調(diào)壓井課程設(shè)計(jì)

1、水電站課程設(shè)計(jì)水電站課程設(shè)計(jì)計(jì)算書計(jì)算書 目錄目錄一、設(shè)計(jì)課題一、設(shè)計(jì)課題 .3二、設(shè)計(jì)資料及要求二、設(shè)計(jì)資料及要求 .31、設(shè)計(jì)資料見、設(shè)計(jì)資料見課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、任務(wù)書課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、任務(wù)書 .32、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)要求 .3三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算 .31、引水道的水頭損失計(jì)算、引水道的水頭損失計(jì)算 .3（1）局部水頭損失計(jì)算 .3（2）沿程水頭損失計(jì)算）沿程水頭損失計(jì)算 .42、引水道的等效斷面面積計(jì)算、引水道的等效斷面面積計(jì)算 .63、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算 .7四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算 .81、最高涌波水位計(jì)算、最高涌波水位計(jì)

2、算 .81） 、當(dāng)丟棄負(fù)荷：300000KW時(shí)，采用數(shù)解法.82） 、當(dāng)丟棄負(fù)荷為 4500015000 時(shí)，采用圖解法：.92、最低涌波水位、最低涌波水位 .101) 丟棄負(fù)荷度為 300000KW 時(shí)（數(shù)解法）.102）增加負(fù)荷度為 30000-45000KW 時(shí)（兩種方法） .11五調(diào)節(jié)保證計(jì)算五調(diào)節(jié)保證計(jì)算 .131、檢驗(yàn)正常工作情況下的水擊壓力、檢驗(yàn)正常工作情況下的水擊壓力 .132、檢驗(yàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)范要求、檢驗(yàn)相對(duì)轉(zhuǎn)速升高是否滿足規(guī)范要求 .16六、參考文獻(xiàn)六、參考文獻(xiàn) .16七、附圖七、附圖:.17附圖附圖 1:丟棄負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水位波動(dòng)圖丟棄負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水位波動(dòng)圖.17

3、附圖附圖 2:增加負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水位波動(dòng)圖增加負(fù)荷時(shí)調(diào)壓井水位波動(dòng)圖.17一、設(shè)計(jì)課題一、設(shè)計(jì)課題：水電站有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算水電站有壓引水系統(tǒng)水力計(jì)算。二、設(shè)計(jì)資料及要求二、設(shè)計(jì)資料及要求1 1、設(shè)計(jì)資料見、設(shè)計(jì)資料見課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、任務(wù)書課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、任務(wù)書 ；2 2、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)要求：（1）對(duì)整個(gè)引水系統(tǒng)進(jìn)行水頭損失計(jì)算；（2）進(jìn)行調(diào)壓井水力計(jì)算求穩(wěn)定斷面；（3）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；（4）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。三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算三、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面的計(jì)算1 1、引水道的水頭損失計(jì)算、引水道的

4、水頭損失計(jì)算（1 1）局部水頭損失計(jì)算表）局部水頭損失計(jì)算表局部水頭損失采用如下公式計(jì)算：2222g2ghQ局局局表 1 局部水頭損失計(jì)算表本表計(jì)算中 Q=102m3/s，g=9.8m/s2（2 2）沿程水頭損失）沿程水頭損失 h h 程計(jì)算表程計(jì)算表沿程水頭損失采用如下公式計(jì)算：22423n lhQR程局部水頭損失欄號(hào)引水建筑物部位及運(yùn)行工況斷面面積（）2m局部水頭損失系數(shù) (m)6102Q合計(jì)（m）1攔污柵61.280.121.632進(jìn)口喇叭段29.760.105.763閘門井24.000.2017.724進(jìn)水口漸變段23.880.054.470.3075進(jìn)口平面轉(zhuǎn)彎23.760.076.

5、336隧洞末端錐管段19.630.1013.240.2037正常運(yùn)行19.630.1013.248調(diào)壓井增一臺(tái)負(fù)荷，從調(diào)壓井流入管道19.631.50198.612.2049上水平段平面轉(zhuǎn)彎19.630.045.3010下水平段平面轉(zhuǎn)彎9.080.0849.5111斜井頂部立面轉(zhuǎn)彎19.630.0911.9212斜井底部立面轉(zhuǎn)彎9.080.0955.6913 壓力引水管道錐管9.080.0849.5114三臺(tái)機(jī)滿發(fā) 1 叉管19.630.3039.7215三臺(tái)機(jī)滿發(fā) 2 叉管19.630.4559.5816一臺(tái)機(jī)滿發(fā) 1 叉管19.630.2735.7517一臺(tái)機(jī)滿發(fā) 2 叉管19.630.2

6、735.7518蝴蝶閥9.080.1486.644.467 表 2 沿程水頭損失計(jì)算表其中 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 32.3 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 h程欄號(hào)引水道部位過水?dāng)嗝婷娣eW（2m）濕周（m）水力半徑R（m）引水道長(zhǎng)（m） 6102n2Q(m)合計(jì)（m）1喇叭口進(jìn)水段29.7621.981.35406.04522.6590.0072閘門井段24.0020.0

7、01.20005.67624.1340.0133進(jìn)水口漸變段23.8818.641.281110.012603.3900.0224D=5.5M 段23.7617.281.3756469.6543724.60.8155隧洞錐形洞段21.6516.491.31255.07423.1540.0116調(diào)壓井前管段19.6315.711.250010.9821161.590.03771 號(hào)叉管19.6315.711.250035.7468881.180.10981-2 號(hào)叉管19.6315.711.250029.2156296.010.04092 號(hào)叉管19.6315.711.250012.232357

8、0.70.00410錐管段13.8513.191.05003.9719392.710.00311D=3.4 段9.0810.680.850021.25320107.10.056調(diào)壓井前引水道的水頭損失壓力415. 1037. 0011. 0815. 0022. 0013. 0007. 0203. 0307. 0mhhhw）（）（程局管道的水頭損失（壓力管道長(zhǎng)度為 113.3m,較長(zhǎng)不計(jì)局部水頭損失）h0.1090.0400.0040.0030.0560.2120hT程整個(gè)引水系統(tǒng)的水頭損失m627. 1415. 1212. 0hhhf2 2、引水道的等效斷面面積計(jì)算、引水道的等效斷面面積計(jì)算i

9、ifLLf其中 L 為調(diào)壓井前引水道的長(zhǎng)度L=攔污柵長(zhǎng)度+喇叭口進(jìn)口段長(zhǎng)度+閘門井段長(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=4.1+6.0+5.6+10.0+469.6+5.0+10.98=511.28m 欄號(hào)引水道部位過水?dāng)嗝鎓i（m2）Li(m)ifLi(1)攔污柵61.284.10.067(2)喇叭口進(jìn)水段29.766.00.202(3)閘門井段24.005.60.233(4)漸變段23.8810.00.419(5)D=5.5m23.76469.619.764iLfi計(jì)算表引水道的等效斷面面積： m2LfLifi511.2823.80821.4753

10、 3、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算、調(diào)壓井穩(wěn)定斷面計(jì)算為使求得的穩(wěn)定斷面滿足各種運(yùn)行工況的要求，上游取死水位，下游取正常尾水位情況計(jì)算 凈水頭 H0=上游死水位下游正常尾水位=1082.01028.5=53.5m0013wTwhhHH：引水道水頭損失，大小為 1.415whhwT0：壓力管道沿程水頭損失，大小為 0.212m=53.5-1.415-30.212=51.449m0013wTwhhHH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：=kF21LfgaH其中 K 的取值為 1.01.1，為引水道總阻力系數(shù)D=5.5m 1024.284m/23.808Qsf=2hw1.4150.07724.28

11、4取 k=1.0 則保證穩(wěn)定所需要的最小斷面為：511.28 23.80821.0156.462 9.8 0.077 51.499Fm(6)錐形洞段21.655.00.231(7)調(diào)壓井前管段19.6310.980.55944 156.4614.113.14FDm四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算四、調(diào)壓井水位波動(dòng)計(jì)算1 1、最高涌波水位計(jì)算、最高涌波水位計(jì)算（1 1）當(dāng)丟棄負(fù)荷：）當(dāng)丟棄負(fù)荷：300000kw300000kw 時(shí)，采用數(shù)解法時(shí)，采用數(shù)解法當(dāng)上游為校核洪水位 1097.35m，下游為相應(yīng)的尾水位 1041.32m，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)時(shí)，若丟荷幅度為 300000KW，則流量為 63.60m3/

12、s，用數(shù)解法計(jì)算。0202wgFhLfvL-為引水道的長(zhǎng)度為 511.28mf-引水道等效斷面面積v0-引水道水流流速 v0=m/sAQ67. 2808.230 .63F-調(diào)壓井穩(wěn)定斷面為 156.46m2-引水道水頭損失（=）0h0h程局hhg-取 9.8m/s2(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)10-663.663.6=0.20m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h0.0120.01263.663.610-6=0.348m=0.20+0.348=0.548m0h程局hh0

13、1. 06 .51548. 0h00X查書本 P150 圖 10-4 得，max0.10z則=0.1051.6+1097.35=1112.51mmaxZ6 .51548. 046.1568 . 9267. 2808.2328.51122020wgFhLfv（2 2）當(dāng)丟棄負(fù)荷為）當(dāng)丟棄負(fù)荷為 4500015000kw4500015000kw 時(shí)，采用圖解法：時(shí)，采用圖解法：當(dāng)上游為校核洪水位 1097.35m，下游為相應(yīng)的尾水位 1041.32m，電站丟棄兩臺(tái)機(jī)組時(shí)，若丟荷幅度為 4500015000KW，則流量為 96.531.0m3/s。利用圖解法求解1、以橫軸表示引水道流速 v，以圓點(diǎn)向

14、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2、作輔助線曲線引水道水頭損失曲線：，22fvhhhg局程g22h局24. 250. 110. 010. 007. 005. 020. 010. 012. 0C=87.882611Rn613756. 1012. 01 = =0.232222511.282.2412()hf22222 9.82 9.887.8821.3756lvvvggc R2 繪制曲線 fQZAttFF 511.28 156.4622116s9.81 23.808lFTgf計(jì)算時(shí)段取值范圍為,的取值范圍為 3.94.6 選取=4st30

15、25TTtt=,當(dāng)丟棄負(fù)荷為 45000kw15000kw時(shí)，流量 96.531.0，fF152. 046.156808.233/ms流速 4.051.30m/s。=0.20QF46.1560 .31=0.1524 -0.204=0.608 -0.8fQZAttFF 繪制曲線()wvzh 077. 0428.5118 . 9tLg=0.077（）()wvzh whZ 采用matlab編程計(jì)算后畫圖，源代碼如下：v(1)=4.05-0.077*(0.608*4.05-0.8)z(1)=-0.232*4.05*4.05+0.608*4.05-0.8for i=1:29 dz(i)=0.608*v(

16、i)-0.8 dv(i)=0.077*(-1)*z(i)-0.232*v(i)*v(i) v(i+1)=v(i)+dv(i) z(i+1)=z(i)+dz(i)endr(1,:)=zr(2,:)=vr=r其中，v(i)為流速矩陣，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。 V(m/s)Z(m)VZ3.8850-2.1430-0.10461.56213.7804-0.5809-0.21061.49853.56980.9176-0.29831.37

17、043.27152.2880-0.36741.18912.90413.4771-0.41840.96572.48574.4428-0.45250.71132.03335.1541-0.47070.43621.56255.5903-0.47410.15001.08855.7404由表可知，最大壅高水位在5.59m5.74m之間，線性內(nèi)插得最大壅高水位為5.67（圖紙見附圖1）。 Zmax=1097.35+5.67=1103.02m2 2、最低涌波水位、最低涌波水位：（1 1）丟棄負(fù)荷度為）丟棄負(fù)荷度為 30000300000KW0KW 時(shí)（數(shù)解法）時(shí)（數(shù)解法）當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位時(shí)，

18、若電站丟棄全負(fù)荷時(shí)（300000，流量變化為 67.50） ，因調(diào)壓室水位達(dá)到最高水位時(shí)，水位開始下降，此時(shí)3/ms隧洞中的水流朝著水庫(kù)方向流動(dòng)，水從調(diào)壓室流向進(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。，=2.835m/s 120f2fL vgFh808.235 .67f0Q(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)10-667.567.5=0.220m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h0.0120.01267.567.510-6=0.391m=0.220+0.3

19、91=0.611m0h程局hh21.52611. 046.1568 . 92835. 2808.2328.5112=0.01200hw21.52-611. 0-查書本 P150 圖 10-4 得=0.08，則=0.08(-52.21)=-4.177m2Z2ZZmin=1082-4.177=1077.823m（2 2）增加負(fù)荷度為）增加負(fù)荷度為 30000-45000KW30000-45000KW 時(shí)（兩種方法）時(shí)（兩種方法）當(dāng)上游為死水位，下游為正常尾水位，增荷幅度為 3000045000KW，流量變化由68.5102.5，流速 2.884.3 m/s。 3/msA、 數(shù)解法數(shù)解法smQ/31

20、. 4808.235 .102f0 m=68.5/102.5=0.668(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)10-6102.5102.5=0.516m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h0.0120.012102.5102.510-6=0.902m=0.516+0.902=1.418m0h程局hh 22511.28 23.808 4.31073.26229.81 156.46 1.4180lfvgFhw)/1)(m-1)(9 . 0/05. 0275. 0(162. 00min

21、mmhZw=)62. 026.73/668. 01)(0.668-1)(9 . 026.73/05. 0668. 0275. 026.73(1 =3.435 minmin3.43503.435 1.4184.871ZhwZm調(diào)壓井的最低水位為 1082-4.871=1077.129mB、 圖解法圖解法增加負(fù)荷時(shí)的圖解法與丟棄負(fù)荷的圖解法類似，同樣選擇坐標(biāo)系，繪出、引水道水頭損失曲線：，22fvhhhg局程g22h局24. 250. 110. 010. 007. 005. 020. 010. 012. 0C=87.882611Rn613756. 1012. 01 = =0.232222511.2

22、82.2412()hf22222 9.82 9.887.8821.3756lvvvggc R2、繪出曲線；kQfzavAtvtFF 511.28 156.4622116s9.81 23.808lFTgf則計(jì)算時(shí)段取值范圍為取，的取值范圍為 3.94.6 選取=4st3025TTtt又=,當(dāng)增加負(fù)荷為 3000045000kw 時(shí)，流量 68.5102.5m3/s。fF152. 046.156808.23=0.655QF46.1565 .102=0.1524 -0.6554=0.608 -2.62tFQtFAZf、繪制曲線()wvzh 077. 0428.5118 . 9tLg=0.077（）(

23、)wvzh whZ Matlab編寫程序：v(1)=2.88z(1)=-0.232*2.88*2.88for i=1:29 dz(i)=0.608*v(i)-2.62 dv(i)=0.077*(-1)*z(i)-0.232*v(i)*v(i) v(i+1)=v(i)+dv(i) z(i+1)=z(i)+dz(i)endv=vz=zr(:,1)=vr(:,2)=z計(jì)算結(jié)果如下表V(m/s)Z(m)VZ2.946-2.7930.0599-0.82833.0069-3.62150.11730.79183.1242-4.41340.1655-0.72053.2897-5.13390.2020-0.61

24、993.4917-5.75370.2252-0.49713.7169-6.25080.2345-0.36013.9514-6.61090.2301-0.21754.1815-6.82850.2134-0.07764.3950-6.9061 最大下降水位在-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。五調(diào)節(jié)保證計(jì)算五調(diào)節(jié)保證計(jì)算1 1、檢驗(yàn)正常工作情況下的水擊壓力、檢驗(yàn)正常工作情況下的水擊壓力相應(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，則：，01092.0 1028.563.

25、5H米由所給資料可知：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，通過水輪機(jī)的流量為 96.9，于是：3/ sm起始的流速96.9/23.808=4.07m,0v 水錘波速：/21wwE gaEKr上式中為水的體積彈性模量，一般為 2.1； 為水的容重，取wE5210/N cm9.81KN/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)。1.4610 kpa83.1384 .202 .1623.102bcTLLLL壓力管道=102.32 米，蝸殼=20.4 米，尾水管=1

26、6.2 米；TLcLbL，297.36m /b bL vs2165.66/ccL vmsV1=；V2 =；V3= sm/936. 463.199 .96sm/291. 363.196 .64sm/645. 163.193 .32；V5 =432.32.332/13.85Vm ssm/557. 308. 93 .32 24.936 35.743.291 29.21 1.645 12.232.332 3.793.557 21.35377.441/L Vms管管smVT/689. 332.102441.377=977.073m/sTa5235262.1 10/*9.81/9.81k/ m2*2.1

27、10/11.4 102.5N cmNN cmkpam5261435/862.9/2*2.1 10/11.4 101.7cm sam sN cmkpam102.3220.416.2138.92/931.056/977.073862.9771.505mcbTTcbLam sLLLaaaVm=smLVcLVLVLcbTT/612. 492.13866.16536.97458.377b管道特性系數(shù)為00a931.056 4.6123.4522 9.81 63.5vgH當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，因?yàn)殚y門從全開到全關(guān)的時(shí)間為0103.4517s，其中有效關(guān)閉時(shí)間為,一個(gè)相長(zhǎng)4.68s,為間s4.68Ts22 138.92t0.298