(jìn)口喇叭段29.760.100.060(3)閘門井24.000.200.184(4)漸變段23.880.050.046(5)隧 洞進(jìn)口平面轉(zhuǎn)彎23.760.070.0660.204(6)末端錐管段19.630.100.138(7)調(diào) 壓正常運(yùn)行19.630.100.1382.202(8)井增一臺機(jī)負(fù)荷，從調(diào) 壓井流入管道19.631.502.064(9)壓力引力管道上水平段平面轉(zhuǎn)彎19.630.040.0554.464(10)下水平段平面轉(zhuǎn)彎9.080.080.515(11)斜井頂部立面轉(zhuǎn)彎19.630.090.124(12)

4、斜井底部立面轉(zhuǎn)彎9.080.090.579(13)錐管9.080.080.515(14)三臺機(jī)滿發(fā)1岔管19.630.300.413(15)三臺機(jī)滿發(fā)2岔管19.630.450.619(16)一臺機(jī)滿發(fā)1岔管19.630.270.372(17)一臺機(jī)滿發(fā)2岔管19.630.270.372(18)蝴蝶閥9.080.140.900從上表中可以看出：引水道的 h局=0.037+0.204+2.202=2.713m壓力管道的h局=4.464mn2I2,2r3n：糙率系數(shù)，引水道糙率取最小值0.012;壓力管道取最大值 0.013I :引水道長度 m3 :斷面面積m2R：為水力半徑mQ :通過水輪機(jī)的流

5、量 m3/s沿程水頭損失h程計算表欄號引水道部位過水?dāng)嗝婷娣eW/ 2(m )濕 周(m)水力半 徑R (m)引水 道長 (m)h程10 6 n2Q2(m)合計(m)12進(jìn) 水喇叭口進(jìn)水段29.7621.981.35406.04522.4480.007閘門井段24.0020.001.20005.67625.2720.0113口漸變段23.8818.641.281110.012606.7810.0184隧 洞D=5.5M 段23.7617.281.3756469.6543680.5350.8155錐形洞段21.6516.491.31255.07423.3070.0116調(diào)壓井 前管段19.6315

6、.711.250010.9821154.080.03271號叉管19.6315.711.250035.7468856.7230.10981-2號叉管19.6315.711.250029.2156276.0180.04092號叉管19.6315.711.250012.2323562.3310.00410錐管段13.8513.191.05003.9719396.6410.00311D=3.4 段9.0810.680.850021.25321684.6320.057計算隧洞的沿程水頭損失用的糙率取最小值0.012;計算壓力管道的沿程水頭損失用的糙率取最大值0.013。33上表中欄號 1、2、3、4、

7、5、6 中的 Q=102m /s ；欄號 7 中 Q=96.9 m /s ；欄號 8 中 Q=64.6 m3 / s;欄號 9 中 Q=32.3 m3 / S ；欄號 10 中 Q=32.3 m3 /s ;欄號 11 中 Q=32.3 m3 /s ；hfi=h 局 +h 程=(0.307+0.203+2.202)+( 0.007+0.011+0.018+0.815+0.011+0.032)=3.606m壓力管道沿程水頭損失：h w =0.109+0.040+0.004+0.003+0.057=0.213m三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計算為使求得的穩(wěn)定斷面滿足各種運(yùn)行工況的要求，上游取死水位，下游取正常

8、 尾水位情況計算H 1 H 0hw0 3hwT0hw0：引水道水頭損失，大小為 3.606m hwT0：壓力管道沿程水頭損失，大小為 0.213mH)：靜水頭，耳=上游死水位一下游正常尾水位=1082.0 1028.5=53.5m則 已 H hf3hw =53.5-3.606-30.213=49.255m1取 K=1.5， D=5.5m， v102 4.284m/s， 23.81=hw0/v2=0.196當(dāng)三臺機(jī)組滿出力時，保證波動穩(wěn)定所需的最小斷面：F=k Lf2gaH12其中 k=1.2： 1.5, g=9.81 m /S,L=511.28m ,f=23.812(m ),已=47.255(

9、m)F=k 轟 F=1.5511.28 23.812 9.810.196 47.2552= 100 49 m=11.311m.則調(diào)壓室斷面直徑四. 水位波動的計算：hwo為引水道的水頭損失，包括沿程損失和局部水頭損失兩部分,局部水頭損失h局計算表欄號引水建筑物部位及運(yùn)行 工況斷面面積3（ m）局部水頭損 失系數(shù)局部水頭損失10-6Q(m合計（m）(1)進(jìn) 水 口攔污柵61.280.121.629Q229.550 Q2(2)進(jìn)口喇叭段29.760.105.755Q2(3)閘門井24.000.2017.697Q2(4)漸變段23.880.054.469Q2(5)隧 洞進(jìn)口平面轉(zhuǎn)彎23.760.07

10、26.320Q19.547 Q2(6)末端錐管段19.630.1013.227Q2（7）調(diào) 壓 井正常運(yùn)行19.630.1013.227 Q2211.632 Q2（8）增一臺機(jī)負(fù)荷，從調(diào) 壓井流入管道19.631.50198.405 Q2沿程水頭損失h程計算表欄號引水道部位過水?dāng)酀裰芩σ甴程面3(吊)(m)半徑R (m)道長(m10-6n2d(m)合計(m)1喇叭口進(jìn)水段29.7621.981.35406.04522.66 n 02閘門井段24.0020.001.20005.67624.13n2Q3漸變段23.8818.641.281110.012603.40n2d4D=5.5M洞段23.

11、7617.281.3756469.6543724.61 n2Q5錐形洞段21.6516.491.31255.07423.15n2Q6調(diào)壓井前管段19.6315.711.250010.9821161.60 n2d、最高涌波水位：V。63.6-3.14 5.5242.678m2/s(1).當(dāng)上游為校核洪水位1097.35m,下游為相應(yīng)的尾水位1041.32m,電站丟 棄兩臺機(jī)時，若丟荷幅度為300000KV，則流量為63.6 0nVs，用數(shù)解法 計算。Lfv；2gFhwo其中：引水道的直徑為5.5m; Q 0為流量，大小為63.6 m3; g為重力加速度 9.81 m/s 2L為引水道的長度511

12、.28m; f為引水道的等效面積23.81F為穩(wěn)定斷面的面積100.49 m2; hwo為引水道的水頭損失2hw0=h 局+h 沿=(29.550+19.547+211.632) Q+( 4522.66+7624.13+12603.40+543724.61+7423.15+21161.60)n2&Q取63.6m3/s; n取糙率系數(shù)的最小值0.012則 hwo=1.055m+0.348m=1.403m則計算結(jié)果如下：511.28 23.81 2.6782 31.562 9.81 100.49 1.403，hw01.4030.044m31.56查書本P150圖10-4得zmax26，則 zmax

13、 0.26 31.56 8.21m所以，最高涌波水位z(2).當(dāng)上游為校核洪水位1097.35m,下游為相應(yīng)的尾水位 1041.32m,電站丟棄兩臺機(jī) 時，若丟荷幅度為4500 15000KV，則流量為96.5 31.0m3/s。max=8.21 + 1097.35=1105.56m。利用圖解法求解:A、以橫軸表示引水道流速 v，以圓點向左為正，向右為負(fù);以縱軸表示水位z，B、輔助曲線，以向上為正，向下為負(fù)，橫軸相當(dāng)于靜水位。、引水道水頭損失曲線： hf2g0.120.10 0.200.050.070.100.10 1.52.2410.01215 5一 87.8754hflv2c2Rv2v2繪

14、制2g2g511.2887.8752 1.3752.24v2avtv2 9.819.812=0.213 v51128 100-4993.199.81 23.81t =T/25=3.80(s)又 =23.81/100.49=0.237,當(dāng)丟棄負(fù)荷為 4500015000 時，Q =31.0/100.49=0.308;F流量從96.531.0，c.繪制v0.237 3.8v 0.308 3.80.901V-1.170(z hw)曲線tl9.81 3.8511.28 .073即：v 0.073( z hw)曲線如圖有圖可知最高涌波水位：zmax =157.83*50/1000=7.8915mZmax

15、 =7.8915+1097.35=1105.24m二 、最低涌波水位:當(dāng)丟棄全負(fù)荷時（300000,流量變化為67.5 0m3/s）,因調(diào)壓室水位達(dá)到最高水位時，水位開始下降，此時隧洞中的水流朝著水庫方向流動，水從調(diào)壓室流向進(jìn)水口，因此水 頭損失應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，水位到達(dá)最低值稱為第二振幅。Lfv：2gFhfV。67.5/23.81=2.835m/s,51128 23 連 13.758由于： 2 9.81 100.493.607hfX 0=-3.607/(-13.758)=0.262,所以由圖10 4可得：I Z2| /=0.39, Z2=0.39 X (-13.254)=-5.169m;Z2=10

16、82.0-5.169=1076.83m增加負(fù)荷時的最低涌波水位計算：數(shù)解法上游為死水位，下游為正常尾水位，增荷幅度為3000045000KW ,流量變化由68.5102.5 m / s ;v20 =68.5/23.808=2.877m/s,m=68.5/102.5=0.668lfv0511.28 23.81 2.8772與-7.856gFh219.81 100.49 3.6072根據(jù)和m值，查圖10-5可得：代入數(shù)據(jù)得：Zmi=1.5 , zmin =1.5 X 3.607=5.411mhf水庫最低水位為1082-5.41仁1076.589m圖解法增加負(fù)荷時的圖解法與丟棄負(fù)荷的圖解法類似，同樣

17、選擇坐標(biāo)系，繪出z av A tv k t ； F FQkt =T/25=3.80(s) ,=23.81/100.49=0.237 , k =102.5/100.49=1.02即： z 0.901V-3.876V ( z hw)=g X t /L=9.8 1 X 3.8/511.28=0.073即：v 0.073( z hw)0.120.100.200.05 0.07 0.10 0.10 1.52.24謝才系數(shù)C0.0121556一 87.875v2v22g2g511.2887.8752 1.3752.242 9.812 9.81 v2 =0.213v2增加負(fù)荷時的調(diào)壓室水位波動圖見附頁CAD

18、制圖。有圖可知 Zmin =1082-139.07*50/1000=1075.047m通過以上計算可知：水庫的最低涌波水位為1075.047m.五. 調(diào)節(jié)保證計算1、檢驗正常工作情況下的水擊壓力相應(yīng)的正常工作情況下的正常蓄水位為1092.0米，相應(yīng)的尾水位為1028.5米，則：H 0 1092.0 1028.563.5米,由所給資料可知：正常工作情況下的正常蓄水位為1092.0米，相應(yīng)的尾水位為1028.5米，三臺機(jī)滿發(fā)電，通過水輪機(jī)的流量為96.9ni/s，于是：起始的流速 v096.9/23.808=4.07m,a水錘波速：Ewg/上式中Ew，水的體積彈性模量，一般為2.1X 105N /

19、 cm2 ；為水的容重，取9.81 k 2 ，r為管道的半徑”壓力管道半徑取2.5m.蝸殼半徑取1.22m.尾水管半徑取1.7m, K為管道抗力系數(shù)。T b由于 K01.4 106kpa1414m/s 2.1 105N/cm2 9.81/9.81kN/m3I； 2 2.1 105N/cm2100 1.4 106kpa所以 m 1414m/s壓力管道LT =102.32米，蝸殼Lc =20.4米，尾水管 Lb=16.2米; 管長 L=lt Lc Lb 102.32 16.220.4138.92米2 2Lbvb 97.36m /s， Lcvc 165.66m / s,;由壓力管道相關(guān)參數(shù)表可知：v

20、196.9/19.634.936m/s;V2V33.291m/s;V4V51.645m/s;V6V73.559m/ sL管V管35.74 4.9363.29112.2316.981.64512.23 3.793.55916.554.8377.68 vT 377.68/102.323.691m/sLtvt 102.3223.691377.663m /sVmLTVTLcVcLbVb /l377.663 165.66 97.36 / L 4.612m/s管道特性系數(shù)為當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時,Vo2gH。1414 坯 5.232 9.81 63.505.23 1，因為閥門從全開到全關(guān)的時間為7S,其中有效關(guān)閉時間為Ts 4.68s, 一個相長tr 2L 2 138-9214140.196所以：管道的特性系數(shù)由式LvmaxgHoTs138.92 4.612 礙9.81 63.5 4.6