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：∑=

i

i f

L L

f ， 引水道有效断面积f 的求解表

栏号

引水道部位

过水断面f i （m 2

）

L i (m) L i/f i

所以引水道的等效断面积∑=

i

i f

L L

f =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,

2

2g 2h Q

ϖξ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 2 ξ：局部水头损失系数

局部水头损失h 局计算表

栏号

引水建筑物部位及运行

工况 断面面积 ω（m 2

） 局部水头损失系数 局部水头损失

10-6Q 2（m ） 合计(m) (1) 进 水 口

拦污栅 61.28 0.12 0.017 0.307

(2) 进口喇叭段 29.76 0.10 0.060 (3) 闸门井 24.00 0.20 0.184 (4) 渐变段

23.88 0.05 0.046 (5) 隧 洞 进口平面转弯 23.76 0.07 0.066

0.204 (6) 末端锥管段 19.63 0.10 0.138 (7)

调 压

正常运行

19.63

0.10

0.138

2.202 (1) 拦污栅 61.28 4.1 0.067 (2) 喇叭口进水段 29.76 6.0 0.202 (3) 闸门井段 24.00 5.6 0.233 (4) 渐变段 2

3.88 10.0 0.419 (5) D=5.5m 23.76 469.6 19.764 (6) 锥形洞段 21.65 5.0 0.231 (7)

调压井前管段

19.63

10.98

0.559

(8) 井增一台机负荷，从调

压井流入管道

19.63 1.50 2.064

(9)

压

力

引

力

管

道上水平段平面转弯19.63 0.04 0.055

4.464

（10）下水平段平面转弯9.08 0.08 0.515 （11）斜井顶部立面转弯19.63 0.09 0.124 （12）斜井底部立面转弯9.08 0.09 0.579 （13）锥管9.08 0.08 0.515 （14）三台机满发1岔管19.63 0.30 0.413 （15）三台机满发2岔管19.63 0.45 0.619 （16）一台机满发1岔管19.63 0.27 0.372

(17) 一台机满发2岔管19.63 0.27 0.372

(18) 蝴蝶阀9.08 0.14 0.900

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

=4.464m

2,

2

3

4

2

2

n

h Q

R

l

ϖ

=

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m2

R：为水力半径m Q ：通过水轮机的流量m3/s

沿程水头损失h程计算表

栏

号引水道部位过水断

面面积

W

（2

m）

湿

周

（m）

水力半

径

R（m）

引水

道长

（m）

h程

6

10-2n2

Q

(m)

合计

（m）

1 进

水喇叭口进水段29.76 21.98 1.3540 6.0 4522.448 0.007

2 闸门井段24.00 20.00 1.2000 5.6 7625.272 0.011

3 口 渐变段 23.88 18.6

4 1.2811 10.0 12606.781 0.018 4 隧 洞 D=5.5M 段 23.76 17.28 1.3756 469.6 543680.53

5 0.815 5 锥形洞段 21.65 16.49 1.3125 5.0 7423.307 0.011 6

调压井 前管段 19.63

15.71

1.2500

10.98

21154.08

0.032

7 1号叉管 19.63 15.71 1.2500 35.74 68856.723 0.109 8 1-2号叉管 19.63 15.71 1.2500 29.21 56276.018 0.040 9 2号叉管 19.63 15.71 1.2500 12.23 23562.331 0.004 10 锥管段 13.85 13.19 1.0500 3.97 19396.641 0.003 11

D=3.4段

9.08

10.68

0.8500

21.25

321684.632

0.057

计算隧洞的沿程水头损失用的糙率取最小值0.012；计算压力管道的沿程水头损失用的糙率 取最大值0.013。

上表中栏号1、2、3、4、5、6中的Q=1023

m /s ；栏号7中Q=96.93

m /s ；

栏号 8中Q=64.63

m /s ；栏号9中Q=32.33

m /s ； 栏号10中Q=32.33

m /s ；栏号11中Q=32.33

m /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3.606m

h wT0：压力管道沿程水头损失，大小为0.213m

H 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