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1、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
2、计容 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 2362 2 Km，多年平均流量44.9sm / 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，
3、最 低 尾 水 位1026.6m。 总 库 容mHm p 58,10707 34 ， mHmH4.53,4.65, minmax 。 装机容量kw 4 105.13， 保证出力kw 4 1007.1， 多年平均发电量hkw.1061.1 8 。 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 25.59
4、5m, 锥管段长为 5 m。 水轮机型号为 HL211 LJ225， 阀门从全开到全关的时间为7s， 其中有效关闭时间sTs68.4。机组额定转速min/3.214 0 rn，飞轮力矩 22 .10124mKNGD。蜗壳长度smLmL/66.165V.40.20 2 蜗蜗蜗 ，尾水管 长度smLmL/697.3V.16.2 2 尾尾尾 ，。转轮出口直径 mm94.1H2.44D s2 ，。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 96.9sm / 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
5、最大值，则通过水轮机的流量为 102sm / 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300000KW, 则流量为 63.60sm / 3 ；丢荷幅度为 4500015000KW, 则流量变幅为 96.5 31.0sm / 3 。当上游为死水位， 下游为正常尾水位时，若增荷幅度为3000045000KW, 则 流量变化 为 68.5102.5sm / 3 ；若丢荷幅度为300000KW, 则 流量变化为 67.50sm / 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
6、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kpak 6 0 104 .1。 取压力管道经济流速为sm/5，按流量 96.9sm / 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。 2 23/4 2 3/4 22 Q wR ln R lun h程 2 2 2 22 Q gwg u h 局 局局 计算
7、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 ： 2 2 2 22 Q gg u h 局 局局式中，局为局部水头 损
8、失系数；（）为断面面积； g( 2 / sm)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 3-1 栏号引水建筑物部位及运行 工况 断面 面积 )( 2 m 局 部 水 头 损 失 系数 局 局部水头损失 ）（mQ 26 10 合计 （1） 进 水 口 拦污栅61.28 0.12 1.6287 29.5499 （2）进口喇叭段29.76 0.10 5.7549 （3）闸门井24.00 0.20 17.6974 （4）渐变段23.88 0.05 4.4689 （5） 隧 洞 进口平面转弯23.76 0.07 6.
9、3198 19.5468 （6）末端锥管段19.63 0.10 13.2270 （7） 调 压 井 正常运行19.63 0.10 13.2270 211.6315 （8） 增一台机负荷、从 调压井流入管道 19.63 1.50 198.4046 （9） 压 力 引 水 管 道 上水平段平面转弯19.63 0.04 5.2908 428.9212 （10）下水平段平面转弯9.08 0.08 49.4560 （11）斜井顶部立面转弯19.63 0.09 11.9043 （12）斜井底部立面转弯9.08 0.09 55.6380 （13）锥管9.08 0.08 49.4560 （14）三台满发 1
10、岔管19.63 0.30 39.6809 （15）三台满发 2 岔管19.63 0.45 59.5214 （16）一台满发 1 岔管19.63 0.27 35.7128 （17）一台满发 2 岔管19.63 0.27 35.7128 （18）蝴蝶阀9.08 0.14 86.5480 3.1.2 沿程水头损失 ： 2 3 4 2 2 3 4 22 Q R ln R lvn h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，( )为断面面积， R(m) 为水力半径。列 表计算结果如
11、下： 沿程水头损失h程计算表 3-2 栏号引水道部位 过 水 面 积 )( 2 m 湿周 （ m） 水 力 半 径)(mR 引水 道长 （ m） 程 h 226 10Qn 合计 （1）进 水 口 喇叭口进水 段 29.76 21.98 1.354 6.0 4522.659 24750.183 （2）闸门井段24.00 20.00 1.200 5.6 7624.134 （3）渐变段23.88 18.64 1.2811 10.0 12603.39 （4）隧 洞 mD5. 5洞 段 23.76 17.28 1.3756 469.6 543724.6 572309.361 （5）锥形洞段21.65 1
12、6.49 1.3125 5.0 7423.154 （6）调压井前段19.63 15.71 1.250 10.98 21161.59 （7） 压 力 管 道 D = 5 m 段 1号岔道19.63 15.71 1.250 35.74 68881.18 489754.114 （8） 1 号 2 号岔道 19.63 15.71 1.250 29.21 56296.00 （9）2号岔道19.63 15.71 1.250 12.23 23570.70 （10）锥管段13.85 13.19 1.050 3.97 19392.71 （11）D=3.4 段9.08 10.68 0.850 21.35 3216
13、13.5 3.2 引水道有效断面 ： 公式： (/)lf 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： mL28.51198.100 .56 .4690.106.50.61.4 1 48.2163.19/98.1065.21/0 .5 76.23/6.46988.23/0 .100.24/6.576.29/0 . 628.61/1.4)/( m fl 故引水道的等效断面积有： 2 80.2348.21/28.511)/(/mflLf 注：L（调压井调压井前引水管的长度）的第一分项
14、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102sm / 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(2 000wTw ThK hhHg Lf FF 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 ； 0 H为静水位，按所选工况计算得 0 H=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 226-26 0 012.01021036.5
