水电站建筑物,有压引水水力计算说课讲解
水电站引水建筑物(第五章)
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
❖ 水电站枢纽组成
挡水建筑物
泄水建筑物
水电站进水建筑物
水电站输水建筑物 水电站平水建筑物
水电站引水建筑物
水电站厂区建筑物
其它建筑物（木道、船道、冰道等）
❖ 水电站枢纽工程实例
葛洲坝水电站
陈村水电站
盐锅峡水电站
隔河岩水电站 2
10
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
❖五、水电站引水隧洞
1、发电隧洞优缺点：
优点： 与渠道相比，隧洞具有以下优点： （1）可以采用较短的路线，避开沿线不利的地形、地质条件； （2）有压隧洞能适应水库水位的大幅度升降及水电站引用流 量的迅速变化； （3）不受冰冻影响，沿程无水质污染； （4）运行安全可靠。 缺点：
❖ 4、水电站有哪些组成建筑物，本课程主要介绍哪 些内容?
❖ 5、试简述水电站进水口的功用和要求。
❖ 6、水电站无压进水口的布置有哪两种基本形式？ 36 其适用条件是什么?
思考题之二
❖ 1、简述深式进水口主要型式、各种型式布置特点 及适用条件，并说明其位置、高程、轮廓尺寸是如 何确定的?
❖ 2、拦污栅的工作要求?拦污栅的布置设计如何进行?
隧洞的主要缺点是对地质条件、施工技术及机械化的要求 较高，单价较贵，工期较长。
11
2、隧洞路线选择
隧洞选线中需考虑的主要因素有：
(1)地质条件。 (2)地形条件。 (3)施工条件。 (4)水力条件。
12
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
六、水电站压力管道
1、压力管道的功用和类型
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水利水电建筑工程专业技能课程水力分析与计算教学文本
学生根据案例讲解，分组计划工作任务，明确解题思
路。
0.2
学生在工程案例学习基础上学生对某水闸平板闸门静水总压力进行计算，根据同
4．实施 练习，教师辅导。
学提出的问题，总结共性问题集中讲解，个别问题单 0.3 独辅导。
5．检查与评价学 进生 行自 综评 合、 评互价评。，教师对过程通过自评、互评的表格对学习效果进行评价。
态度
（1）具有交流探讨精神 （3）具有自学精神
（2）具有吃苦耐劳精神 （4）具有刻苦学习精神
教学过程
教学组织设计 教学内容
教学组织
学时 分配
高村水利枢纽有压泄洪隧洞 进行水力计算任务，水流运 教师用典型工程项目引出有压管道水力计算任务，
1．资讯 动基本概念及连续方程、能 根据计算任务，进行有关知识要点讲解。学生获取 5.0
量方程、水头损失分类等讲 信息。
解。
2．决策
连续方程、能量方程应用、 水头损失计算方法讲解。
教师进行基本知识应用讲解。
4.0
3．计划
明确有压管道计算任务。
学生通过录相或仿真模型进一步熟悉工程项目，构 思计算任务，教师辅导。
0.5
水流运动的基本概念及连续
4．实施 方程、能量方程、水头损失 学生进行基础知识的练习，教师辅导。
态
态度和理论联系实际的工作作风；
意识和团结协作精神；
度 （2）善于自学，刻苦钻研，具有较强的自学能 （4）能勇于表达个人的观点和见解，能较好
力和求索创新精神；
地写出总结报告、计算说明书。
教 教学任务
学 任
（1）教师进行水静力学的基础知识讲解，使学生获取建筑物壁面静荷载分析有关信息； （2）以工程案例导入，分析水工建筑物平面壁的静水总压力计算方法，并对典型案例进行讲解； （3）以工程案例导入，分析水工建筑物曲面壁的静水总压力计算方法，并对典型案例进行讲解；
有压引水系统水力计算
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球稳定断面； （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税基压力、转速相对值。
三、调压井水力计算求稳定断面<一>引水道的等效断面积：∑=ii fL Lf ， 引水道有效断面积f 的求解表所以引水道的等效断面积∑=ii fL Lf =511.28/21.475=23.81 m 2 <二>引水道和压力管道的水头损失计算： 引水道的水头损失包括局部水头损失h 局和沿程水头损失h 沿两部分 压力管道的水头损失包括局部水头损失h 局和沿程水头损失h 沿两部分1,22g 2h Qϖξ局局=g ：重力加速度9.81m/s 2 Q ：通过水轮机的流量取102m 3/s ω ：断面面积 m 2ξ：局部水头损失系数局部水头损失h 局计算表从上表中可以看出：引水道的h 局=0..037+0.204+2.202=2.713m 压力管道的h 局=4.464m2,23422n h QRlϖ=沿n ：糙率系数，引水道糙率取最小值0.012；压力管道取最大值0.013 l ：引水道长度 m ω ：断面面积 m 2R ：为水力半径 m Q ：通过水轮机的流量m 3/s沿程水头损失h 程计算表取最大值0.013。
上表中栏号1、2、3、4、5、6中的Q=1023m /s ；栏号7中Q=96.93m /s ；栏号 8中Q=64.63m /s ；栏号9中Q=32.33m /s ； 栏号10中Q=32.33m /s ；栏号11中Q=32.33m /s ；1=h +h f h 局程=（0.307+0.203+2.202）+（0.007+0.011+0.018+0.815+0.011+0.032） =3.606m压力管道沿程水头损失：w h =0.109+0.040+0.004+0.003+0.057=0.213m<三>、调压井稳定断面的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00013wT w h h H H --=h w0：引水道水头损失，大小为3.606mh wT0：压力管道沿程水头损失，大小为0.213mH 0：静水头，H 0=上游死水位—下游正常尾水位=1082.0－1028.5=53.5m则1H =0H 13f w h h --=53.5-3.606-3⨯0.213=49.255m取K=1.5，D=5.5m ，s m A Q v /284.481.23102===， α=h w0/v 2=0.196当三台机组满出力时，保证波动稳定所需的最小断面：F =k12LfgaH其中k=1.2: 1.5，g=9.812m /s , L=511.28m , f=23.81（2m ）, 1H = 47.255(m)F =k 12LfgaH F=255.47196.081.9281.2328.5115.1⨯⨯⨯⨯⨯=100.492m则调压室断面直径D=πF4=14.349.1004⨯=11.311m.四．水位波动的计算：h w0为引水道的水头损失，包括沿程损失和局部水头损失两部分，沿程水头损失 h 程计算表<一>、最高涌波水位：（1）. 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。
某水电站引水系统水力计算
某水电站引水系统水力计算水力计算是指通过对水流的速度、压力、流量和水力特性等参数进行计算和分析来确定水力设备的性能和运行状况的过程。
在水电站引水系统中，水力计算是非常重要的一项工作，它可以帮助我们了解水流在系统中的运动状态、压力损失以及水力机械设备的性能等信息，进而为系统的设计和优化提供依据。
首先，水力计算需要确定水流的速度和流量。
水电站引水系统中的水流会经过引水渠道、闸门、管道等各种水力设备，因此需要根据实际情况确定每一段水流的水力特性。
一般来说，流速越高，单位时间内通过的水量越大。
在计算中，可以通过流量计等设备直接测量流量，或者通过流速和流道截面积的乘积来计算。
需要注意的是，水流的速度和流量在不同的段落可能会有变化，因此需要逐段地进行计算。
其次，水力计算需要考虑水流的压力损失。
在水电站引水系统中，水流经过管道、弯头、阀门等水力设备时，会产生摩擦力、冲击力和扩散力等，从而导致水流速度的减小和压力的降低。
这些压力损失通常被称为水力损失，是判断水力设备性能和系统运行状况的重要指标之一、在计算中，可以根据水流的速度和流量、管道材料和尺寸、管道长度和水力特性等参数来计算各段的压力损失。
通常，压力损失与管道长度的平方成正比，与流量的平方成正比，与管道直径的倒数成正比，与摩擦系数成正比。
同时，水力计算还需要考虑水力机械设备的性能。
在水电站引水系统中，常见的水力机械设备包括涡轮水轮机、发电机、水泵、液压启闭机等。
这些设备的性能参数包括效率、输出功率、扬程、转速等，可以通过实测或者选型手册等方法进行确定。
在计算中，可以根据水流的速度、压力和流量等参数，结合水力机械设备的性能曲线来计算各段的能量转换效率和电功率输出。
总的来说，水电站引水系统的水力计算是一个综合性的工作，需要考虑水流的速度、压力、流量和水力特性等参数，并结合水力机械设备的性能来进行分析和计算。
通过合理地进行水力计算，可以为系统的设计、改造和优化提供科学的依据，确保系统安全、可靠地运行。
引水式水电站课件
课件目的与结构
目的
本课件旨在帮助学生全面了解引水式水电站的基本原理、工程结构和运行方式， 培养学生的工程实践能力和创新意识。
结构
课件共分为引言、水电站概述、引水式水电站特点、工程实例和结语五个部分， 通过文字、图片和动画等多种形式展示引水式水电站的相关知识和技术。
水电站基本原理
水能转换为电能原理
混流式水轮机
适用于中、高水头的水电站，具有效率高、运行 稳定等优点。
冲击式水轮机
适用于高水头、小流量的水电站，具有结构简单、 维护方便等特点。
水轮机选型原则
根据水电站的水头、 流量等条件选择合适 的水轮机类型。
根据水电站的建设条 件和投资预算，选择 经济合理的水轮机型 号和参数。
考虑水轮机的效率、 稳定性、可靠性等性 能指标。
水能转换
水能是水的位能和动能的总和， 通过水轮机转换为旋转机械能。
发电机原理
旋转机械能驱动发电机转子旋转， 在定子中感应出交流电，实现水 能向电能的转换。
水电站基本组成
挡水建筑物
用于拦截水流，形成水库 或壑口，提高水位以便发电。
引水建筑物
将水库中的水引入水轮机， 包括引水渠道、隧洞、压 力钢管等。
发电建筑物
包括水轮机、发电机、调 速器、励磁系统等设备， 用于将水能转换为电能并 输出到电网。
水电站工作原理
水库蓄水
通过挡水建筑物将水流拦截，形 成水库，储存水能。
引水发电
通过引水建筑物将水库中的水引 入水轮机，驱动水轮机旋转，进
而驱动发电机发电。
电能输出
发电机发出的交流电经变压器升 压后输送到电网，供给用户使用。
评估电站对当地就业、税收、经济发展等 方面的贡献。
水电站引水渠道的水力计算探讨
水电站引水渠道的水力计算探讨王少勇摘要：水电站渠道可当作引水渠，为无压引水式水电站集中落差，形成水头，并向机组输水；也用作尾水渠，将发电用过的水排入下游河道。
文章将从功用、要求和类型入手，对水电站引水渠道的水力计算特点进行探讨。
关键词：引水渠道；自动调节渠道；恒定流水电站渠道可当作引水渠，为无压引水式水电站集中落差，形成水头，并向机组输水；也用作尾水渠，将发电用过的水排入下游河道。
由于尾水渠道通常很短，本文将主要讨论引水渠道。
1 水电站引水渠道的功用及要求1.1 足够的输水能力渠道应能随时向机组输送所需的流量，并有适应流量变化的能力。
1.2 水质符合要求为防止有害的污物及泥沙经渠首或由渠道沿线进入渠道，在渠末水电站压力管道进口处还要再次采取拦污排冰、防沙等措施。
1.3 经济合理的构造结构经济合理，便于施工运行。
1.4 运行安全可靠渠道中既要防冲又要防淤，为此渠内流速要小于不冲流速而大于不淤流速；渠道的渗漏要限制在一定范围内，过大的渗漏不仅造成水量损失，而且会危及渠道的安全；渠道中长草会增大水头损失，降低过水能力，在气温较高易于长草的季节，维持渠中水深大于1.5m及流速大于0.6m/s可抑制水草生长；在渠道中加设护面既可减小糙率，又可防冲、防渗、防草，还有利于维护边坡稳定，但造价较贵；严寒季节，水流中的冰凌会堵塞进水口拦污栅，用暂时降低水电站出力，使渠中流速小于0.45～0.60m/s，以迅速形成冰盖的方法可防止冰凌的生成，为了保护冰盖，渠内流速应限制在1.25m/s以下，并防止过大的水位变动。
2 引水渠道的类型水电站渠道按其水力特性分为非自动调节渠道和自动调节渠道。
非自动调节渠道末端压力前池处（或接近渠末处）设有泄水建筑物，如溢流堰或虹吸泄水道。
当渠中通过最大流量时，压力前池水位低于堰顶；当流量减小到一定程度时，水位超过堰顶，溢流堰开始溢流。
当水电站引用流量为零时，通过渠道的全部流量由溢流堰溢走。
《有压管流水力计算》课件
目录 CONTENT
• 引言 • 有压管流的基本概念 • 有压管流水力计算的原理 • 有压管流水力计算的方法 • 有压管流水力计算的实践应用 • 案例分析
01
引言
课程背景
随着我国水利水电工程建设的快速发展，有压管流水力计算作为水利水电工程设计 的重要环节，其准确性和可靠性对于保障工程安全和效益具有重要意义。
06
案例分析
实际工程中的有压管流水力计算案例
案例一
某城市供水管道系统
案例二
某工业园区排水管道系统
案例三
某山区灌溉管道系统
经典案例解析
01 02
案例一解析
该供水管道系统采用了有压管流水力计算方法，确保了供水压力和流量 满足用户需求。具体计算过程中考虑了管道长度、管径、流速、水头损 失等因素。
案例二解析
基于能量守恒、动量守恒等原理，推导出适用于非恒定流的计算公 式。
适用范围
适用于管路中水流速度和流量变化较大的情况。
特殊情况的计算方法
1 2
复杂管路计算方法
对于管路中存在分支、汇流、急转弯等情况，需 要采用特殊的计算方法。
特殊水力现象计算方法
如水击、水锤等现象，需要采用特定的计算方法 。
3
特殊工况计算方法
如高流速、高压力等特殊工况，需要采用特定的 计算方法。
05
有压管流水力计算的实践 应用
给水排水工程
给水排水工程是城市基础设施的重要组成部分，负责提供 安全可靠的饮用水和污水处理。有压管流水力计算在给水 排水工程中发挥着关键作用，用于确定管网的流量、水头 损失等参数，优化管网设计，提高供水效率。
具体应用包括：计算管网的流量分布、水头损失和管道阻 力，为管网的布局、管径选择、水泵配置等提供科学依据 。同时，有压管流水力计算还可用于评估管网的运行状态 ，预测可能出现的问题，为管网的维护和管理提供支持。
水电站教案第五章
第五章水电站的水击及调节保证计算内容提要：由于水轮发电机组负荷的瞬时变化，而进行流量的快速调节时，引起压力引水系统的压力的急剧变化，即水击现象。
本章从介绍水击现象开始，论述水击和调节保证计算的任务、水击的基本方程式、连锁方程式、直接水击与间接水击、简单管路水击的解析计算、复杂管路的水击简化计算及其适用条件；机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、简单管水击解析计算、复杂管路水击的简化计算、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
概述一.水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷：与丢弃负荷相反。
(2) 在有压引水管道中发生“水击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
二.调节保证计算的任务(一) 水击的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂；(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动；(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。
(二) 调节保证计算由于水电站负荷的变化而引起压力引水管道中的水击和机组转速急遽变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
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。
水电站进水和引讲义水建筑物
❖ 特征：进水口依附在坝体的上游面上，并与坝内压 力管道连接。进口段和闸门段常合二为一，布置紧 凑。
❖ 适用：混凝土重力坝的坝后式厂房、坝内式厂房和 河床式厂房。
湖北水利水电职业技术学院
3.2 有压进水口
一、有压进水口的类型及适用条件
4.坝式进水口
湖北水利水电职业技术学院
3.2 有压进水口
❖ 1）顶部高程：进水口顶部高程 应低于最低死水位，并有一定的 埋深：
SCV H
❖ 2）底部高程：进水口的底部高 程通常在水库设计淤沙高程以上 0.5~1.0m，当设有冲沙设备时， 应根据排沙情况而定。
湖北水利水电职业技术学院
3.2 有压进水口
二、有压进水口的位置、高程及尺寸
3、轮廓尺寸
❖ 组成：一般由进口段、闸门段、渐变段组成 ❖ 进水口的轮廓应使水流平顺，流速变化均匀，水流
尽可能小的水头损失进入渠道。
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3.3 无压进水口
无压进水口
2.位置
❖ 应布置在河流弯曲段凹岸，利用弯道水流原理取清 水。
3.拦污设施
❖ 一般均设拦污栅或浮排以拦截漂浮物。
4. 拦沙、沉沙、冲沙设施
湖北水利水电职业技术学院
3.3 无压进水口
一、开敞式进水口位置选择
进水口应布置在河流弯曲段凹岸 采用人工弯道
3.2 有压进水口
三、有压进水口的主要设备
1.拦污设备(trash rack或trash screen)
❖ 1）作用：防止有害污物、漂浮物等进入进水口， 影响过水能力。
❖ 2）布置：
拦污栅的立面布置：倾斜或垂直 拦污栅的平面布置：平面或多边形
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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·31.设计容··32.设计目的··3第二部分设计资料及要求·41.设计资料·42.设计要求·5第三部分调压井稳定断面计算·61.引水系统水头损失·62.引水道有效断面·83.稳定断面计算·8第四部分调压井水位波动计算·101.最高涌波水位·102.最低涌波水位·13第五部分调节保证计算·151.水锤计算·152.转速相对升高值·19第六部分附录·211.附图·212.参考文献·21第一部分设计课题1.1 课程设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。
水利水电工程专业水电站课程7
（2）当水电站发电流量为零时，通过渠道的流量 全部由溢流堰溢走，这就是溢流堰在恒定流情况
下的最大溢流流量Qmax，相应的水位为恒定流情况 下的渠末最高水位。
（3）当水电站的引用流量大于零而小于Q时，通 过水轮机的流量为Q机，溢流流量为Q堰，通过渠道 的流量为Q机+ Q堰；渠末水位可自图中查出。
以上三种情况：
①由渠道末端所设溢流堰溢流，限制了水位的上升 幅度，这种情况的计算比较复杂，要详细计算，可 采用特征线法用电子计算机进行计算，以研究水电 站工作情况。
②突然增加负荷后压力前池处的最低水位，在这种 情况下溢流堰不起作用，是一个控制条件。
a．将上图渠首、渠末及中间分别为断面1-1、断 面2-2及中间断面c-c。增加负荷前水电站引流量
a．电站满负荷运行，流量大，压力前池水位低于溢流 堰。
b．电站减负荷运行，前池水位逐渐上升，溢流堰过水。 c．电站引用流量为零，流量全部从溢流堰溢走，压力
前池水位最高。
这种渠道称非自动调节渠。溢流堰的作用有：①限制渠 末的水位；②保证下游的用水，渠堤顶只要高出最高水 位线一定数值即可，堤顶具有大致与渠底相近的坡度。
压力前池设计内容）。
1）使渠道经常处于壅水状态工作以增加发电水头；
2）避免了因流量增加不多而水头显著减小的现象；
3）使渠道的过水能力留有余地。留有余地是必要的， 如不留余地，铡当渠道出现淤积、长草或实际糙率大 于采用值时，水电站将发不足额定出力而受阻。
（二）非恒定流计算
目的：是研究水电站负荷变动时渠道中水位及流 速的变化过程。确定最低水位及压力管安装、设 计高程。
W T Q2 导致渠内水位下降。
第八章有压引水建筑物
第⼋章有压引⽔建筑物第⼋章有压引⽔建筑物教学要求：了解有压进⽔⼝的型式、特点和适⽤条件，掌握有压进⽔⼝各种设备的作⽤及进⼝⾼程、轮廓尺⼨的确定；了解⽔⼯隧洞的选线与布置、组成及各部分的型式与构造，掌握⽔⼯隧洞衬砌的计算⽅法；了解喷锚⽀护的应⽤；了解坝下涵管的布置⽅式及各部分构造；了解压⼒管道的布置⽅式，掌握压⼒明管的⽔⼒计算和经济直径的确定；了解镇墩、⽀墩的作⽤、形式及适⽤条件和明管上的阀门与附件；熟悉埋管的布置⽅式；了解调压室的⼯作原理和⽔位波动的计算⽅法。
第⼀节概述图8-1为有压引⽔式⽔电站的⽰意图。
该⽔电站的建筑物包括⽔库、拦河坝、泄⽔道、⽔电站进⽔⼝、有压引⽔道（压⼒隧洞）、调压室、压⼒管道、⼚房枢纽（含变电、配电建筑物）以及尾⽔渠。
本章只介绍整个引⽔系统（包括进⽔⼝、有压隧洞、压⼒管道和调压室），其他建筑物则在相应章节讨论。
图8－1 有压引⽔式⽔电站⽰意图1- ⽔库；2-闸门室；3-进⽔⼝；4-坝；5-溢洪道；6-调压室；7-有压隧洞；8-压⼒管道；9-⼚房第⼆节有压进⽔⼝流道均淹没于⽔中，并始终保持满流状态，具有⼀定的压⼒⽔头的进⽔⼝，称之为有压进⽔⼝。
有压进⽔⼝也称为深式进⽔⼝或潜没式进⽔⼝。
有压引⽔式⽔电站和坝后式⽔电站的进⼝⼤都属于这种类型,其后常接有压隧洞或管道，适⽤于从⽔位变幅较⼤的⽔库中取⽔。
1有压进⽔⼝的主要类型及适⽤条件有压进⽔⼝的类型主要取决于⽔电站的开发和运⾏⽅式、引⽤流量、枢纽布置要求以及地形地质条件等因素，可分为竖井式、墙式、塔式、坝式四种主要类型。
（1）竖井式进⽔⼝竖井式进⽔⼝的闸门井布置于⼭体竖井中，竖井的顶部布置启闭设备和操作室，如图8-2所⽰。
进⼝段开挖成喇叭形，以使⽔流平顺。
闸门段经渐变段与引⽔隧洞衔接。
这种进⽔⼝适⽤于隧洞进⼝的地质条件较好、地形坡度适中的情况。
当地质条件不好，扩⼤进⼝和开挖竖井会引起塌⽅，地形过于平缓，不易成洞，或过于陡峻，难以开凿竖井时，都不宜采⽤。
水电站引水建筑物
m)
0
d
dh
db dh
2
1 m2
0
消去 db ，则 dh
m
b h
2
1 m2 m
Rm
Am
m
(b mh)h b 2h 1 m2
( m m)h m 2 1 m2
hm 2
式中，βm 为梯形最佳断面的宽深比
（2）允许流速
渠道的允许流速是根据渠道所担负的生产任务( 如通航、水电站引水或灌溉)，渠槽表面材料的性质 ，水流含沙量的多少及运行管理上的要求而确定的技 术上可靠，经济上合理的流速。
❖ 查图法的优点是不用内插；缺点是查曲线图费视力， 同时，因图幅小，图中曲线的某些部分精度差甚至查 不出。因此，为保证查图结果的可靠，一般可将查图 结果再回代检验。
❖3）电算解法
❖ 电算解法具有速度快，精度高，应用方便的优点，在 实际工作中正在逐步普及。电算解法根据其计算方法 常用的有二分法、牛顿法、迭代法。
发电引水隧洞多数是有压的，尾水隧洞则以无 压洞居多。
二、发电隧洞路线选择
综合考虑进水口、调压室、压力管道以及厂房的
位置，在认真勘测的基础上拟定不同的方案，进 行技术经济比较后确定。
三、隧洞布置的总原则
洞线短、弯道少，沿线的工程地质、水文地质条 件要好，并便于布置施工平洞。
(1) 地形条件好
(2) 地质条件好
、U型，圆形、马蹄形等。
对梯形断面
➢ 过水断面 ➢ 湿周 ➢ 水面宽度
A （b mh)h ( m)h2
b 2h 1 m2 ( 2 1 m2 )h
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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。