水电站建筑物,有压引水水力计算《水电站建筑物》课程设计有压引水系统水力计算设计计算书姓名专业学号指导教师时间目录第一部分设计课题 (3)1.设计内容 (3)2.设计目的 (3)第二部分设计资料及要求 (4)1.设计资料 (4)2.设计要求 (5)第三部分调压井稳定断面计算 (6)1.引水系统水头损失 (6)2.引水道有效断面 (8)3.稳定断面计算 (8)第四部分调压井水位波动计算 (10)1.最高涌波水位 (10)2.最低涌波水位 (13)第五部分调节保证计算 (15)1.水锤计算 (15)2.转速相对升高值 (19)第六部分附录 (21)1.附图 (21)2.参考文献 (21)第一部分设计课题1.1 课程设计内容对某水电站有压引水系统水力计算1.2 课程设计目的通过课程设计进一步巩固所学的理论知识，使理论与工程实际紧密结合。

提高学生分析问题和解决实际问题的能力，计算能力和绘图能力。

第二部分 设计资料及要求2.1 设计资料某电站是MT 河梯级电站的第四级。

坝址以上控制流域面积23622Km ，多年平均流量44.9s m /3，由于河流坡降较大，电站采用跨河修建基础拱桥，在桥上再建双曲拱坝的形式，坝高(包括基础拱桥)54.8m 。

水库为日调节，校核洪水位1097.35m ，相应尾水位1041.32m ；正常蓄水位1092.0m ，相应尾水位1028.5m ；死水位1082.0m ，最低尾水位1026.6m 。

总库容m H m p 58,1070734=⨯，m H m H 4.53,4.65,min max ==。

装机容量kw 4105.13⨯⨯，保证出力kw 41007.1⨯，多年平均发电量h kw .1061.18⨯。

该电站引水系统由进水口、隧洞、调压井及压力管道四部分组成，电站平面布置及纵断面图如图所示（指导书图1，图2）隧洞断面采用直径为5.5 m 的圆形，隧洞末端设一锥形管段，直径由5.5 m 渐变至5 .0m ，锥管段长5.0m ，下接压力钢管。

隧洞底坡取0.005,全长500.3m ，其中进水口部分长25.7m,进口转弯段长25.595m, 锥管段长为5 m 。

水轮机型号为HL211—LJ —225，阀门从全开到全关的时间为7s ，其中有效关闭时间s T s 68.4=。

机组额定转速m in /3.2140r n =，飞轮力矩22.10124m KN GD =。

蜗壳长度s m L m L /66.165V .40.202==蜗蜗蜗，，尾水管长度s m L m L /697.3V .16.22 ==尾尾尾，。

转轮出口直径m m 94.1H 2.44D s 2-==，。

经核算，当上游为正常蓄水位，下游为正常尾水位，三台机满发电，糙率n 取平均值，则通过水轮机的流量为96.9s m /3，当上游为死水位，下游为正常尾水位，三台机满发，饮水道糙率区最小值，压力管道糙率取最大值，则通过水轮机的流量为102s m /3。

当上游为校核洪水位,下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，若丢荷幅度为30000—0KW,则流量为63.6—0s m /3；丢荷幅度为45000—15000KW,则流量变幅为96.5—31.0s m /3。

当上游为死水位，下游为正常尾水位时，若增荷幅度为30000—45000KW,则 流量变化为68.5—102.5s m /3；若丢荷幅度为30000—0KW,则 流量变化为67.5—0s m /3。

采用联合供水方式，两个卜形分岔管布置，主管直径5m ，支管直径3.4m,分岔角、2729︒。

从调压井中心至蝴蝶阀中心，全长102.32m 。

如图4-4可知，压力管道可按钢板、混凝土、围岩联合作用进行结构计算，围岩单位弹性抗力系数为kpa k 60104.1⨯=。

取压力管道经济流速为s m /5，按流量96.9s m /3进行计算，压力管道经济直径为5m ，蜗壳进口直径为3.4m ，故设5m 及3.4m 两种管径，其中3号压力管道由直径5m 过渡到3.4m 锥管段长3.789m 。

三条压力管道中以3号压力管道最长，从隧洞末端到蝴蝶阀中心，全长113.3m 。

223/423/422Q w R l n R l u n h ==程 22222Q gwg u h 局局局ξξ==计算时考虑不同的工况，隧洞糙率n 分别取0.016，0.014,0.012；压力管道的糙率n 分别取0.013，0.012,0.011。

2.2 设计要求：2.2.1 对整个引水系统进行水头损失计算； 2.2.2 进行调压井水力计算求稳定断面； 2.2.3 进行调压井水力计算确定波动振幅； （1）确定最高涌波水位 (2）确定最低涌波水位2.2.4 进行机组调节保证计算，检验正常工作情况下水击压力、转速相对升高是否满足规范要求第三部分 调压井稳定断面计算3.1 引水系统水头损失3.1.1 局部水头损失：22222Q g g u h ωξξ局局局== 式中，局ξ为局部水头损失系数；ω（㎡）为断面面积；g(2/s m )取9.81；Q ( m ³/s)为通过断面的流量，不同工况下分别取不同的值。

经列表计算结果如下：局部水头损失h 局计算表3-13.1.2 沿程水头损失： 234223422Q Rln Rl v n h ω==程式中，隧洞糙率系数n,可取0.016，0.014，0.012。

压力管道糙率系数n 可取0.013，0.012，0.011。

l(m)为引水道长，ω(㎡)为断面面积， R(m)为水力半径。

列表计算结果如下：沿程水头损失h 程计算表3-23.2 引水道有效断面：公式：(/)l f f L=∑，其中L ：调压井前引水管的长度 l : 调压井前引不同段水管的长度f : 调压井前引不同段水管的面积由沿程水头损失计算表3-2中已知资料代入计算得： m L 28.51198.100.56.4690.106.50.61.4=++++++= 148.2163.19/98.1065.21/0.576.23/6.46988.23/0.100.24/6.576.29/0.628.61/1.4)/(-=++++++=∑mf l故引水道的等效断面积有：280.2348.21/28.511)/(/m f l L f ===∑注：L （调压井调压井前引水管的长度）的第一分项4.1m 为拦污栅到喇叭口进水段首部的长度，可由设计任务书图4-3得知，其面积可由局部水头损失表3-1得出。

3.3 稳定断面计算：所求的稳定断面需满足各工况下运行的要求，故计算时应按电站在运行时可能出现的最小水头考虑。

即上游为死水位（1082.0m ），下游是最低尾水位（1026.6m ），此时的流量为102s m /3,三台机满发，引水道选用最小糙率0.012，压力管道选用最大糙率0.013。

采用《水电站建筑物》本书中得托马斯断面计算公式有：)3(2000wT w Th K h h H g LfF F --==α式中：L 为引水道长度，由3.2中计算得511.28m ；f 为引水道的等效断面面积，由3.2中计算得23.8㎡； 0H 为静水位，按所选工况计算得0H =1082.0-1026.6=55.4m ； wo h 为引水道的水头损失由局部水头损失和沿程水头损失组成226-260012.01021036.57230918.2475010210)55.1955.29(⨯⨯⨯++⨯⨯+=+=-）（程局h h h w =1.405 m ；α为引水道阻力系数，由教材中公式202)(v v h v h w w ==α可得 0764.0)8.23102(405.1)(22020====fQ h u h w w α ； 0wT h 为压力管道中沿程水头的损失 m h wT 861.0102013.01011.4897542260=⨯⨯⨯=-；将所有参数代入托马斯断面计算公式有：2839.157)861.03405.14.55(81.90764.028.2328.511m F th =⨯--⨯⨯⨯⨯=安全系数K （1.0-1.1）取1.02, 则托马斯断面200.16102.1839.157m F Th =⨯= 调压井直径 m F D Th 32.14/4==π第四部分 调压井水位波动计算4.1 最高涌波水位计算调压室最高涌波水位，应出现在最高库水位丢弃全负荷的情况下，由设计计划书中已知资料，可知存在两种情况：4.1.1第一种情况：上游为校核水位，下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，丢荷幅度为30000—0KW,流量变化为63.6—0s m /3。

解析法计算步骤如下：要求出最高涌波水位max Z ，只需求出λmaxmax Z X -=即可。

参考教材《水电站建筑物》公式得022w gFh Lfv =λ ，λ00w h X =分析可知：当n 取最大值时，由曼宁公式和谢才公式可知沿程阻力系数最大，沿程水头损失最大，也即0w h 最大，此时λ最小。

故取m ax n =0.016,此时Q=63.6m ³/s,s m f Q v /67.28..236.63===mh w 817.06.63016.010)36.57230918.24750(6.6310)55.1955.29(226260=⨯⨯⨯++⨯⨯+=-- 61.33)817.016181.92/(67.28.2328.51122020=⨯⨯⨯⨯⨯==w gFh Lfv λ024.061.33817.000===λχw h 参考教材《水电站建筑物》150页图10-40X =0.1时，横坐标为0.35，小图有7.5格，每格值为0.047 0X =0.024时，小图有3.5格，值约为1645.05.3047.0=⨯取165.0max=λz ，故m z 55.561.33165.0max =⨯=故最高涌波水位为1097.35+5.55=1102.90 m .4.1.2第二种情况：上游为校核水位，下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，丢荷幅度为45000—30000KW,流量变化为96.5—31.0s m /3图解法计算步骤如下： 水位波动的理论周期T 为：s gf LF T 92.1178.2381.916128.51114.3222=⨯⨯⨯⨯===πωπ△ t 取T/25——T/30左右，即取值在3.9-4.7S 之间取平均值△t=4.3s083.03.428.511/81.964.03.4161/8.2383.03.4161/0.31=⨯=∆==⨯=∆==⨯=∆=t L gt F ft F QA βα坐标横轴表示引水道流速v ，以原点向左为正，纵轴表示水位z ，向上为正,横轴相当于静水位 画辅助曲线：作引水道的水头损失曲线)()21(22222222v f v gR C L g v g v R C Lv h w =++=++=ξξmR 36.128.511/)25.198.10312.15376.16.469281.1102.16.5354.10.6(=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯= 79.65016.0/36.116161===R nC24.25.11.01.007.005.020.010.012.0=+++++++=ξ252.081.92124.236.179.6528.5112122=⨯++⨯=++g R C L ξ s m f Q v /05.48.235.96max ===假定几个v 值，由公式2252.0v hw=计算相应w h 的值结果如下（1）用描点法可拟绘出v h w ~关系曲线。