.. . …水电站课程设计计算书目录一、设计课题3二、设计资料及要求31、设计资料见《课程设计指导书、任务书》32、设计要求3三、调压井稳定断面的计算41、引水道的水头损失计算4（1）局部水头损失计算4（2）沿程水头损失计算52、引水道的等效断面面积计算73、调压井稳定断面计算8四、调压井水位波动计算81、最高涌波水位计算81）、当丢弃负荷：30000~0KW时，采用数解法8 2）、当丢弃负荷为45000~15000时，采用图解法：92、最低涌波水位121)丢弃负荷度为30000——0KW时（数解法）122）增加负荷度为30000----45000KW时（两种方法）13五．调节保证计算161、检验正常工作情况下的水击压力162、检验相对转速升高是否满足规要求18六、参考文献18七、附图:19附图1:丢弃负荷时调压井水位波动图19附图2:增加负荷时调压井水位波动图19一、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求稳定断面；（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水击压力、转速相对值升高是否满足规要求。

三、调压井稳定断面的计算 1、引水道的水头损失计算 （1）局部水头损失计算表局部水头损失采用如下公式计算：2222g 2g h Q ξυξω==局局局表1局部水头损失计算表本表计算中Q=102m 3/s ，g=9.8m/s 2（2）沿程水头损失h 程计算表沿程水头损失采用如下公式计算：22423n l h Q R ω=程表2 沿程水头损失计算表其中 栏1、2、3、4、5、6、7的流量Q 为102m 3/s ，根据压力管道相关参数表得7栏的流量为96.9,；8栏的流量为64.6,； 9、10、11栏流量为32.3查规和资料得到糙率n ，进水口取0.013，隧洞取最小值0.012，压力管道取最大值0.013调压井前引水道的水头损失¨415.1037.0011.0815.0022.0013.0007.0203.0307.0m h h h w =+++++++=+=）（）（程局压力管道的水头损失（压力管道长度为113.3m,较长不计局部水头损失）h 0.1090.0400.0040.0030.0560.2120h T ω==++++=程整个引水系统的水头损失m 627.1415.1212.0h =+=+=∑ωh h f2、引水道的等效断面面积计算∑=iifL L f其中L 为调压井前引水道的长度L=拦污栅长度+喇叭口进口段长度+闸门井段长度+渐变段长度+（D=5.5M 洞段长度）+锥形洞段长度+调压井前管段长度 =4.1+6.0+5.6+10.0+469.6+5.0+10.98 =511.28m计算表引水道的等效断面面积：L f L i f i=∑511.2823.80821.475==m 2L f i3、调压井稳定断面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净水头H 0=上游死水位—下游正常尾水位=1082.0－1028.5=53.5m0013wT w h h H H --=w h ：引水道水头损失，大小为1.415h wT0：压力管道沿程水头损失，大小为0.212m0013wT w h h H H --==53.5-1.415-3×0.212=51.449m当三台机组满出力时，保证波动稳定所需的最小断面：F =k 21LfgaH其中K 的取值为1.0~1.1，α为引水道总阻力系数 D=5.5m 1024.284m /23.808Q s f υ=== α=2h w υ=1.4150.07724.284= 取k=1.0则保证稳定所需要的最小断面为：511.2823.80821.0156.4629.80.07751.499F m ⨯=⨯=⨯⨯⨯14.11D m ===四、调压井水位波动计算1、最高涌波水位计算（1）当丢弃负荷：30000~0kw 时，采用数解法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。

022w gFh Lfv =λL---------------------为引水道的长度为511.28m f---------------------引水道等效断面面积 v 0------------------------------------------引水道水流流速v 0=AQ =67.2808.230.63=m/s F---------------------调压井稳定断面为156.46m 20h ω-------------------引水道水头损失（0h ω=程局h h +）g---------------------取9.8m/s 2=局h (1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×63.6×63.6=0.20m程h =(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012×63.6×63.6×10-6=0.348m0h ω=程局h h +=0.20+0.348=0.548m01.06.51548.0h 00===λωX查书本P150图10-4得max0.10zλ=，则max Z =0.10╳51.6+1097.35=1112.51m（2）当丢弃负荷为45000~15000kw 时，采用图解法：当上游为校核洪水位1097.35m ，下游为相应的尾水位1041.32m ，电站丢弃两台机组时，若丢荷幅度为45000——15000KW ，则流量为96.5——31.0m 3/s 。

利用图解法求解1、以横轴表示引水道流速v ，以圆点向左为正（水流向调压室），向右为负；以6.51548.046.1568.9267.2808.2328.51122020=⨯⨯⨯⨯⨯==w gFh Lfv λ纵轴表示水位z ，以向上为正，向下为负，横轴相当于静水 2、作辅助线曲线①引水道水头损失曲线：22f v h h h g=++局程，g22h νξ=局24.250.110.010.007.005.020.010.012.0=+++++++=ξC=611R n=613756.1012.01⨯=87.882222511.28 2.2412()h f222229.829.887.882 1.3756lv v v g g c R ζν=++=++⨯⨯⨯ =0.2322ν ②绘制f QZ A t t F Fυαυ∆=-=∆-∆曲线α22116s T === 计算时段t ∆取值围为30~25TT ,t ∆的取值围为3.9—4.6选取t ∆=4s f F =152.046.156808.23=,当丢弃负荷为45000kw ~15000kw 时，流量96.5~31.03/m s ， 流速4.05~1.30m/s 。

Q F =46.1560.31=0.20 f QZ A t t F Fυαυ∆=-=∆-∆=0.152×4υ-0.20×4=0.608υ-0.8③绘制()w v z h β∆=--曲线077.0428.5118.9=⨯=∆=t L g β ()w v z h β∆=--=0.077（w h Z --）采用matlab编程计算后画图，源代码如下：v(1)=4.05-0.077*(0.608*4.05-0.8)z(1)=-0.232*4.05*4.05+0.608*4.05-0.8for i=1:29dz(i)=0.608*v(i)-0.8dv(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)为流速矩阵，z（i）为水位壅高矩阵，dz（i）为水位壅高增量矩阵，dv （i）为流速矩阵增量矩阵,v(1)为第一时段末的水的流速,z(1)为第一时段末调压井水位的壅高，第二个以后时段的水位及流速如下表所示。

由表可知，最大壅高水位在5.59m~5.74m 之间，线性插得最大壅高水位为5.67（图纸见附图1）。

Z max =1097.35+5.67=1103.02m2、最低涌波水位：（1）丢弃负荷度为30000——0KW 时（数解法）当上游为死水位，下游为正常尾水位时，若电站丢弃全负荷时（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。

120f 2f L v gFh λ=，808.235.67f 0==Q υ=2.835m/s=局h (1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×67.5×67.5=0.220m程h =(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012×67.5×67.5×10-6=0.391m0h ω=程局h h +=0.220+0.391=0.611m21.52611.046.1568.92835.2808.2328.5112=⨯⨯⨯⨯⨯=λλ00h w =X ==21.52-611.0-0.012查书本P150图10-4得λ2Z =0.08，则2Z =0.08×(-52.21)=-4.177mZ min =1082-4.177=1077.823m（2）增加负荷度为30000----45000KW 时（两种方法）当上游为死水位，下游为正常尾水位，增荷幅度为30000~45000KW ，流量变化由68.5~102.53/m s ，流速2.88～4.3 m/s 。

A 、 数解法s m Q /31.4808.235.102f 0===υ m=68.5/102.5=0.668=局h (1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×102.5×102.5=0.516m程h =(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012×102.5×102.5×10-6=0.902m0h ω=程局h h +=0.516+0.902=1.418m22511.2823.808 4.31073.26229.81156.46 1.4180lfv gFh w ε⨯⨯===⨯⨯)/1)(m -1)(9.0/05.0275.0(162.00min εεεm m h Z w --+-+==62.026.73/668.01)(0.668-1)(9.026.73/05.0668.0275.026.73(1--+-+) =3.435minmin 3.4353.435 1.4184.871Z hw Z m ==⨯= 调压井的最低水位为 1082-4.871=1077.129m B 、 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①、引水道水头损失曲线：22f v h h h g=++局程，g22h νξ=局24.250.110.010.007.005.020.010.012.0=+++++++=ξC=611R n =613756.1012.01⨯=87.882 222511.28 2.2412()h f222229.829.887.882 1.3756lv v v g g c R ζν=++=++⨯⨯⨯ =0.2322ν ②、绘出k Q fz av A tv t F F∆=-=∆-∆曲线；22116s T === 则计算时段t ∆取值围为30~25TT 取，t ∆的取值围为3.9—4.6选取t ∆=4s 又f F =152.046.156808.23=,当增加负荷为30000~45000kw 时，流量68.5～102.5m 3/s 。