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

1、水電站課程設(shè)計水電站課程設(shè)計計算書計算書 水電站課程設(shè)計計算書2 目錄目錄一、設(shè)計課題一、設(shè)計課題 .3二、設(shè)計資料及要求二、設(shè)計資料及要求 .31、設(shè)計資料見、設(shè)計資料見課程設(shè)計指導(dǎo)書、任務(wù)書課程設(shè)計指導(dǎo)書、任務(wù)書 .32、設(shè)計要求、設(shè)計要求 .3三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計算三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計算 .31、引水道的水頭損失計算、引水道的水頭損失計算 .3（1）局部水頭損失計算局部水頭損失計算 .3（2）沿程水頭損失計算）沿程水頭損失計算 .42、引水道的等效斷面面積計算、引水道的等效斷面面積計算 .63、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計算、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計算 .7四、調(diào)壓井水位波動計算四、調(diào)壓井水位波動計算

2、.81、最高涌波水位計算、最高涌波水位計算 .81） 、當(dāng)丟棄負荷：當(dāng)丟棄負荷：300000kw時，采用數(shù)解法時，采用數(shù)解法.82） 、當(dāng)丟棄負荷為當(dāng)丟棄負荷為 4500015000 時，采用圖解法：時，采用圖解法：.92、最低涌波水位、最低涌波水位 .101) 丟棄負荷度為丟棄負荷度為 300000kw 時（數(shù)解法）時（數(shù)解法）.102）增加負荷度為增加負荷度為 30000-45000kw 時（兩種方法）時（兩種方法）.11五調(diào)節(jié)保證計算五調(diào)節(jié)保證計算 .131、檢驗正常工作情況下的水擊壓力、檢驗正常工作情況下的水擊壓力 .132、檢驗相對轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)范要求、檢驗相對轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)

3、范要求 .16六、參考文獻六、參考文獻 .16七、附圖七、附圖:.17附圖附圖 1:丟棄負荷時調(diào)壓井水位波動圖丟棄負荷時調(diào)壓井水位波動圖.17附圖附圖 2:增加負荷時調(diào)壓井水位波動圖增加負荷時調(diào)壓井水位波動圖.17水電站課程設(shè)計計算書3一、設(shè)計課題一、設(shè)計課題：水電站有壓引水系統(tǒng)水力計算水電站有壓引水系統(tǒng)水力計算。二、設(shè)計資料及要求二、設(shè)計資料及要求1、設(shè)計資料見、設(shè)計資料見課程設(shè)計指導(dǎo)書、任務(wù)書課程設(shè)計指導(dǎo)書、任務(wù)書 ；2、設(shè)計要求、設(shè)計要求：（1）對整個引水系統(tǒng)進行水頭損失計算；（2）進行調(diào)壓井水力計算求穩(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）進行機組調(diào)節(jié)

4、保證計算，檢驗正常工作狀況下水擊壓力、轉(zhuǎn)速相對值升高是否滿足規(guī)范要求。三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計算三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計算1、引水道的水頭損失計算、引水道的水頭損失計算（1）局部水頭損失計算表）局部水頭損失計算表局部水頭損失采用如下公式計算：2222g2ghq局局局水電站課程設(shè)計計算書4表 1 局部水頭損失計算表本表計算中 q=102m3/s，g=9.8m/s2（2）沿程水頭損失）沿程水頭損失 h 程計算表程計算表沿程水頭損失采用如下公式計算：22423n lhqr程局部水頭損失欄號引水建筑物部位及運行工況斷面面積（）2m局部水頭損失系數(shù) (m)6102q合計（m）1攔污柵61.280.121.6

5、32進口喇叭段29.760.105.763閘門井24.000.2017.724進水口漸變段23.880.054.470.3075進口平面轉(zhuǎn)彎23.760.076.336隧洞末端錐管段19.630.1013.240.2037正常運行19.630.1013.248調(diào)壓井增一臺負荷，從調(diào)壓井流入管道19.631.50198.612.2049上水平段平面轉(zhuǎn)彎19.630.045.3010下水平段平面轉(zhuǎn)彎9.080.0849.5111斜井頂部立面轉(zhuǎn)彎19.630.0911.9212斜井底部立面轉(zhuǎn)彎9.080.0955.6913 壓力引水管道錐管9.080.0849.5114三臺機滿發(fā) 1 叉管19.63

6、0.3039.7215三臺機滿發(fā) 2 叉管19.630.4559.5816一臺機滿發(fā) 1 叉管19.630.2735.7517一臺機滿發(fā) 2 叉管19.630.2735.7518蝴蝶閥9.080.1486.644.467水電站課程設(shè)計計算書5 表 2 沿程水頭損失計算表其中 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415

7、. 1037. 0011. 0815. 0022. 0013. 0007. 0203. 0307. 0mhhhw）（）（程局管道的水頭損失（壓力管道長度為 113.3m,較長不計局部水頭損失）h0.1090.0400.0040.0030.0560.2120ht程整個引水系統(tǒng)的水頭損失m627. 1415. 1212. 0hhhfh程欄號引水道部位過水?dāng)嗝婷娣ew（）2m濕周（m）水力半徑r（m）引水道長（m） 6102n2q(m)合計（m）1喇叭口進水段29.7621.981.35406.04522.6590.0072閘門井段24.0020.001.20005.67624.1340.0133進水

8、口漸變段23.8818.641.281110.012603.3900.0224d=5.5m 段23.7617.281.3756469.6543724.60.8155隧洞錐形洞段21.6516.491.31255.07423.1540.0116調(diào)壓井前管段19.6315.711.250010.9821161.590.03771 號叉管19.6315.711.250035.7468881.180.10981-2 號叉管19.6315.711.250029.2156296.010.04092 號叉管19.6315.711.250012.2323570.70.00410錐管段13.8513.191.0

9、5003.9719392.710.00311d=3.4 段9.0810.680.850021.25320107.10.056水電站課程設(shè)計計算書62、引水道的等效斷面面積計算、引水道的等效斷面面積計算iifllf其中 l 為調(diào)壓井前引水道的長度l=攔污柵長度+喇叭口進口段長度+閘門井段長度+漸變段長度+（d=5.5m 洞段長度）+錐形洞段長度+調(diào)壓井前管段長度=4.1+6.0+5.6+10.0+469.6+5.0+10.98=511.28m 計算表引水道的等效斷面面積：lflifi 511.2823.80821.475m23、調(diào)、調(diào)壓井穩(wěn)壓井穩(wěn)定斷面計算定斷面計算為使求得的穩(wěn)定斷面滿足各種運行

10、工況的要求，上游取死水位，下游取正常尾欄號引水道部位過水?dāng)嗝鎓i（m2）li(m)ifli(1)攔污柵61.284.10.067(2)喇叭口進水段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19.6310.980.559ilfi水電站課程設(shè)計計算書7水位情況計算 凈水頭 h0=上游死水位下游正常尾水位=1082.01028.5=53.5m0013wtwhhhh：引水道水頭損失，大小為 1.415whhwt0：壓力管道沿程水頭損

11、失，大小為 0.212m=53.5-1.415-30.212=51.449m0013wtwhhhh當(dāng)三臺機組滿出力時，保證波動穩(wěn)定所需的最小斷面：=kf21lfgah其中 k 的取值為 1.01.1，為引水道總阻力系數(shù)d=5.5m 1024.284m/23.808qsf=2hw1.4150.07724.284取 k=1.0 則保證穩(wěn)定所需要的最小斷面為：511.28 23.80821.0156.462 9.8 0.077 51.499fm44 156.4614.113.14fdm四、調(diào)壓井水位波動計算四、調(diào)壓井水位波動計算1、最高涌波水位計算、最高涌波水位計算（1 1）當(dāng)丟棄負荷：）當(dāng)丟棄負荷

12、：300000kw 時，采用數(shù)解法時，采用數(shù)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，電站丟棄兩臺機時，若丟荷幅度為 300000kw，則流量為 63.60m3/s，用數(shù)解法計算。水電站課程設(shè)計計算書80202wgfhlfvl-為引水道的長度為 511.28mf-引水道等效斷面面積v0-引水道水流流速 v0=m/saq67. 2808.230 .63f-調(diào)壓井穩(wěn)定斷面為 156.46m2-引水道水頭損失（=）0h0h程局hhg-取 9.8m/s2(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)10-663.663.6=0.20m局h=(4

13、522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h0.0120.01263.663.610-6=0.348m=0.20+0.348=0.548m0h程局hh01. 06 .51548. 0h00x查書本 p150 圖 10-4 得，max0.10z則=0.1051.6+1097.35=1112.51mmaxz（2 2）當(dāng)丟棄負荷為）當(dāng)丟棄負荷為 4500015000kw 時，采用圖解法：時，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，電站丟棄兩臺機組時，若丟荷幅度為 4500015000

14、kw，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，以圓點向左為正（水流向調(diào)壓室） ，向右為負；以縱軸表示水位 z，以向上為正，向下為負，橫軸相當(dāng)于靜水6 .51548. 046.1568 . 9267. 2808.2328.51122020wgfhlfv水電站課程設(shè)計計算書92、作輔助線曲線引水道水頭損失曲線：，22fvhhhg局程g22h局24. 250. 110. 010. 007. 005. 020. 010. 012. 0c=87.882611rn613756. 1012. 01 =0.232222511.282.2412()hf22222 9.82

15、 9.887.8821.3756lvvvggc r2 繪制曲線 fqzattff 511.28 156.4622116s9.81 23.808lftgf計算時段取值范圍為,的取值范圍為 3.94.6 選取=4st3025tttt=,當(dāng)丟棄負荷為 45000kw15000kw時，流量 96.531.0，ff152. 046.156808.233/ms流速 4.051.30m/s。=0.20qf46.1560 .31=0.1524 -0.204=0.608 -0.8fqzattff 繪制曲線()wvzh 077. 0428.5118 . 9tlg=0.077（）()wvzh whz 采用matla

16、b編程計算后畫圖，源代碼如下：v(1)=4.05-0.077*(0.608*4.05-0.8)水電站課程設(shè)計計算書10z(1)=-0.232*4.05*4.05+0.608*4.05-0.8for i=1:29 dz(i)=0.608*v(i)-0.8 dv(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,:)=zr(2,:)=vr=r其中，v(i)為流速矩陣，z（i）為水位壅高矩陣，dz（i）為水位壅高增量矩陣，dv（i）為流速矩陣增量矩陣,v(1)為第一時段末的水的流速,z(1)為第一

17、時段末調(diào)壓井內(nèi)水位的壅高，第二個以后時段的水位及流速如下表所示。 v(m/s)z(m)vz水電站課程設(shè)計計算書113.8850-2.1430-0.10461.56213.7804-0.5809-0.21061.49853.56980.9176-0.29831.37043.27152.2880-0.36741.18912.90413.4771-0.41840.96572.48574.4428-0.45250.71132.03335.1541-0.47070.43621.56255.5903-0.47410.15001.08855.7404由表可知，最大壅高水位在5.59m5.74m之間，線性內(nèi)插

18、得最大壅高水位為5.67（圖紙見附圖1）。 zmax=1097.35+5.67=1103.02m2、最低涌波水位、最低涌波水位：（1）丟棄負荷度為）丟棄負荷度為 300000kw 時（數(shù)解法）時（數(shù)解法）當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位時，若電站丟棄全負荷時（300000，流量變化為 67.50） ，因調(diào)壓室水位達到最高水位時，水位開始下降，此時隧3/ms洞中的水流朝著水庫方向流動，水從調(diào)壓室流向進水口，因此水頭損失應(yīng)變?yōu)樨撝?，水位到達最低值稱為第二振幅。，=2.835m/s 120f2fl vgfh808.235 .67f0q(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)

19、10-667.567.5=0.220m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h水電站課程設(shè)計計算書120.0120.01267.567.510-6=0.391m=0.220+0.391=0.611m0h程局hh21.52611. 046.1568 . 92835. 2808.2328.5112=0.01200hw21.52-611. 0-查書本 p150 圖 10-4 得=0.08，則=0.08(-52.21)=-4.177m2z2zzmin=1082-4.177=1077.823m（2）增加負荷度為）增加負荷

20、度為 30000-45000kw 時（兩種方法）時（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。 3/msa、 數(shù)解法數(shù)解法smq/31. 4808.235 .102f0 m=68.5/102.5=0.668(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)10-6102.5102.5=0.516m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h0.0120.012102.5102.510-6=0.902

21、m=0.516+0.902=1.418m0h程局hh 22511.28 23.808 4.31073.26229.81 156.46 1.4180lfvgfhw)/1)(m-1)(9 . 0/05. 0275. 0(162. 00minmmhzw=)62. 026.73/668. 01)(0.668-1)(9 . 026.73/05. 0668. 0275. 026.73(1水電站課程設(shè)計計算書13 =3.435 minmin3.43503.435 1.4184.871zhwzm調(diào)壓井的最低水位為 1082-4.871=1077.129mb、 圖解法圖解法增加負荷時的圖解法與丟棄負荷的圖解法類

22、似，同樣選擇坐標(biāo)系，繪出、引水道水頭損失曲線：，22fvhhhg局程g22h局24. 250. 110. 010. 007. 005. 020. 010. 012. 0c=87.882611rn613756. 1012. 01 =0.232222511.282.2412()hf22222 9.82 9.887.8821.3756lvvvggc r2、繪出曲線；kqfzavatvtff 511.28 156.4622116s9.81 23.808lftgf則計算時段取值范圍為取，的取值范圍為 3.94.6 選取=4st3025tttt又=,當(dāng)增加負荷為 3000045000kw 時，流量 68.

23、5102.5m3/s。ff152. 046.156808.23=0.655qf46.1565 .102=0.1524 -0.6554=0.608 -2.62tfqtfazf、繪制曲線()wvzh 077. 0428.5118 . 9tlg=0.077（）()wvzh whz 水電站課程設(shè)計計算書14matlab編寫程序：v(1)=2.88z(1)=-0.232*2.88*2.88for i=1:29 dz(i)=0.608*v(i)-2.62 dv(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)end

24、v=vz=zr(:,1)=vr(:,2)=z計算結(jié)果如下表v(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

25、.87m。zmax=1082-6.87=1075.13m。水電站課程設(shè)計計算書15五調(diào)節(jié)保證計算五調(diào)節(jié)保證計算1、檢驗正常工作情況下的水擊壓力、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：，01092.0 1028.563.5h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，三臺機滿發(fā)電，通過水輪機的流量為 96.9，于是：3/ sm起始的流速96.9/23.808=4.07m,0v 水錘波速：/21wwe gaekr上式中為水的體積彈性模量，一般為 2.1； 為水的容

26、重，取we5210/n cm9.81kn/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)。1.4610 kpa83.1384 .202 .1623.102bctllll壓力管道=102.32 米，蝸殼=20.4 米，尾水管=16.2 米；tlclbl，297.36m /b bl vs2165.66/ccl vmsv1=；v2 =；v3= sm/936. 463.199 .96sm/291. 363.196 .64sm/645. 163.193 .32；v5 =432.32.332/13.85vm ssm/557. 308.

27、 93 .32 24.936 35.743.291 29.21 1.645 12.232.332 3.793.557 21.35377.441/l vms管管smvt/689. 332.102441.377水電站課程設(shè)計計算書16=977.073m/sta5235262.1 10/*9.81/9.81k/ m2*2.1 10/11.4 102.5n cmnn cmkpam5261435/862.9/2*2.1 10/11.4 101.7cm sam sn cmkpam102.3220.416.2138.92/931.056/977.073862.9771.505mcbttcblam slllaaavm=smlvclvlvlcbtt/612. 492.13866.16536.97458.377b管道特性系數(shù)為00a931.056 4.6123.4522 9.81 63.5vgh當(dāng)機組滿負荷運行時，因為閥門從全開到全關(guān)的時間為0103.4517s，其中有效關(guān)閉時間為,一個相長4.68s,為間s