有压引水系统水力计算.docx
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有压引水系统水力计算
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（mi）
Li（m）
Li/fi
（1）
拦污栅
61.28
4.1
0.067
（2）
喇叭口进水段
29.76
6.0
0.202
⑶
闸门井段
24.00
5.6
0.233
⑷
渐变段
23.88
10.0
0.419
（5）
D=5.5m
23.76
469.6
19.764
⑹
锥形洞段
21.65
5.0
0.231
⑺
调压井前管段
19.63
10.98
0.559
所以引水道的等效断面积f一=511.28/21.475=23.81m2
Li
<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,
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
m）
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
61.28
0.12
0.017
0.307
（2）
进口喇叭段
29.76
0.10
0.060
（3）
闸门井
24.00
0.20
0.184
（4）
渐变段
23.88
0.05
0.046
（5）
隧洞
进口平面转弯
23.76
0.07
0.066
0.204
（6）
末端锥管段
19.63
0.10
0.138
（7）
调压
正常运行
19.63
0.10
0.138
2.202
（8）
井
增一台机负荷，从调压井流入管道
19.63
1.50
2.064
（9）
压力引力管道
上水平段平面转弯
19.63
0.04
0.055
4.464
（10）
下水平段平面转弯
9.08
0.08
0.515
（11）
斜井顶部立面转弯
19.63
0.09
0.124
（12）
斜井底部立面转弯
9.08
0.09
0.579
（13）
锥管
9.08
0.08
0.515
（14）
三台机满发1岔管
19.63
0.30
0.413
（15）
三台机满发2岔管
19.63
0.45
0.619
（16）
一台机满发1岔管
19.63
0.27
0.372
（17）
一台机满发2岔管
19.63
0.27
0.372
（18）
蝴蝶阀
9.08
0.14
0.900
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
n2I
2,2r3
n：
糙率系数，引水道糙率取最小值0.012;压力管道取最大值0.013
I:
引水道长度m3:
断面面积m2
R：
为水力半径mQ:
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
/2
（m）
湿周
（m）
水力半径
R（m）
引水道长（m）
h程
106n2Q2
（m）
合计
（m）
1
2
进水
喇叭口进水段
29.76
21.98
1.3540
6.0
4522.448
0.007
闸门井段
24.00
20.00
1.2000
5.6
7625.272
0.011
3
口
渐变段
23.88
18.64
1.2811
10.0
12606.781
0.018
4
隧洞
D=5.5M段
23.76
17.28
1.3756
469.6
543680.535
0.815
5
锥形洞段
21.65
16.49
1.3125
5.0
7423.307
0.011
6
调压井前管段
19.63
15.71
1.2500
10.98
21154.08
0.032
7
1号叉管
19.63
15.71
1.2500
35.74
68856.723
0.109
8
1-2号叉管
19.63
15.71
1.2500
29.21
56276.018
0.040
9
2号叉管
19.63
15.71
1.2500
12.23
23562.331
0.004
10
锥管段
13.85
13.19
1.0500
3.97
19396.641
0.003
11
D=3.4段
9.08
10.68
0.8500
21.25
321684.632
0.057
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。
33
上表中栏号1、2、3、4、5、6中的Q=102m/s；栏号7中Q=96.9m/s；
栏号8中Q=64.6m3/s;栏号9中Q=32.3m3/S；
栏号10中Q=32.3m3/s;栏号11中Q=32.3m3/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
压力管道沿程水头损失：
hw=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
H1H0hw03hwT0
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0.213m
H）：
静水头，耳=上游死水位一下游正常尾水位=1082.0—
1028.5=53.5m
则已H°hf3hw=53.5-3.606-30.213=49.255m
1
取K=1.5，D=5.5m，v
1024.284m/s，23.81
=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：
F=kLf
2gaH1
2
其中k=1.2：
1.5,g=9.81m/S,L=511.28m,f=23.81
2
（m）,已=47.255（m）
4.水位波动的计算：
hwo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
3（m）
局部水头损失系数
局部水头损失
10-6Q（m
合计（m）
（1）
进水口
拦污栅
61.28
0.12
1.629Q2
29.550Q2
（2）
进口喇叭段
29.76
0.10
5.755Q2
（3）
闸门井
24.00
0.20
17.697Q2
（4）
渐变段
23.88
0.05
4.469Q2
（5）
隧洞
进口平面转弯
23.76
0.07
2
6.320Q
19.547Q2
（6）
末端锥管段
19.63
0.10
13.227Q2
（7）
调压井
正常运行
19.63
0.10
13.227Q2
211.632Q2
（8）
增一台机负荷，从调压井流入管道
19.63
1.50
198.405Q2
沿程水头损失h程计算表
栏号
引水道部位
过水断
湿周
水力
引水
h程
面
3（吊）
（m）
半径
R（m）
道长
（m
10-6n2d
（m）
合计
（m）
1
喇叭口进水段
29.76
21.98
1.354
0
6.0
4522.66n0
2
闸门井段
24.00
20.00
1.200
0
5.6
7624.13n2Q
3
渐变段
23.88
18.64
1.281
1
10.0
12603.40n2d
4
D=5.5M洞段
23.76
17.28
1.375
6
469.6
543724.61n2Q
5
锥形洞段
21.65
16.49
1.312
5
5.0
7423.15n2Q
6
调压井前管段
19.63
15.71
1.250
0
10.98
21161.60n2d
<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30000――0KV，则流量为63.6――0nVs，用数解法计算。
Lfv；
2gFhwo
其中：
引水道的直径为5.5m;Q0为流量，大小为63.6m3;g为重力加速
度9.81m/s2
L为引水道的长度511.28m;f为引水道的等效面积23.81
F为稳定断面的面积100.49m2;hwo为引水道的水头损失
2
hw0=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取糙率系数的最小值0.012
则hwo=1.055m+0.348m=1.403m
则计算结果如下：
511.2823.812.678231.56
29.81100.491.403，
31.56
①、引水道水头损失曲线：
hf
2g
t=T/25=3.80（s）
0.901V-1.170
tl9.813.8511.28°.073
即：
v0.073（zhw）
曲线如图
有图可知最高涌波水位：
zmax=157.83*50/1000=7.8915m
Zmax=7.8915+1097.35=1105.24m
＜二＞、最低涌波水位:
当丢弃全负荷时（30000~0,流量变化为67.5—0m3/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。
511・2823®連13.758
由于：
29.81100.493.607
hf
X0=-3.607/（-13.758）=0.262,
所以由图10—4可得：
IZ2|/=0.39,•••Z2=0.39X（-13.254）=-5.169m;
Z2=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30000~45000KW,流量变化由
68.5~102.5m/s;
v20=68.5/23.808=2.877m/s,m=68.5/102.5=0.668
lfv0511.2823.812.8772「
与-7.856
gFh219.81100.493.6072
根据和m值，查图10-5可得：
代入数据得：
■Zmi^=1.5,•••zmin=1.5X3.607=5.411m
hf
水库最低水位为1082-5.41仁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
zavAtvkt；FF
Qk
t=T/25=3.80（s）,=23.81/100.49=0.237,k=102.5/100.49=1.02
即：
z0.901V-3.876
V（zhw）
=gXt/L=9.81X3.8/511.28=0.073
即：
v0.073（zhw）
谢才系数C
0.012
1
556
一87.875
增加负荷时的调压室水位波动图见附页CAD制图。
有图可知Zmin=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.
5.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：
H01092.01028.563.5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96.9ni/s，于是：
起始的流速v096.9/23.808=4.07m,
上式中Ew，水的体积弹性模量，一般为2.1X105N/cm2；
为水的容重，取9.81k2，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K01.4106kpa
\2.1105N/cm29.81/9.81kN/m3
I；22.1105N/cm2
1001.4106kpa
所以m1414m/s
压力管道LT=102.32米，蜗壳Lc=20.4米，尾水管Lb=16.2米;管长L=ltLcLb102.3216.220.4138.92米
22
Lbvb97.36m/s，Lcvc165.66m/s,;
由压力管道相关参数表可知：
v1
96.9/19.634.936m/s;
V2
V3
3.291m/s;
V4
V5
1.645m/s;
V6
V7
3.559m/s
L管V管
35.744.936
3.291
12.23
16.98
1.645
12.233.79
3.559
16.55
4.8
377.68
•••vT377.68/102.323.691m/s
Ltvt102.32
2
3.691377.663m/s
VmLTVT
LcVc
LbVb/l
377.663165.6697.36/L4.612m/s
管道特性系数为
当机组满负荷运行时,
Vo
2gH。
1414坯5.23
29.8163.5
05.231，因为阀门从全开到全关的
时间为7S,其中有效关闭时间为
Ts4.68s,一个相长
tr2L2138-92
1414
0.196
所以：
管道的特性系数由式
Lvmax
gHoTs
138.924.612碍
9.8163.54.68
由以上计算并查图
9-15可得：
9-4水锤类型判别图可知：
该水锤为极限正水锤，由式
0
2.0
A2
m2~
進0.247
20.22
Hmax0.24763.515.7m
尾水管的负水锤：
尾水管在进口断面出现
yb
yb时的流速水头如下：
LbvbA
（LtLcLb）vmm
97.36
yb0.2470.038
102.3216.220.44.612
2
297.36
Vb16.21.841m
2g29.81
v2HbHsybH。
严
2g
1.940.03863.51.841
2.314
•••尾水管进口处的真空度Hb在8~9米之内，满足要求
所以在正常工作情况的水击压力为15.7m
2、检验相对转速升高是否满足规范要求
该水电站的保证出力为1.07x104KW,有效关闭时间为4.68s,所以，
N01.07104kw,
对于混流式水轮机：
Ts10.9Ts0.94.684.212s
由下图可知:
f=1.11
22
n°214.3r/min,GD10124KN?
m
所以:
转速变化率
根据规范：
当机组容量占电力系统总容量的比重较大，且担负调频时，卩max宜小于45%;
当机组容量占电力系统总容量的比重不大或担负基荷时，卩max
55%;对斗叶式水轮机，卩max宜小于30%。
所以转速相对升高，并且保证规范要求的前提下，是满足要求的.
1.96%
任务
宜小于
六、参考文献
《水电站建筑物》第二版；
《水电站建筑物》课程设计任务指导书;水电站建筑物有关规范。
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