水电站建筑物,有压引水水力计算说课讲解

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。

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。

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》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。

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。