調(diào)壓井課程設(shè)計(jì)--水電站有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算

1、<p><b>　　水電站課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　計(jì)算書(shū)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)課題3</b></p><p>　　二、設(shè)計(jì)資料及要求3</p>

2、<p>　　1、設(shè)計(jì)資料見(jiàn)《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、任務(wù)書(shū)》3</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)要求3</b></p><p>　　三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算3</p><p>　　1、引水道的水頭損失計(jì)算3</p><p>　　（1）局部水頭損失計(jì)算3</p><p>　?。?

3、）沿程水頭損失計(jì)算4</p><p>　　2、引水道的等效斷面面積計(jì)算6</p><p>　　3、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算7</p><p>　　四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算8</p><p>　　1、最高涌波水位計(jì)算8</p><p>　　1）、當(dāng)丟棄負(fù)荷：30000~0kw時(shí)，采用數(shù)解法8</p>&

4、lt;p>　　2）、當(dāng)丟棄負(fù)荷為45000~15000時(shí)，采用圖解法：9</p><p>　　2、最低涌波水位10</p><p>　　1) 丟棄負(fù)荷度為30000——0KW時(shí)（數(shù)解法）10</p><p>　　2）增加負(fù)荷度為30000----45000KW時(shí)（兩種方法）11</p><p>　　五．調(diào)節(jié)保證計(jì)算13<

5、;/p><p>　　1、檢驗(yàn)正常工作情況下的水擊壓力13</p><p>　　2、檢驗(yàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)范要求16</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　七、附圖:17</b></p><p>　　附圖1:丟棄負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水

6、位波動(dòng)圖17</p><p>　　附圖2:增加負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水位波動(dòng)圖17</p><p>　　一、設(shè)計(jì)課題：水電站有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)資料及要求</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)資料見(jiàn)《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、任務(wù)書(shū)》；</p><p><b>　

7、　2、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　?。?）對(duì)整個(gè)引水系統(tǒng)進(jìn)行水頭損失計(jì)算；</p><p>　?。?）進(jìn)行調(diào)壓井水力計(jì)算求穩(wěn)定斷面；</p><p>　?。?）確定調(diào)壓井波動(dòng)振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位；</p><p>　?。?）進(jìn)行機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算，檢驗(yàn)正常工作狀況下水擊壓力、轉(zhuǎn)速相對(duì)值升高是否滿足規(guī)范要求。

8、</p><p>　　三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算</p><p>　　1、引水道的水頭損失計(jì)算</p><p>　?。?）局部水頭損失計(jì)算表</p><p>　　局部水頭損失采用如下公式計(jì)算：</p><p>　　表1局部水頭損失計(jì)算表</p><p>　　本表計(jì)算中Q=102m3/s，g=9.8

9、m/s2</p><p>　　（2）沿程水頭損失h程計(jì)算表</p><p>　　沿程水頭損失采用如下公式計(jì)算：</p><p>　　表2 沿程水頭損失計(jì)算表</p><p>　　其中 欄1、2 、3、4、5、6、7的流量Q為102m3/s，根據(jù)壓力管道相關(guān)參數(shù)表得7欄的流量為96.9,；8欄的流量為64.6,； 9、10、11欄流量為32.

10、3 </p><p>　　查規(guī)范和資料得到糙率n，進(jìn)水口取0.013，隧洞取最小值0.012，壓力管道取最大值0.013 </p><p>　　調(diào)壓井前引水道的水頭損失</p><p>　　壓力管道的水頭損失（壓力管道長(zhǎng)度為113.3m,較長(zhǎng)不計(jì)局部水頭損失）</p><p>　　整個(gè)引水系統(tǒng)的水頭損失</p><p&g

11、t;　　2、引水道的等效斷面面積計(jì)算</p><p>　　其中L 為調(diào)壓井前引水道的長(zhǎng)度</p><p>　　L=攔污柵長(zhǎng)度+喇叭口進(jìn)口段長(zhǎng)度+閘門(mén)井段長(zhǎng)度+漸變段長(zhǎng)度+（D=5.5M洞段長(zhǎng)度）+錐形洞段長(zhǎng)度+調(diào)壓井前管段長(zhǎng)度</p><p>　　=4.1+6.0+5.6+10.0+469.6+5.0+10.98</p><p><b&

12、gt;　　=511.28m</b></p><p><b>　　計(jì)算表</b></p><p>　　引水道的等效斷面面積：</p><p><b>　　m2</b></p><p>　　3、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算</p><p>　　為使求得的穩(wěn)定斷面滿足各種運(yùn)行工

13、況的要求，上游取死水位，下游取正常尾水位情況計(jì)算 </p><p>　　凈水頭H0=上游死水位—下游正常尾水位=1082.0－1028.5=53.5m</p><p>　　：引水道水頭損失，大小為1.415</p><p>　　hwT0：壓力管道沿程水頭損失，大小為0.212m</p><p>

14、;　　=53.5-1.415-3×0.212=51.449m</p><p>　　當(dāng)三臺(tái)機(jī)組滿出力時(shí)，保證波動(dòng)穩(wěn)定所需的最小斷面：=k</p><p>　　其中K的取值為1.0~1.1，為引水道總阻力系數(shù)</p><p><b>　　D=5.5m </b></p><p><b>　　==<

15、/b></p><p>　　取k=1.0則保證穩(wěn)定所需要的最小斷面為：</p><p>　　四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算</p><p>　　1、最高涌波水位計(jì)算</p><p>　?。?）當(dāng)丟棄負(fù)荷：30000~0kw時(shí)，采用數(shù)解法</p><p>　　當(dāng)上游為校核洪水位1097.35m，下游為相應(yīng)的尾水位1041.

16、32m，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)時(shí)，若丟荷幅度為30000——0KW，則流量為63.6——0m3/s，用數(shù)解法計(jì)算。</p><p>　　L---------------------為引水道的長(zhǎng)度為511.28m</p><p>　　f---------------------引水道等效斷面面積</p><p>　　v0----------------------------

17、--------------引水道水流流速v0==m/s</p><p>　　F---------------------調(diào)壓井穩(wěn)定斷面為156.46m2</p><p>　　-------------------引水道水頭損失（=）</p><p>　　g---------------------取9.8m/s2</p><p>　　(1.

18、63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×63.6×63.6=0.20m</p><p>　　=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012×63.6×63.6×10-6=0.348m</p>&l

19、t;p>　　==0.20+0.348=0.548m</p><p>　　查書(shū)本P150圖10-4得，</p><p>　　則=0.10╳51.6+1097.35=1112.51m</p><p>　?。?）當(dāng)丟棄負(fù)荷為45000~15000kw時(shí)，采用圖解法：</p><p>　　當(dāng)上游為校核洪水位1097.35m，下游為相應(yīng)的尾水位1

20、041.32m，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)組時(shí)，若丟荷幅度為45000——15000KW，則流量為96.5——31.0m3/s。利用圖解法求解</p><p>　　1、以橫軸表示引水道流速v，以圓點(diǎn)向左為正（水流向調(diào)壓室），向右為負(fù)；以縱軸表示水位z，以向上為正，向下為負(fù)，橫軸相當(dāng)于靜水</p><p><b>　　2、作輔助線曲線</b></p><p>

21、;　?、僖浪^損失曲線：，</p><p>　　C===87.882</p><p><b>　　=0.232</b></p><p><b>　?、诶L制曲線α</b></p><p>　　計(jì)算時(shí)段取值范圍為,的取值范圍為3.9—4.6選取=4s</p><p>　　=,

22、當(dāng)丟棄負(fù)荷為45000kw~15000kw時(shí)，流量96.5~31.0，</p><p>　　流速4.05~1.30m/s。</p><p><b>　　==0.20</b></p><p>　　=0.152×4-0.20×4=0.608-0.8</p><p><b>　?、劾L制曲線<

23、/b></p><p><b>　　=0.077（）</b></p><p>　　采用matlab編程計(jì)算后畫(huà)圖，源代碼如下：</p><p>　　v(1)=4.05-0.077*(0.608*4.05-0.8)</p><p>　　z(1)=-0.232*4.05*4.05+0.608*4.05-0.8</

24、p><p>　　for i=1:29</p><p>　　dz(i)=0.608*v(i)-0.8</p><p>　　dv(i)=0.077*((-1)*z(i)-0.232*v(i)*v(i))</p><p>　　v(i+1)=v(i)+dv(i)</p><p>　　z(i+1)=z(i)+dz(i)</p&

25、gt;<p><b>　　end</b></p><p><b>　　r(1,:)=z</b></p><p><b>　　r(2,:)=v</b></p><p><b>　　r=r'</b></p><p>　　其中，v(i)為流

26、速矩陣，z（i）為水位壅高矩陣，dz（i）為水位壅高增量矩陣，dv（i）為流速矩陣增量矩陣,v(1)為第一時(shí)段末的水的流速,z(1)為第一時(shí)段末調(diào)壓井內(nèi)水位的壅高，第二個(gè)以后時(shí)段的水位及流速如下表所示。 </p><p>　　由表可知，最大壅高水位在5.59m~5.74m之間，線性內(nèi)插得最大壅高水位為5.67（圖紙見(jiàn)附圖1）。 </p><p>　　Zmax=1097.35+5.67=11

27、03.02m</p><p><b>　　2、最低涌波水位：</b></p><p>　?。?）丟棄負(fù)荷度為30000——0KW時(shí)（數(shù)解法）</p><p>　　當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位時(shí)，若電站丟棄全負(fù)荷時(shí)（30000~0，流量變化為67.5—0），因調(diào)壓室水位達(dá)到最高水位時(shí)，水位開(kāi)始下降，此時(shí)隧洞中的水流朝著水庫(kù)方向流動(dòng)，水從調(diào)壓室

28、流向進(jìn)水口，因此水頭損失應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，水位到達(dá)最低值稱為第二振幅。</p><p>　　，=2.835m/s </p><p>　　(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×67.5×67.5=0.220m</p><p>　　=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6

29、+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012×67.5×67.5×10-6=0.391m</p><p>　　==0.220+0.391=0.611m</p><p><b>　　=0.012</b></p><p>　　查書(shū)本P150圖10-4得=0.08，則=0.08&#

30、215;(-52.21)=-4.177m</p><p>　　Zmin=1082-4.177=1077.823m</p><p>　?。?）增加負(fù)荷度為30000----45000KW時(shí)（兩種方法）</p><p>　　當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位，增荷幅度為30000~45000KW，流量變化由68.5~102.5，流速2.88～4.3 m/s。 </p

31、><p><b>　　數(shù)解法</b></p><p>　　m=68.5/102.5=0.668</p><p>　　(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×102.5×102.5=0.516m</p><p>　　=(4522.659+7624.134+12

32、603.390+543724.6+7423.154+21161.59) ×0.012×0.012×102.5×102.5×10-6=0.902m</p><p>　　==0.516+0.902=1.418m</p><p><b>　　=)</b></p><p><b>　　=3.4

33、35</b></p><p>　　調(diào)壓井的最低水位為 1082-4.871=1077.129m</p><p><b>　　圖解法</b></p><p>　　增加負(fù)荷時(shí)的圖解法與丟棄負(fù)荷的圖解法類(lèi)似，同樣選擇坐標(biāo)系，繪出</p><p>　　①、引水道水頭損失曲線：，</p><p>

34、;　　C===87.882</p><p><b>　　=0.232</b></p><p><b>　?、?、繪出曲線；</b></p><p>　　則計(jì)算時(shí)段取值范圍為取，的取值范圍為3.9—4.6選取=4s</p><p>　　又=,當(dāng)增加負(fù)荷為30000~45000kw時(shí)，流量68.5～102

35、.5m3/s。</p><p><b>　　==0.655</b></p><p>　　=0.152×4-0.655×4=0.608-2.62</p><p><b>　?、?、繪制曲線</b></p><p><b>　　=0.077（）</b></p

36、><p>　　Matlab編寫(xiě)程序：</p><p><b>　　v(1)=2.88</b></p><p>　　z(1)=-0.232*2.88*2.88</p><p>　　for i=1:29</p><p>　　dz(i)=0.608*v(i)-2.62</p><p>

37、;　　dv(i)=0.077*((-1)*z(i)-0.232*v(i)*v(i))</p><p>　　v(i+1)=v(i)+dv(i)</p><p>　　z(i+1)=z(i)+dz(i)</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　v=v'</b><

38、;/p><p><b>　　z=z'</b></p><p><b>　　r(:,1)=v</b></p><p><b>　　r(:,2)=z</b></p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果如下表</b></p><p>　　最

39、大下降水位在-6.83m～-6.90m之間,采用線性內(nèi)插法,得到最大下降水位為6.87m。Zmax=1082-6.87=1075.13m。</p><p><b>　　五．調(diào)節(jié)保證計(jì)算</b></p><p>　　1、檢驗(yàn)正常工作情況下的水擊壓力</p><p>　　相應(yīng)的正常工作情況下的正常蓄水位為1092.0米，相應(yīng)的尾水位為1028.5米

40、，則：，</p><p>　　由所給資料可知：正常工作情況下的正常蓄水位為1092.0米，相應(yīng)的尾水位為1028.5米，三臺(tái)機(jī)滿發(fā)電，通過(guò)水輪機(jī)的流量為96.9，于是：</p><p>　　起始的流速96.9/23.808=4.07m,</p><p><b>　　水錘波速：</b></p><p>　　上式中為水的體積

41、彈性模量，一般為2.1×；為水的容重，取9.81KN/m3，r為管道的半徑,,壓力管道半徑為2.5m.蝸殼半徑為1.22m.尾水管半徑為1.7m，K為管道抗力系數(shù)。1.4×</p><p>　　壓力管道=102.32米，蝸殼=20.4米，尾水管=16.2米；</p><p><b>　　，，</b></p><p>　　V1

42、=；V2 =；V3= ；V5 =</p><p>　　=977.073m/s</p><p><b>　　Vm=</b></p><p><b>　　管道特性系數(shù)為</b></p><p>　　當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，，，因?yàn)殚y門(mén)從全開(kāi)到全關(guān)的時(shí)間為7s，其中有效關(guān)閉時(shí)間為,一個(gè)相長(zhǎng)＜4.68s,為間接

43、水錘。管道的特性系數(shù)：</p><p>　　由以上計(jì)算并查圖9-4水錘類(lèi)型判別圖可知：該水錘為極限正水錘，由式9-15可得：</p><p>　　校核尾水管進(jìn)口處的真空度</p><p>　　尾水管進(jìn)水口處的水錘壓力：</p><p><b>　　；</b></p><p>　　尾水管在進(jìn)口斷面出

44、現(xiàn)時(shí)的流速水頭如下：</p><p>　　尾水管進(jìn)口處的真空度在8~9米之內(nèi)，滿足要求。</p><p>　　2、檢驗(yàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)范要求</p><p>　　該水電站的保證出力為1.07×104kw，水輪機(jī)型為HL211-LJ-225，對(duì)于混流式水輪機(jī)，，，f 為水錘影響系數(shù)，根據(jù)管道特性曲線系數(shù)由圖9-15得出f=1.12</p>

45、<p>　　根據(jù)書(shū)102頁(yè)轉(zhuǎn)速變化率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)機(jī)組容量占電力系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎剌^大，且擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù)時(shí)， βmax宜小于45％；</p><p>　　當(dāng)機(jī)組容量占電力系統(tǒng)總?cè)萘康谋戎夭淮蠡驌?dān)負(fù)基荷時(shí)，βmax宜小于55％；對(duì)斗葉式水輪機(jī)，βmax宜小于30％,所以，滿足要求。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p

46、>　　《水電站建筑物》第二版 馬善定，汪如澤</p><p>　　《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)（水電站建筑物）》 華東水利學(xué)院</p><p>　　《水電站建筑物》課程設(shè)計(jì)任務(wù)指導(dǎo)書(shū) 青海大學(xué)水利電力學(xué)院</p><p>　　《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5058-1996</p><p>　　《工程制圖及CAD》</p><