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1、第六部分 计算题录入：李栋浩、艾全武校核：李凯1. 某电站水轮机采用金属蜗壳，最大包角为，水轮机设计流量，蜗壳进口断面平均流速，试计算蜗壳进口断面的断面半径。（2）解：2. 某水电站采用混流式水轮机，所在地海拔高程为450.00米，设计水头为100米时的汽蚀系数为0.22，汽蚀系数修正值为0.03，试计算设计水头下水轮机的最大吸出高度Hs。（2）解：3. 某水电站水轮机的最大工作水头为50m，在最大工作水头下水轮机发出额定出力时的流量为10m3/s，水轮机的转轮的标称直径为2.2m，请选择调速器型号。（2）解：计算调速功：由此可得调速功介于1000030000Nm，为中小型调速器。查教材第90
2、页表5-1反击式水轮机调速器系列型谱，选接近而偏大者，得YT-1800.YT-1800 表示带油压装置的单调节中型机械液压式调速器，额定油压为2.5MPa，调节功为1800Nm。4某引水式水电站，压力水管末端阀门处静水头H0=120m，压力水管长L=500m，管径D=3m，设计引用流量=30m3/s，管壁厚度=25mm，导叶有效调节时间Ts=3s。（5）（1） 已知管壁钢材的弹性模量Es=206106kPa，水的体积弹性模量Ew=2.06106kPa，求压力水管中水锤波速a值。（2） 水轮机由满负荷工作丢弃全部负荷，设导叶依直线规律关闭，求压力水管末端阀门处A点及距阀门上游200m处C点的水锤
3、压强。解：（1）求水锤波速（2）判别水锤类型 2L/a=2500/967.6=1.033s , 发生间接水锤（3）求Vm（4）判别间接水锤的类型初始状态为全开，发生末相水锤。（5）求水锤压强应采用原公式：5.某水电站采用单独供水，压力水管的材料、管径和壁厚沿管长不变，单机设计流量为10m3/s，压力水管断面面积为2.5m2，水管全长L=300m，最大静水头H0=60m，水锤波速取=10000m/s，导叶启闭时间Ts=3s，求导叶由全开到全关时导叶处的最大水锤压强升高值H。（5）解：（1）判别水锤类型2L/a=2300/1000=0.6sTs=3s, 发生间接水锤（2）求Vm（3）判别间接水锤类
4、型初始状态为全开， 发生末相水锤。(4)求水锤压强，应采用原公式6.某水电站的压力钢管，管径和管壁厚度全长不变。水管总长L=300m，最大静水头H0=100m,管中最大流速Vmax=4m/s，已求得水锤波速a=1000m/s，导叶启闭时间Ts=3s，不考虑蜗壳和尾水管影响，试求：（1）机组丢弃全部荷载时（导叶由全开到全关）的水锤压强升高值，并绘制分布图；（2）增加全负荷时（导叶由全关至全开）的最大水锤压强降低值；（3）设允=0.4，若计超过允，请说出改善措施。（5）解：（1）1）判别水锤类型2L/a=2300/1000=0.6s3s,为间接水锤2）判别间接水锤类型初始状态为全开，为末相水锤。3
5、）求水锤压强，应采用原公式， （2） ， 符合条件；，（3） 1）缩短管道长度；2）加大管道断面；3）设置调压室；4）采用合理的导叶（阀门）启闭规律；5）装置调压室（空放阀）；6）设置水阻器。7某水电站，钢管分为三段，各段参数如下： L1=30m, V1=4m/s, a1=1000m/s L2=20m, V2=5m/s, a2=1100m/s L3=20m, V3=6m/s, a3=1200m/s钢管末端装有冲击式水轮机，导叶按直线规律关闭，=4s。求：甩全负荷时，阀门处的水锤压力值。（5）解：按串联管道水锤计算则 又： 故为间接水锤 故为极限水锤 8某水电站隧洞长L=564m，断面面积=50
6、m2，max=4m/s，水库正常蓄水位为242m，死水位为225m，下游尾水位为150m，若一个调压室供一台机组，引水道可能水头损失为1.6m1.8m，高压管道可能水头损失为0.81.0m，求调压室的托马稳定断面积。（6）解：托马稳定断面积公式：由已知条件：，=/=1.6/42=0.1所以有9.某水电站H0=100m，L=500m，波速c=1000m/s，机组全开时管道中最大流速Vmax=4m/s，管道末端装有冲击式水轮机，阀门按直线规律关闭，由全开至全关所需的时间为5s，用解析方法求水轮机上游200m处的最大水锤压力升高。（5）解：（1） 判断水锤类型： =2500/1000=1s 2L/a
7、=280/1000=0.16s 发生间接水锤（2）计算水锤压强值静水头Hg=100（米）压力钢管的流速水管特性系数由得出水锤为极限水锤。水锤压强值为（米）11.某水电站光滑明钢管的最大设计流量为8.7 m3/s，钢管的经济流速为4.4 m/s，水电站的设计水头为143m（含水锤压强）；钢管的容许应力,钢管的焊缝系数。试拟定压力钢管的内直径和管壁厚度？（4）解：（1）压力钢管的内直径D0 （2）管壁的初步厚度t0取考虑钢管管壁厚度的制造误差以及钢管运行中的磨损和锈蚀，管壁厚度应比计算厚度增加2mm的厚度欲量；满足规范规定的最小厚度，且同时满足下式条件所以管壁厚度12.某水电站在计算机组间距时，资
8、料如下：发电机风罩外径6.3米，发电机通道宽2米；蜗壳的最大尺寸为6.6米，两蜗壳间混凝土厚度为3米；尾水管的出口宽度为6.5米，尾水闸墩厚度3米。试确定机组间距。（7）解：当机组间距由发电机尺寸控制时当机组间距由蜗壳尺寸控制时当机组间距由尾水管尺寸控制时取上述最大值为机组间距，所以机组间距。13.某有压引水式水电站，水库正常蓄水位370m，水库死水位345m，下游正常尾水位221m，压力钢管的总长度为 500m，光管直径为1.8m，管内最大流量为12.1m/s，水锤波速为1000m/s，阀门按直线规律关闭，阀门（导叶）有效关闭时间Ts=3.4s，厂家容许值为 50。试求丢弃全部符合（0=1）
9、时压力钢管末端的水锤压强相对升高至max ，若不满足要求，可采取哪些措施？（5）解：1）判别水锤的类型Ts=3.4s 2L/a=2500/1000=1s 为间接水锤2）计算水锤压强值静水头Hg=370-221=149（米）压力钢管的流速v0=水管特性系数 = =有0=1.621.6得出水锤为极限水锤。m= 不满足水锤压强值，采取的措施有：缩短压力管道的长度；减小压力管道中的流速；选择合理的调节规律；延长有效的关闭时间（设置减压阀、设置水阻器、设置折向器）。水电站计算题：1、基本资料：某电站简单压力管道，设计水头160m，管道中最大流速为4m/s，管道长600m，水锤波速1200m/s，阀门全部
10、开启。试计算： (1) 当阀门在1秒中全部关闭，求最大水锤压力。 (2) 当阀门在8秒中按直线规律全部关闭，求最大水锤压力值。解： (1)相长tr=2L/a=2600/1200=1s Ts=1s=tr，发生直接水锤 (2) Ts=8str，发生间接水锤水管特性常数=(avmax)/(2g H0 ) =(12004)/(29.8160)=1.530=1.531=1.531判断为极限水锤 管道特性系数=(Lvmax)/(g H0Ts)=(6004)/(9.81608)=0.191最大水锤压力相对值m=2/（2-）=20.191/（2-0.191）=0.2112、基本资料：某电站引水管道长600m，
11、管道直径4m，引用流量50m3/s，设计水头120m，最大水头150m，最小水头60m。求：(1) 试用水流加速时间公式判断是否需设调压室。(Tw1.56s时可不设)(2) 如设，求托马断面(=0.19)。，压力管道水头损失1.3m。解：(1) 介于1.5s与6s之间，是否设调压室应根据电站在电力系统中所占的比例来确定。 (2)调压室托马断面为： 3、基本资料：某地面压力钢管HP=90m，Vmax=4.5m/s，水锤压力按30%HP计算，求管壁计算厚度与结构厚度并进行抗外压稳定校核。(用彭德舒公式计算D，=130000kPa，=0.95)。解：(1)计算管道直径： (2)管壁计算厚度： (3)管壁结构厚度：(4)抗外压稳定校核：抗外压稳定校核不满足要求。
