調(diào)壓井課程設(shè)計(jì)水電站有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算

1、水電站課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 目錄一、設(shè)計(jì)課題3二、設(shè)計(jì)資料及要求31、設(shè)計(jì)資料見(jiàn)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、任務(wù)書(shū)32、設(shè)計(jì)要求3三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算31、引水道的水頭損失計(jì)算3（1）局部水頭損失計(jì)算3（2）沿程水頭損失計(jì)算42、引水道的等效斷面面積計(jì)算63、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算7四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算81、最高涌波水位計(jì)算81）、當(dāng)丟棄負(fù)荷：300000kw時(shí)，采用數(shù)解法82）、當(dāng)丟棄負(fù)荷為4500015000時(shí)，采用圖解法：92、最低涌波水位101) 丟棄負(fù)荷度為300000KW時(shí)（數(shù)解法）102）增加負(fù)荷度為30000-45000KW時(shí)（兩種方法）11五調(diào)節(jié)保證計(jì)算131、檢驗(yàn)正常工作情況下的水擊壓力1

2、32、檢驗(yàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)范要求16六、參考文獻(xiàn)16七、附圖:17附圖1:丟棄負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水位波動(dòng)圖17附圖2:增加負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水位波動(dòng)圖17一、設(shè)計(jì)課題：水電站有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算。二、設(shè)計(jì)資料及要求1、設(shè)計(jì)資料見(jiàn)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、任務(wù)書(shū)；2、設(shè)計(jì)要求：（1）對(duì)整個(gè)引水系統(tǒng)進(jìn)行水頭損失計(jì)算；（2）進(jìn)行調(diào)壓井水力計(jì)算求穩(wěn)定斷面；（3）確定調(diào)壓井波動(dòng)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(jì)算，檢驗(yàn)正常工作狀況下水擊壓力、轉(zhuǎn)速相對(duì)值升高是否滿足規(guī)范要求。三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算1、引水道的水頭損失計(jì)算（1）局部水頭損失計(jì)算表局部水頭損失采用如下公式計(jì)算：表1局部水頭損失計(jì)

3、算表欄號(hào)引水建筑物部位及運(yùn)行工況斷面面積（）局部水頭損失系數(shù)局部水頭損失 (m)合計(jì)（m）1進(jìn)水口攔污柵61.280.121.630.3072進(jìn)口喇叭段29.760.105.763閘門井24.000.2017.724漸變段23.880.054.475隧洞進(jìn)口平面轉(zhuǎn)彎23.760.076.330.2036末端錐管段19.630.1013.247調(diào)壓井正常運(yùn)行19.630.1013.242.2048增一臺(tái)負(fù)荷，從調(diào)壓井流入管道19.631.50198.619 壓力引水管道上水平段平面轉(zhuǎn)彎19.630.045.304.46710下水平段平面轉(zhuǎn)彎9.080.0849.5111斜井頂部立面轉(zhuǎn)彎19.63

4、0.0911.9212斜井底部立面轉(zhuǎn)彎9.080.0955.6913錐管9.080.0849.5114三臺(tái)機(jī)滿發(fā)1叉管19.630.3039.7215三臺(tái)機(jī)滿發(fā)2叉管19.630.4559.5816一臺(tái)機(jī)滿發(fā)1叉管19.630.2735.7517一臺(tái)機(jī)滿發(fā)2叉管19.630.2735.7518蝴蝶閥9.080.1486.64本表計(jì)算中Q=102m3/s，g=9.8m/s2（2）沿程水頭損失h程計(jì)算表沿程水頭損失采用如下公式計(jì)算： 表2 沿程水頭損失計(jì)算表欄號(hào)引水道部位過(guò)水?dāng)嗝婷娣eW（）濕周（m）水力半徑R（m）引水道長(zhǎng)（m）h程 (m)合計(jì)（m）1進(jìn)水口喇叭口進(jìn)水段29.7621.981.35

5、406.04522.6590.0072閘門井段24.0020.001.20005.67624.1340.0133漸變段23.8818.641.281110.012603.3900.0224隧洞D=5.5M段23.7617.281.3756469.6543724.60.8155錐形洞段21.6516.491.31255.07423.1540.0116調(diào)壓井前管段19.6315.711.250010.9821161.590.03771號(hào)叉管19.6315.711.250035.7468881.180.10981-2號(hào)叉管19.6315.711.250029.2156296.010.04092號(hào)叉管

6、19.6315.711.250012.2323570.70.00410錐管段13.8513.191.05003.9719392.710.00311D=3.4段9.0810.680.850021.25320107.10.056其中 欄1、2 、3、4、5、6、7的流量Q為102m3/s，根據(jù)壓力管道相關(guān)參數(shù)表得7欄的流量為96.9,；8欄的流量為64.6,； 9、10、11欄流量為32.3 查規(guī)范和資料得到糙率n，進(jìn)水口取0.013，隧洞取最小值0.012，壓力管道取最大值0.013 調(diào)壓井前引水道的水頭損失壓力管道的水頭損失（壓力管道長(zhǎng)度為113.3m,較長(zhǎng)不計(jì)局部水頭損失）整個(gè)引水系統(tǒng)的水頭

7、損失2、引水道的等效斷面面積計(jì)算其中L 為調(diào)壓井前引水道的長(zhǎng)度L=攔污柵長(zhǎng)度+喇叭口進(jìn)口段長(zhǎng)度+閘門井段長(zhǎng)度+漸變段長(zhǎng)度+（D=5.5M洞段長(zhǎng)度）+錐形洞段長(zhǎng)度+調(diào)壓井前管段長(zhǎng)度=4.1+6.0+5.6+10.0+469.6+5.0+10.98=511.28m 欄號(hào)引水道部位過(guò)水?dāng)嗝鎓i（m2）Li(m)(1)攔污柵61.284.10.067(2)喇叭口進(jìn)水段29.766.00.202(3)閘門井段24.005.60.233(4)漸變段23.8810.00.419(5)D=5.5m23.76469.619.764(6)錐形洞段21.655.00.231(7)調(diào)壓井前管段19.6310.980.

8、559計(jì)算表引水道的等效斷面面積： m23、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)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，下游取正常尾水位情況計(jì)算 凈水頭H0=上游死水位下游正常尾水位=1082.01028.5=53.5m：引水道水頭損失，大小為1.415hwT0：壓力管道沿程水頭損失，大小為0.212m-3×0.212=51.449m當(dāng)三臺(tái)機(jī)組滿出力時(shí)，保證波動(dòng)穩(wěn)定所需的最小斷面：=k其中K的取值為1.01.1，為引水道總阻力系數(shù)D=5.5m =取k=1.0則保證穩(wěn)定所需要的最小斷面為：四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算1、最高涌波水位計(jì)算（1）當(dāng)丟棄負(fù)荷：300000kw時(shí)，采用數(shù)解法當(dāng)上游為校

9、核洪水位1097.35m，下游為相應(yīng)的尾水位1041.32m，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)時(shí)，若丟荷幅度為300000KW，則流量為63.60m3/s，用數(shù)解法計(jì)算。L-為引水道的長(zhǎng)度為511.28mf-引水道等效斷面面積v0-引水道水流流速v0=m/sF-調(diào)壓井穩(wěn)定斷面為156.46m2-引水道水頭損失（=）g-取9.8m/s2(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×63.6×63.6=0.20m=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012

10、15;0.012×63.6×63.6×10-6=0.348m=0.20+0.348=0.548m查書(shū)本P150圖10-4得，則=0.1051.6+1097.35=1112.51m（2）當(dāng)丟棄負(fù)荷為4500015000kw時(shí)，采用圖解法：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(tái)機(jī)組時(shí)，若丟荷幅度為4500015000KW，則流量為96.531.0m3/s。利用圖解法求解1、以橫軸表示引水道流速v，以圓點(diǎn)向左為正（水流向調(diào)壓室），向右為負(fù)；以縱軸表示水位z，以向上為正，向下為負(fù)，橫軸相當(dāng)于靜水2、作輔助線曲線引水道水頭損失曲

11、線：，C=87.882 繪制曲線計(jì)算時(shí)段取值范圍為,的取值范圍為3.94.6選取=4s=,當(dāng)丟棄負(fù)荷為45000kw15000kw時(shí)，流量96.531.0，流速4.051.30m/s。=0.20=0.152×4-0.20×4=0.608-0.8繪制曲線 =0.077（）采用matlab編程計(jì)算后畫圖，源代碼如下：forendV(m/s)Z(m)VZ3.8850-2.1430-0.10461.56213.7804-0.5809-0.21061.49853.56980.9176-0.29831.37043.27152.2880-0.36741.18912.90413.4771-

12、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之間，線性內(nèi)插得最大壅高水位為5.67（圖紙見(jiàn)附圖1）。 Zmax=1097.35+5.67=1103.02m2、最低涌波水位：（1）丟棄負(fù)荷度為300000KW時(shí)（數(shù)解法）當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位時(shí)，若電站丟棄全負(fù)荷時(shí)（300000，流量變化為67.50），因調(diào)壓室水位達(dá)到最高水位時(shí)，水位開(kāi)始下降，此時(shí)隧洞中的水流朝著水庫(kù)方向流動(dòng)，水從調(diào)壓室流向

13、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。，=2.835m/s (1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×67.5×67.5=0.220m=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012×67.5×67.5×10-6=0.391m=0.220+0.391=0.611m=0.012查書(shū)本P150圖10-4得=0.08，則=0.08×(-52.21)=-4.177m

14、Zmin=1082-4.177=1077.823m（2）增加負(fù)荷度為30000-45000KW時(shí)（兩種方法）當(dāng)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，流速2.884.3 m/s。 A、 數(shù)解法 m=68.5/102.5=0.668(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×102.5×102.5=0.516m=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012

15、5;102.5×102.5×10-6=0.902m=0.516+0.902=1.418m =) =3.435調(diào)壓井的最低水位為 1082-4.871=1077.129mB、 圖解法增加負(fù)荷時(shí)的圖解法與丟棄負(fù)荷的圖解法類似，同樣選擇坐標(biāo)系，繪出、引水道水頭損失曲線：，C=87.882、繪出曲線；則計(jì)算時(shí)段取值范圍為取，的取值范圍為3.94.6選取=4s又=,當(dāng)增加負(fù)荷為3000045000kw時(shí)，流量68.5102.5m3/s。=0.655=0.152×4-0.655×4=0.608-2.62、繪制曲線=0.077（）Matlab編寫程序：forendV(

16、m/s)Z(m)VZ2.946-2.7930.0599-0.82833.0069-3.62150.11730.79183.1242-4.41340.1655-0.72053.2897-5.13390.2020-0.61993.4917-5.75370.2252-0.49713.7169-6.25080.2345-0.36013.9514-6.61090.2301-0.21754.1815-6.82850.2134-0.07764.3950-6.9061 最大下降水位在-6.83m-6.90m之間,采用線性內(nèi)插法,得到最大下降水位為6.87m。Zmax=1082-6.87=1075.13m。五調(diào)

17、節(jié)保證計(jì)算1、檢驗(yàn)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：，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(tái)機(jī)滿發(fā)電，通過(guò)水輪機(jī)的流量為96.9，于是：起始的流速96.9/23.808=4.07m,水錘波速：上式中為水的體積彈性模量，一般為2.1×；為水的容重，取9.81KN/m3，r為管道的半徑,壓力管道半徑為2.5m.蝸殼半徑為1.22m.尾水管半徑為1.7m，K為管道抗力系數(shù)。1.4×壓力管道=102.32米，蝸殼=20.4米，尾水管=16.2米；，V1=；V2 =；V3= ；V5 = =977.073m/sVm= 尾水管進(jìn)水口處的水錘壓力：；尾水管在進(jìn)口斷面出現(xiàn)時(shí)的流速水頭如下： 在89米之內(nèi)，滿足要求。2、檢驗(yàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)范要求，水輪機(jī)型為HL211-LJ-225，對(duì)于混流式水輪機(jī)，f 為水錘影響系數(shù)，根據(jù)管道