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1、1FJD34260 FJD水利水电工程 技术设计阶段引水式水电站水道水利学计算大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1998年 1月2水电站技术设计阶段引水式水电站水道水力学计算大纲主 编 单 位 :主编单位总工程师: 参 编 单 位 :主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位 : 软 件 编 写 人 员 : 勘测设计研究院年 月3目 次1. 引 言 .42. 设计依据文件和规范 .43. 基本资料 .44. 计算原则与假定.65. 计算内容与方法.66. 观测设计.157. 专题研究.168. 应提供的设计成果.1641 引言工程位于 ,是以 为主, 等综合利用的水利水电枢纽工程。水库
2、最高洪水位 m,正常蓄水位 m,死水位 m，最大坝高 m。电站总装机容量 MW,单机容量 MW,共 台,保证出力 MW。电站设计水头 m,最大水头 m,最小水头 m。电站最大引用流量 m 3/s。本工程初步设计于 年 月审查通过。2 设计依据文件和规范2.1 有关本工程的文件(1) 工程可行性研究报告;(2) 工程可行性研究报告审批文件;(3) 工程初步设计报告;(4) 工程初步设计报告审批文件;(5)有关的专题报告。2.2 主要设计规范 (1)SDJ 1278 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(试行)及补充规定;(2)SD 13484 水工隧洞设计规范;(3)SD 30
3、388 水电站进水口设计规范(试行);(4)SD 14485 水电站压力钢管设计规范(试行);(5)DL/T 5058-1996 水电站调压室设计规范;(6)DL/T 5079-1997 水电站引水渠道及前池设计规范(7)SL 7495 水利水电工程钢闸门设计规范；(8)SDL 17385 水力发电厂机电设计技术规范。3 基本资料3.1 工程等级及建筑物级别 (1)根据 SDJ 1278规范表 1确定本工程为 等工程。(2)根据引水系统工程在水电站枢纽中所处的位置及其重要性,按 SDJ 1278确定建筑物级别为 级。 3.2 技术设计阶段工程枢纽布置图提示：本设计阶段,各建筑物的布置图,应包括
4、建筑物的体型尺寸、位置、高程、桩号.等。3.3 水文资料 (1)各种频率下的洪水流量,和经水库调节后相应的下泄流量;(2)多年平均流量;(3)厂房尾水出口处的水位流量关系曲线。3.4 水位资料 设计计算中常用的各种水位流量资料如表 1。5表 1 水位流量表设计工况水库水位, m 下泄流量 m3/s 电站尾水位 m备注万年一遇洪水千年一遇洪水百年一遇洪水正常蓄水位死水位3.5 建筑物主要控制桩号、高程、尺寸(1)最大坝高、坝型;(2)进水口主要高程及尺寸:进口底板高程及喇叭口尺寸、进口曲线型式;进口检修闸门中心线桩号、底板高程及孔口尺寸；进口工作闸门中心线桩号、及其底版高程及孔口尺寸;渐变段长度
5、及尺寸;(3)引水隧洞直径、长度，渐变段末端桩号,隧洞起点底板或中心线高程,调压室与隧洞中心线交点处桩号及高程;(4)调压室的体型、尺寸,顶部、底板的高程；(5)压力管道主管直径、长度、坡度、弯段转弯半径，支管直径、长度、分岔型式,水轮机进口处管道中心线高程及直径。 3.6 机电设备及其主要参数 (1)机组额定转速 r/min;(2)机组飞逸转速 r/min;(3)机组轴向总推力 t;(4)机组旋转方向 ;(5)机组飞轮力矩 GD2 t/m2;3.6.1 水轮机 (1)水轮机型号为 ,转轮直径 D1= m;(2)水轮机的特性曲线;(3)水轮机调速时间 s,及其行程曲线图;(4)涡壳进口尺寸,涡
6、壳设计最大水头 H= m, 涡壳长度为 m,平均流速为 m/s;(5)尾水管型式 ,中心线长度 m,平均流速 m/s;(6)水轮机安装高程 m,水轮机吸出高度 Hs = m。3.6.2 发电机(1)额定容量 MVA;(2)额定电压 V;(3)额定电流 A;(4)额定功率 ;(5)额定频率 s -1;(6)相 数 。 3.7 运行方式 根据水电站的运行方式,决定引水道的水力计算条件,按照有关规范规定：6(1)丢弃负荷时,考虑瞬时全部关机，负荷从 100 0;相应的流量由 Q max 0;(2)加负荷时，考虑其他机组正常运行时，瞬时开最后一台机组,管道内流量由 Q p (Q p q) 。 3.8
7、衬砌糙率提示：根据管道采用衬砌材料的不同,分段选用糙率系数。为了在设计中留有余地,糙率系数又不能准确的选定,在设计中假定一个上限与下限值,水力计算时组合一种不利条件进行计算。4 计算原则与假定4.1 设计原则(1)引水系统的水力计算,除执行本大纲外,还应符合有关规程、规范、标准的规定和要求。(2)设计前应认真收集和分析有关水力计算的原始资料,落实电站的运行方式,并了解有无特殊的任务和要求。(3)有关抽水蓄能电站水道水力设计，参见“抽水蓄能电站水道水力过渡过程计算大纲范本” 。4.2 设计假定 (1)根据建筑物的等级,确定洪水位的高程、下泄流量和相应的下游尾水位,作为设计的校核情况、设计情况分别
8、进行计算。(2)按照电站在电网系统中的位置和运行的条件,确定水力计算的组合情况。 (3)在计算调压室的最高和最低涌波以及进行压力管道内的水锤计算时,要计算电站的开机与关机的条件：1)关机情况提示：一般计算调压室内的最高涌波和压力管道内的最大水锤压力。按有关规范规定,负荷由 100 0,引水道内流量由 Q max0,相应的上游应为最高水位。 2)开机情况提示：计算调压室内的最低涌波和压力管道内的负水锤。其他机组均满负荷,瞬时开启最后一台机组，流量由 Q p Q max ，即 Q p qQ max 。相应的上游为最低水位。(4)引水系统水力计算选用糙率系数时,计算调压室内最高涌波时取小值,计算最低
9、涌波取大值。5 计算内容与方法5.1 对枢纽建筑物布置合理性复核提示：根据初步设计阶段已确定的枢纽布置,建筑物的体型尺寸、位置,用技术设计阶段落实的各项参数,重新进行各项水力计算,如发现有不合理处,可以局部调整建筑物的尺寸、位置和高程。5.2 过流能力的核算 提示：根据已有的枢纽布置,核算电站在各种运行工况下的过流能力。可参照有关管流公7式进行计算。孔口尺寸必须满足宣泄各种流量的要求。5.3 水头损失计算提示：水头损失分为二种,即沿程摩擦损失和局部损失。为了水力计算中应用的方便,并适用于各种不同的流量，将沿程损失和局部损失换算成流量 Q 的函数。 在设计水头时损失应分段计算:(1)自进水口至调
10、压室与隧洞交叉处;(2)自调压室与隧洞交叉处到水轮机进口(即蜗壳进口);(3)蜗壳尾水管至尾水出口(如有尾水洞及尾水调压室的电站也应计算在内)。计算情况又分为:(1)关机情况采用小的糙率系数计算沿程损失;(2)开机情况采用大的糙率系数计算沿程损失。 5.3.1 沿程损失计算 水流通过的管道自进水口到尾水出口均应包括在内,计算公式可采用：(1)谢才公式(Chezy)(1775) vC(RJ) 1/2 (1)沿程损失：式中：v 为断面平均流速;C 谢才系数;R 断面的水力半径,即 RA/P；J 为水力坡度;h f 沿程水头损失;L 隧洞或管道长度;A 断面积；P 润周。(2)曼宁公式(Mannin
11、g)(1890 年)C=(1/n)R 1/6 (3)沿程损失： 式中：n 为糙率系数;A 过水面积;Q 过流量;R 水力半径,园形断面 RD/4;L 隧洞或管道长度；D 隧洞或管道直径。5.3.2 局部水头损失计算 局部水头损失,可参照有关规范进行计算(如进水口部分可参照 SD 30388附录22cLhf4342LRAQnhf8四等)。其计算公式如下：式中：v 22g流速水头；水头损失系数。局部损失种类如下：(1)进口损失;(2)拦污栅损失;(3)渐变段损失;(4)闸门槽损失;(5)弯管段损失;(6)分岔管损失；。5.4 水电站引用流量计算 根据枢纽和建筑物的特征及电站的等级,如表 1列出校核
12、情况和设计情况，并计算各种工况下的引用流量。(1)引用流量计算公式 式中：N电站出力，MW；H 0电站净水头，m；效率系数。(2)各种计算工况表 2 各种计算工况表运行工况库水位m下泄流量m3/s尾水位m毛水头 m引用流量m3/s水头损失m净水头H0 m效率系数 电站出力N ，MW校核情况设计情况最低水位5.5 调压室水力计算调压室的水力计算应满足 DL/T 5058-1996中的规定。调压室的水力计算包括以下内容:(1)验算水力发电厂工作的稳定性,即确定调压室的稳定面积,以确保不稳定流逐步衰减;(2)决定调压室的最高涌波;(2)决定调压室的最低涌波。5.5.1 判别设置调压室的标准为了降低水轮机压力水道中的水锤压力,防止水锤波向隧洞内传播,应按 DL/T 5058-1996中的不等式判定是否设置调压室:T WT W(7) 式中：T WLV/(gH)压力引水道中水流的惯性时间常数,s;52gvh681.9HNQ9L压力引水道(包括涡壳和尾水管)各分段的长度,m;V各分段内相应的流速，m/s;g重力加速度,g=9.81m/s 2;H相应水头(最小水头)，m;T WT W的允许值，一般取 2s4s 。5.5.2 调压室稳定断面计算计算最小稳定断面时,应按电站运行中可能出现的最小水头计算。计算水头损失时,压力引水道应选用可能的最小糙率,压力管道选用可能的最大糙率。调压室
