调压井课程设计报告.doc

. …. word. …水水电电站站课课程程设计设计计计算算书书. . -.. 文档.目目录录一、一、设计课题设计课题 3二、二、设计资设计资料及要求料及要求 31、 、设计资设计资料料见见?课课程程设计设计指指导书导书、任、任务书务书?32、 、设计设计要求要求 3三、三、调压调压井井稳稳定断面的定断面的计计算算 31、引水道的水、引水道的水头损头损失失计计算算 3〔1〕局部水局部水头损头损失失计计算算 3〔 〔2〕 〕沿程水沿程水头损头损失失计计算算 42、引水道的等效断面面、引水道的等效断面面积计积计算算 63、 、调压调压井井稳稳定断面定断面计计算算 7四、四、调压调压井水位波井水位波动计动计算算 81、最高涌波水位、最高涌波水位计计算算 81〕、当当丢丢弃弃负负荷：荷：30000~0KW时时，采用数解法，采用数解法 82〕、当当丢丢弃弃负负荷荷为为 45000~15000 时时，采用，采用图图解法：解法：92、最低涌波水位、最低涌波水位 101)丢丢弃弃负负荷度荷度为为 30000——0KW 时时〔 〔数解法数解法〕 〕102〕增加增加负负荷度荷度为为 30000----45000KW 时时〔 〔两种方法两种方法〕 〕11五．五．调节调节保保证计证计算算 131、 、检验检验正常工作情况下的水正常工作情况下的水击压击压力力 132、 、检验检验相相对转对转速升高是否速升高是否满满足足规规要求要求 16六、参考文献六、参考文献 16七、附七、附图图:17附附图图 1:丢丢弃弃负负荷荷时调压时调压井水位波井水位波动图动图 17附附图图 2:增加增加负负荷荷时调压时调压井水位波井水位波动图动图 17一、一、设计课题设计课题： ：水水电电站有站有压压引水系引水系统统水力水力计计算算。

. . -.. 文档.二、二、设计资设计资料及要求料及要求1、 、设计资设计资料料见见?课课程程设计设计指指导书导书、任、任务书务书?；2、 、设计设计要求要求：〔1〕对整个引水系统进展水头损失计算；〔2〕进展调压井水力计算求稳定断面；〔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〕进展机组调节保证计算，检验正常工作状况下水击压力、转速相对值升高是否满足规要求三、三、调压调压井井稳稳定断面的定断面的计计算算1、引水道的水、引水道的水头损头损失失计计算算〔 〔1〕 〕局部水局部水头损头损失失计计算表算表局部水头损失采用如下公式计算：2222g2ghQ局局局. . -.. 文档.表 1 局部水头损失计算表本表计算中 Q=102m3/s，g=9.8m/s2〔 〔2〕 〕沿程水沿程水头损头损失失 h 程程计计算表算表沿程水头损失采用如下公式计算：22423n lhQR程局部水头损失栏号引水建筑物部位及运行工况断面面积〔2m〕局部水头损失系数 (m)6102Q合计〔m〕1拦污栅61.280.121.632进口喇叭段29.760.105.763闸门井24.000.2017.724进水口渐变段23.880.054.470.3075进口平面转弯23.760.076.336隧洞末端锥管段19.630.1013.240.2037正常运行19.630.1013.248调压井增一台负荷，从调压井流入管道19.631.50198.612.2049上水平段平面转弯19.630.045.3010下水平段平面转弯9.080.0849.5111斜井顶部立面转弯19.630.0911.9212斜井底部立面转弯9.080.0955.6913 压力引水管道锥管9.080.0849.5114三台机满发 1 叉管19.630.3039.7215三台机满发 2 叉管19.630.4559.5816一台机满发 1 叉管19.630.2735.7517一台机满发 2 叉管19.630.2735.7518蝴蝶阀9.080.1486.644.467. . -.. 文档.表 2 沿程水头损失计算表其中 栏1、2、3、4、5、6、7 的流量 Q 为 102m3/s，根据压力管道相关参数表得 7 栏的流量为 96.9,；8 栏的流量为 64.6,； 9、10、11 栏流量为 32.3 查规和资料得到糙率 n，进水口取 0.013，隧洞取最小值 0.012，压力管道取最大值0.013调压井前引水道的水头损失压力¨415. 1037. 0011. 0815. 0022. 0013. 0007. 0203. 0307. 0mhhhw）（）（程局管道的水头损失〔压力管道长度为 113.3m,较长不计局部水头损失〕h0.1090.0400.0040.0030.0560.2120hT程整个引水系统的水头损失m627. 1415. 1212. 0hhhfh程栏号引水道部位过水断面面积W〔2m〕湿周〔m〕水力半径R〔m〕引水道长〔m〕 6102n2Q(m)合计〔m〕1喇叭口进水段29.7621.981.35406.04522.6590.0072闸门井段24.0020.001.20005.67624.1340.0133进水口渐变段23.8818.641.281110.012603.3900.0224D=5.5M 段23.7617.281.3756469.6543724.60.8155隧洞锥形洞段21.6516.491.31255.07423.1540.0116调压井前管段19.6315.711.250010.9821161.590.03771 号叉管19.6315.711.250035.7468881.180.10981-2 号叉管19.6315.711.250029.2156296.010.04092 号叉管19.6315.711.250012.2323570.70.00410锥管段13.8513.191.05003.9719392.710.00311D=3.4 段9.0810.680.850021.25320217.10.056. . -.. 文档.2、引水道的等效断面面、引水道的等效断面面积计积计算算iifLLf其中 L 为调压井前引水道的长度L=拦污栅长度+喇叭口进口段长度+闸门井段长度+渐变段长度+〔D=5.5M 洞段长度〕+锥形洞段长度+调压井前管段长度=4.1+6.0+5.6+10.0+469.6+5.0+10.98=511.28m计算表引水道的等效断面面积：LfLifi511.2823.80821.475m23、 、调压调压井井稳稳定断面定断面计计算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 净水头 H0=上游死水位—下游正常尾水位=1082.0－1028.5=53.5m栏号引水道部位过水断面 fi〔m2〕Li(m)ifLi(1)拦污栅61.284.10.067(2)喇叭口进水段29.766.00.202(3)闸门井段24.005.60.233(4)渐变段23.8810.00.419(5)D=5.5m23.76469.619.764(6)锥形洞段21.655.00.231(7)调压井前管段19.6310.980.559iLfi. . -.. 文档.0013wTwhhHH：引水道水头损失，大小为 1.415whhwT0：压力管道沿程水头损失，大小为 0.212m=53.5-1.415-3×0.212=51.449m0013wTwhhHH当三台机组满出力时，保证波动稳定所需的最小断面：=kF21LfgaH其中 K 的取值为 1.0~1.1，为引水道总阻力系数D=5.5m1024.284m/23.808Qsf==2hw1.4150.07724.284取 k=1.0 那么保证稳定所需要的最小断面为：511.28 23.80821.0156.462 9.8 0.077 51.499Fm44 156.4614.113.14FDm四、四、调压调压井水位波井水位波动计动计算算1、最高涌波水位、最高涌波水位计计算算〔 〔1〕 〕当当丢丢弃弃负负荷：荷：30000~0kw 时时，采用数解法，采用数解法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，假设丢荷幅度为 30000——0KW，那么流量为 63.6——0m3/s，用数解法计算。

0202wgFhLfvL---------------------为引水道的长度为 511.28m. . -.. 文档.f---------------------引水道等效断面面积v0------------------------------------------引水道水流流速 v0==m/sAQ67. 2808.230 .63F---------------------调压井稳定断面为 156.46m2-------------------引水道水头损失〔=〕0h0h程局hhg---------------------取 9.8m/s2(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×63.6×63.6=0.20m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h×0.012×0.012×63.6×63.6×10-6=0.348m==0.20+0.348=0.548m0h程局hh01. 06 .51548. 0h00X查书本 P150 图 10-4 得，max0.10z那么=0.10╳51.6+1097.35=1112.51mmaxZ〔 〔2〕 〕当当丢丢弃弃负负荷荷为为 45000~15000kw 时时，采用，采用图图解法：解法：当上游为校核洪水位 1097.35m，下游为相应的尾水位 1041.32m，电站丢弃两台机组时，假设丢荷幅度为 45000——15000KW，那么流量为 96.5——31.0m3/s。

利用图解法求解1、以横轴表示引水道流速 v，以圆点向左为正〔水流向调压室〕，向右为负；以纵轴表示水位 z，以向上为正，向下为负，横轴相当于静水2、作辅助线曲线①引水道水头损失曲线：，22fvhhhg局程6 .51548. 046.1568 . 9267. 2808.2328.51122020wgFhLfv. . -.. 文档.g22h局24. 250. 110. 010. 007. 005. 020. 010. 012. 0C===87.882611Rn613756. 1012. 01 =0.232222511.282.2412()hf22222 9.82 9.887.8821.3756lvvvggc R2②绘制曲线 αfQZAttFF 511.28 156.4622116s9.81 23.808lFTgf计算时段取值围为,的取值围为 3.9—4.6 选取=4st30~25TTtt=,当丢弃负荷为 45000kw~15000kw时，流量 96.5~31.0，fF152. 046.156808.233/ms流速 4.05~1.30m/s。

0.20QF46.1560 .31=0.152×4 -0.20×4=0.608 -0.8fQZAttFF ③绘制曲线()wvzh  077. 0428.5118 . 9tLg=0.077〔〕()wvzh  whZ 采用matlab编程计算后画图，源代码如下：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(i)-0.8 dv(i)=0.077*((-1)*z(i)-0.232*v(i)*v(i)) v(i+1)=v(i)+dv(i). . -.. 文档. z(i+1)=z(i)+dz(i)endr(1,:)=zr(2,:)=vr=r'其中，v(i)为流速矩阵，z〔i〕为水位壅高矩阵，dz〔i〕为水位壅高增量矩阵，dv〔i〕为流速矩阵增量矩阵,v(1)为第一时段末的水的流速,z(1)为第一时段末调压井水位的壅高，第二个以后时段的水位及流速如下表所示。

V(m/s)Z(m)△V△Z3.8850-2.1430-0.10461.56213.7804-0.5809-0.21061.4985. . -.. 文档.3.56980.9176-0.29831.37043.27152.2880-0.36741.18912.90413.4771-0.41840.96572.48574.4428-0.45250.71132.03335.1541-0.47070.43621.56255.5903-0.47410.15001.08855.7404由表可知，最大壅高水位在5.59m~5.74m之间，线性插得最大壅高水位为5.67〔图纸见附图1〕Zmax=1097.35+5.67=1103.02m2、最低涌波水位、最低涌波水位：〔 〔1〕 〕丢丢弃弃负负荷度荷度为为 30000——0KW 时时〔 〔数解法数解法〕 〕当上游为死水位，下游为正常尾水位时，假设电站丢弃全负荷时〔30000~0，流量变化为 67.5—0〕，因调压室水位到达最高水位时，水位开场下降，此时隧洞3/ms中的水流朝着水库方向流动，水从调压室流向进水口，因此水头损失应变为负值，水位到达最低值称为第二振幅。

2.835m/s 120f2fL vgFh808.235 .67f0Q(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×67.5×67.5=0.220m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h×0.012×0.012×67.5×67.5×10-6=0.391m==0.220+0.391=0.611m0h程局hh. . -.. 文档.21.52611. 046.1568 . 92835. 2808.2328.5112=0.01200hw21.52-611. 0-查书本 P150 图 10-4 得=0.08，那么=0.08×(-52.21)=-4.177m2Z2ZZmin=1082-4.177=1077.823m〔 〔2〕 〕增加增加负负荷度荷度为为 30000----45000KW 时时〔 〔两种方法两种方法〕 〕当上游为死水位，下游为正常尾水位，增荷幅度为 30000~45000KW，流量变化由68.5~102.5，流速 2.88～4.3 m/s。

3/msA、 数解法数解法smQ/31. 4808.235 .102f0 m=68.5/102.5=0.668(1.63+5.76+17.72+4.47+6.33+13.24)×10-6×102.5×102.5=0.516m局h=(4522.659+7624.134+12603.390+543724.6+7423.154+21161.59) 程h×0.012×0.012×102.5×102.5×10-6=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mmhZw=)62. 026.73/668. 01)(0.668-1)(9 . 026.73/05. 0668. 0275. 026.73(1 =3.435. . -.. 文档.minmin3.43503.435 1.4184.871ZhwZm调压井的最低水位为 1082-4.871=1077.129mB、图图解法解法增加负荷时的图解法与丢弃负荷的图解法类似，同样选择坐标系，绘出①、引水道水头损失曲线：，22fvhhhg局程g22h局24. 250. 110. 010. 007. 005. 020. 010. 012. 0C===87.882611Rn613756. 1012. 01 =0.232222511.282.2412()hf22222 9.82 9.887.8821.3756lvvvggc R2②、绘出曲线；kQfzavAtvtFF 511.28 156.4622116s9.81 23.808lFTgf那么计算时段取值围为取，的取值围为 3.9—4.6 选取=4st30~25TTtt又=,当增加负荷为 30000~45000kw 时，流量 68.5～102.5m3/s。

fF152. 046.156808.23==0.655QF46.1565 .102=0.152×4 -0.655×4=0.608 -2.62tFQtFAZf③、绘制曲线()wvzh  077. 0428.5118 . 9tLg=0.077〔〕()wvzh  whZ Matlab编写程序：v(1)=2.88. . -.. 文档.z(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=v'z=z'r(:,1)=vr(:,2)=z计算结果如下表V(m/s)Z(m)△V△Z2.946-2.7930.0599-0.82833.0069-3.62150.11730.79183.1242-4.41340.1655-0.72053.2897-5.13390.2021-0.61993.4917-5.75370.2252-0.49713.7169-6.25080.2345-0.36013.9514-6.61090.2301-0.21754.1815-6.82850.2134-0.07764.3950-6.9061最大下降水位在-6.83m～-6.90m之间,采用线性插法,得到最大下降水位为6.87m。

Zmax=1082-6.87=1075.13m. . -.. 文档.五．五．调节调节保保证计证计算算1、 、检验检验正常工作情况下的水正常工作情况下的水击压击压力力相应的正常工作情况下的正常蓄水位为 1092.0 米，相应的尾水位为 1028.5 米，那么：，01092.0 1028.563.5H米由所给资料可知：正常工作情况下的正常蓄水位为 1092.0 米，相应的尾水位为1028.5 米，三台机满发电，通过水轮机的流量为 96.9，于是：3/ sm起始的流速96.9/23.808=4.07m,0v 水锤波速：/21wwE gaEKr上式中为水的体积弹性模量，一般为 2.1×； 为水的容重，取wE5210/N cm9.81KN/m3，r 为管道的半径,, 压力管道半径为 2.5m.蜗壳半径为 1.22m.尾水管半径为 1.7m，K 为管道抗力系数。

1.4×610 kpa83.1384 .202 .1623.102bcTLLLL压力管道=102.32 米，蜗壳=20.4 米，尾水管=16.2 米；TLcLbL，，297.36m /b bL vs2165.66/ccL vmsV1=；V2=；V3=sm/936. 463.199 .96sm/291. 363.196 .64sm/645. 163.193 .32；V5=432.32.332/13.85Vm ssm/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. . -.. 文档.=977.073m/sTa5235262.1 10/*9.81/9.81k/ m2*2.1 10/11.4 102.5N cmNN cmkpam5261435/862.9/2*2.1 10/11.4 101.7cm sam sN cmkpam102.3220.416.2138.92/931.056/977.073862.9771.505mcbTTcbLam sLLLaaaVm=smLVcLVLVLcbTT/612. 492.13866.16536.97458.377b管道特性系数为00a931.056 4.6123.4522 9.81 63.5vgH当机组满负荷运行时，，，因为阀门从全开到全关的时间为0103.4517s，其中有效关闭时间为,一个相长＜4.68s,为间接s4.68Ts22 138.92t0.298931.056rLa水锤。

管道的特性系数：max0s138.92 4.6120.229.81 63.5 4.68LvgH T由以上计算并查图 9-4 水锤类型判别图可知：该水锤为极限正水锤，由式 9-15可得：22 0.220.247220.22Ammax0.247 63.515.7Hm校核尾水管进口处的真空度bH尾水管进水口处的水锤压力：；038. 0247. 0612. 492.13836.97)(mbcTbbbLLLLy尾水管在进口断面出现时的流速水头如下：by. . -.. 文档.2297.3616.21.84122 9.81bvmg20220.038 63.5 1.8416.254bbsbvHHy Hg尾水管进口处的真空度在 8~9 米之，满足要求。

bH2、 、检验检验相相对转对转速升高是否速升高是否满满足足规规要求要求该水电站的保证出力为 1.07×104kw，水轮机型为 HL211-LJ-225，对于混流式水轮机， ，，，f 为水sTTs44. 368. 48 . 08 . 01s0214.3 / minnr2210124GDKNm锤影响系数，根据管道特性曲线系数由图 9-15 得出 f=1.12%746. 1110124)4 .213(12. 1744. 31007. 136511n36512422010GDfTNs 根据书 102 页转速变化率计算标准：当机组容量占电力系统总容量的比重较大，且担负调频任务时，βmax 宜小于 45％；当机组容量占电力系统总容量的比重不大或担负基荷时，βmax 宜小于 55％；对斗叶式水轮机，βmax 宜小于 30％,所以，满足要求六、参考文献六、参考文献?水电站建筑物?第二版 马善定，汪如泽?水工设计手册〔水电站建筑物〕? 华东水利学院?水电站建筑物?课程设计任务指导书 大学水利电力学院?水电站调压室设计规?DL/T5058-1996?工程制图及 CAD?. . -.. 文档.七、附七、附图图:附附图图 1:丢丢弃弃负负荷荷时调压时调压井水位波井水位波动图动图附附图图 2:增加增加负负荷荷时调压时调压井水位波井水位波动图动图。