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：∑=ii fL Lf ， 引水道有效断面积f 的求解表栏号引水道部位过水断面f i （m 2）L i (m) L i/f i所以引水道的等效断面积∑=ii fL Lf =511.28/21.475=23.81 m 2 <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1,22g 2h Qϖξ局局=g ：重力加速度9.81m/s 2 Q ：通过水轮机的流量取102m 3/s ω ：断面面积 m 2 ξ：局部水头损失系数局部水头损失h 局计算表栏号引水建筑物部位及运行工况 断面面积 ω（m 2） 局部水头损失系数 局部水头损失10-6Q 2（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 0.0660.204 (6) 末端锥管段 19.63 0.10 0.138 (7)调 压正常运行19.630.100.1382.202 (1) 拦污栅 61.28 4.1 0.067 (2) 喇叭口进水段 29.76 6.0 0.202 (3) 闸门井段 24.00 5.6 0.233 (4) 渐变段 23.88 10.0 0.419 (5) D=5.5m 23.76 469.6 19.764 (6) 锥形洞段 21.65 5.0 0.231 (7)调压井前管段19.6310.980.559(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 0.0554.464（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=4.464m2,23422nh QRlϖ=沿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 l ：引水道长度m ω：断面面积m2R：为水力半径m Q ：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（2m）湿周（m）水力半径R（m）引水道长（m）h程610-2n2Q(m)合计（m）1 进水喇叭口进水段29.76 21.98 1.3540 6.0 4522.448 0.0072 闸门井段24.00 20.00 1.2000 5.6 7625.272 0.0113 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 19.6315.711.250010.9821154.080.0327 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 11D=3.4段9.0810.680.850021.25321684.6320.057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。
上表中栏号1、2、3、4、5、6中的Q=1023m /s ；栏号7中Q=96.93m /s ；栏号 8中Q=64.63m /s ；栏号9中Q=32.33m /s ； 栏号10中Q=32.33m /s ；栏号11中Q=32.33m /s ；1=h +h f h 局程=（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：w h =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00013wT w h h H H --=h w0：引水道水头损失，大小为3.606mh wT0：压力管道沿程水头损失，大小为0.213mH 0：静水头，H 0=上游死水位—下游正常尾水位=1082.0－1028.5=53.5m则1H =0H 13f w h h --=53.5-3.606-3⨯0.213=49.255m取K=1.5，D=5.5m ，s m A Q v /284.481.23102===， α=h w0/v 2=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 =k12LfgaH其中k=1.21.5，g=9.812m /s , L=511.28m , f=23.81（2m ）, 1H = 47.255(m)F =k 12LfgaH F=255.47196.081.9281.2328.5115.1⨯⨯⨯⨯⨯=100.492m则调压室断面直径D=πF4=14.349.1004⨯=11.311m.四．水位波动的计算：h w0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 ω（m 2） 局部水头损失系数局部水头损失10-6Q 2（m ） 合计(m) (1)进 水 口拦污栅 61.28 0.12 1.629Q 229.550 Q 2(2) 进口喇叭段 29.76 0.10 5.755Q 2 (3) 闸门井 24.00 0.20 17.697Q 2 (4) 渐变段23.88 0.05 4.469Q 2 (5) 隧 洞进口平面转弯 23.76 0.07 6.320Q 219.547 Q 2 (6)末端锥管段19.630.1013.227Q 2（7） 调 压 井 正常运行 19.63 0.10 13.227 Q 2211.632 Q 2（8） 增一台机负荷，从调压井流入管道19.63 1.50 198.405 Q 2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 ω（m 2） （m ） 半径 R （m ）道长 （m 10-6n 2Q 2 （m ）合计 （m ） 1 喇叭口进水段 29.76 21.98 1.3546.0 4522.66 n 2Q 2 2 闸门井段 24.00 20.00 1.2005.67624.13n 2Q 23 渐变段 23.88 18.64 1.281110.0 12603.40n 2Q 24 D=5.5M 洞段 23.76 17.28 1.3756469.6 543724.61n 2Q 2 5 锥形洞段 21.65 16.49 1.31255.07423.15n 2Q 26调压井前管段 19.63 15.71 1.25010.98 21161.60n 2Q 2<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——0KW ，则流量为63.6——0m 3/s ，用数解法计算。
sm AQ v /678.25.514.3416.632002=⨯⨯==022w gFh Lfv =λ，其中：引水道的直径为5.5m; Q 0为流量，大小为63.6 m 3; g 为重力加速度9.81 m/s 2L 为引水道的长度511.28m; f 为引水道的等效面积23.81F 为稳定断面的面积 100.492m ; h wo 为引水道的水头损失 h w0=h 局+h 沿=(29.550+19.547+211.632) Q 2+( 4522.66+7624.13+12603.40+543724.61+7423.15+21161.60)n 2Q 2 Q 取63.6m 3/s; n 取糙率系数的最小值0.012 则h w0=1.055m+0.348m=1.403m 则计算结果如下：56.31403.149.10081.92678.281.2328.5112=⨯⨯⨯⨯⨯=λ， mh X w 044.056.31403.100===λ，查书本P150图10-4得26.0max=λz ，则m z 21.856.3126.0max =⨯=所以，最高涌波水位Zmax=8.21+1097.35=1105.56m 。
(2). 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45000——15000KW ，则流量为96.5——31.0m3/s 。
利用图解法求解：A 、以横轴表示引水道流速v ，以圆点向左为正，向右为负；以纵轴表示水位z ，以向上为正，向下为负，横轴相当于静水位。
B 、辅助曲线，①、引水道水头损失曲线：22f v h h h g=++局程，24.25.110.010.007.005.020.010.012.0=+++++++=ζ116611 5.587.8750.0124C R n ⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭g v g v R c lv 222222fh++=ζ ()2281.92181.9224.2375.1875.8728.511v ⨯+⨯+⨯==0.2132v ② 、绘制f Qz av A tv t F F∆=-=∆-∆, ③19.9381.2381.949.10028.51122=⨯⨯==ππgf lF T则 t ∆=T/25=3.80(s) 又fF =23.81/100.49=0.237,当丢弃负荷为45000~15000时，流量从96.5~31.0，QF=31.0/100.49=0.308; 8.3308.08.3237.0⨯-⨯=∆v z170.1-901.0v =c.绘制()w v z h β∆=--曲线β =073.028.5118.381.9=⨯=∆⨯l t g即：v ∆=0.073 ()w z h -- ；曲线如图有图可知最高涌波水位：max z =157.83*50/1000=7.8915mmax z =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—03/m 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。