引水建筑物和水电站设计参考

引水建筑物和水电站设计参考内容摘要：

有足够的强度。 拦污栅孔口面积取决于过栅流速，而过栅流速直接涉及到清污的难易程度和水头损失的大小。 因此，拦污栅的设计首要问题是选取过栅流速。 在选取过栅流速时，应考虑河流污物的多少，拦污栅淹没的深度，以及所采用的清污方式。 泵设计采用机械清污。 选取的过栅流速为 V=栅流速在 到 之间的要求。 本电站过栅流速采用 拦污栅型式选择直线型倾斜式 . 倾角选用 65 度 . 2)结构设计 : ① 栅条间距 : 根据 闸门与启闭设备 知 :栅条间距与水轮机的形式及转轮直径及污物性质 ,数量有关 .选择预先的最大值 .一般大于 50mm,小于 200mm. 对于混流式水轮机 : / 3 0 4 1 0 / 3 0 1 4D cm 取 b=15cm. ② 栅条厚度 ,宽度 : 厚度 :812mm,取 10mm。 宽度 :100— 200mm,取 150mm. 3)布置设计 : 流速控制在 ,需要栅格的总数 N: 2 4 6 sin 6 5 1 0 8 .6 5 1 0 91 .2 0 .1 5 1 1 .4N   个 `拦污栅总面积 S: ( ) 219. 3765SmSin     拦污栅总宽 : 1 0 9 ( 0 .0 1 0 .1 5 ) 1 7 .4 4 m   支墩设计 : 宽 度取 . 则拦污栅及支墩总宽 :. ⑴ 基本情况 : 根据前边引水方案的比较 ,选用两条隧洞引水 ,. 隧洞的洞径为 米。 平均高程在 222 米。 平均流速在 ⑵ 布置要求 : 根据 引水隧洞设计规范 及相关的工程经验 ,布置如下 : ① 两条引水隧洞进水口位置尽量布置在地形较陡的位置 ,保证洞室稳定 ,施工时易于布置施工支洞 . ② 洞线 选择上 ,尽量选在地质构造简单 ,山岩比较完整 ,山坡稳定的山体上 ,尽量避开不利地质情况 . ③ 隧洞的坡度设置 %的纵坡 ,利于施工排水 ,防空隧洞 . ④ 洞线尽量避免转弯 ,需要设置时 ,半径应该大于 5 倍洞径 ,减少对水力产生 不利影响 . ⑤ 为了缩短隧洞长度 ,尽量将两条隧洞布置紧凑 ,但是最短距离不得低于 . (3)布置完毕后 ,在 1:2020 的地形图上估测得 : 转弯段 :θ (弯道转角 )=40 度 弯道半径 : 米 引水隧洞总长 :648 5 调节保证计算 调保计算的任务和标准 调节保证计算实际上是解决水利惯性，机组惯性和调整性三者之间的矛盾，以达到电能最佳，水工建筑物和机组经济合理，安全可靠的目的。 (1).根据水电站压力管道的特性和机组惯性力矩，选定调速器合理的调节时间内应保证压力和速率变化不超过允许植。 (2).确定在压力管道各断面上可能出现的最大水锤压力升高值，并绘出最大水锤压力升高值沿管道的分布线，以作为计算管壁和校核蜗壳及机组强度的荷载之一。 (3).确定在 压力管道各断面上可能出现的最大水锤压力降低值，并绘出压力最低值沿管道的分布线，以作为管道线路布置和有关建筑物的设计依据。 (4).研究减小水击压力及机组转速变化率的措施。 调保计算的标准 (1).压力变化的标准： 根据《水电站设计手册》与《水电站》知： 水锤压力的最大升高值通常以相对值ξ max＝（ H max－ H0） / H0表示。 H0发生水锤前后作用于水轮机的静水头； H max发生水锤前后作用于水轮机最大的水头值。 限制值的主要根据技术经济要求确定，目前一般的采用下列的数值： 当 H0100 米时，ξ max＝ ～ 甩全负荷时，尾水管进口允许的最大真空度为 8m 水柱。 机组突增负荷时，压力输水系统内任何一段均不允许发生负压。 对电站，其设计水头为 米， ζ max=～。 水电站为调峰电站 ζ max取 (2).转速变化的计算标准 机组甩全负荷后的转速升高β允许值与多方面因素有关，考虑到目前国内的设计、制造、运行等情况，机组甩全部负荷时的转速升高的允许值β max按以下情况考虑： 当机组容量占电力系统运行总容量的比重较大，且担负调频任务时，宜小 于45%； 故水电站应小于 45%。 各种工况下的调节 保证计算 1． 设计水头运行丢弃全部负荷； 2． 校核洪水位时电站丢弃可能大的负荷的工况； 3． 死水位运行最后一台机投入限制出力的工况 1．压力波传播速度： 压力输水系统发生水锤时，水锤压力波以速度 a 沿管道传播，当压力不大于 25kg/cm2，温度不高于 10℃时，压力波传播速度 a可按下工计算： )/(114250smDEEa 式中： E0— 水的弹性系数，一般取 104 kg/cm2； E— 管壁材料的弹性系数，对于钢： E= 106 kg/cm2； D— 管道直径（ cm）； δ — 管壁计算厚度（ cm）。 一般情况下，取 acp=1200m/s 调保设计中取 acp=1200m/s 2．管道特性系数： 为了判别水锤的形式，需要量计算管道特性系数，反映取 acp=1200m/s 的两个常数为： 00`000~2———— ()——ssT T c c BTTccBBavgHLvgH TvaHTsgL v L v L v L v LLvLvLv  上 两 式 中 各 符 号 意 义 如 下 :管 道 中 水 流 初 始 流 速压 力 波 传 播 速 度静 水 头 . 即 上 游 水 位 与 尾 水 位 之 差导 水 机 构 直 线 关 闭 时 间重 力 加 速 度其 中为 压 力 输 水 管 的 等 价 管 长。 为 蜗 壳 的 等 价 管 长为 尾 水 管 的 等 价 管 长 . 3．判别水锤的性质 特性系数是决定水锤性质的两个主要数据，压力管道所产生的水锤，可分为直接水锤和间接水锤两种。 间接水锤中，又分为两种情况 ，第一种情况是最大水锤发生在第一相，第二种情况是最大水锤升高发生末相。 设水锤波在水中来回传播一次所需时间： 2r cpLt a 若 tr ≥ Ts’ 时，则发生间接水锤； 若 tr Ts’ 时，则发生直接水锤； 当 ρ τ 0 时，最大压力升高发生在关闭终了，即发生在末相水锤； 当 ρ τ 0 时，最大压力发生在第一相终了，即发生在第一相水锤； 当导叶全开时， τ 0=1 当导叶关闭时， τ 0=0 4．水击计算 ①．高压管道抹段压力升高： ξ t=maxLVVL tt ②．蜗壳抹段的压力升高： ξ c=maxLV VLVL cctt   Δ Hc=ξ cH0 ③ .尾水管中的压力降低： η b=maxLVVL bb Δ Hb=ξ bH0 Hb=Hs+gV22 +Δ Hb 根据《水力机械》知： 机组吸出高程 Hs 与调保计算的工况有关，对不同的工况将采用水轮机安装高程计算时采用的公式如下： Hs=（ σ +Δσ ） HΔ /9001 5．速率升高值： β = 1)2(3 6 51202 0  fTTnGDN nc 式中： GD2—— 机组转速飞轮转矩，由基本资料查得 GD2=17500t m2 TC—— 调节停滞时间， TC= TA+ Ta TA —— 导叶不动时间，采用电调的调速器取 ，机调的调速 ，本设计采用机调，取 δ —— 调速器的残留不均衡度，一般取为 ~, 本设计取 Ta—— 机组的时间常数 , Ta =0202365NnGD n0 —— 发电机的初始转速， n0=167r/min Tn—— 升速时间， Tn =（ ns） Ts ； ns—— 比转速， ns = HNn G—— 转动部分的重量 D—— 转动部分的惯性直径； f— — 水锤影响系数，查《水电站建筑物》武水版 P141曲线可知 由以上计算知道： 1．蜗壳末最大水锤值为： 最小水锤值为： 2．调节时间 ,sT 可以选择 7， 8， 9， 10 秒都可。 6 调压室设计 调压室的功用 1． 反射水击波。 基本上避免或见效了压力管道传来的水击波今日压力引水道。 2． 缩短了压力管道的长度，从而减小了压力管道及厂房过水部分的水击压力。 3． 改善机组在负荷变化时的运行条件。 4． 由于从水库到调压室之间 引水道的水压力较低，从而降低了其设计标准，节省了建设经费。 调压室的基本要求 根据其功用，调压室应满足一下基本要求： 1． 调压室应、尽量靠近厂房，以缩短压力管道的长度。 2． 调压室内水体应有自由表明和足够的底面积，以保证水击波的充分反射。 3． 调压室的工作必须是稳定的。 在负荷变化时，引水道及调压室水体的波动振幅小并迅速衰减，达到新的稳定状态。 4． 正常运行时，水流经过调压室底部造成的水头损失要小。 为此，调压室底部和和压力管道连接处应具有较小的断面积。 5． 结构安全可靠，施工集安但方便，造价经济合理。 调压室的设置条 件 调压室是改善有压引水系统和水电站运行条件的一种可靠措施。 但是调压室一般尺寸较大，投资较高，工期长，特别是对于低水头电站，调压室在整个引水系统造价中可能占有相当大的比例。 因此，是否设置调压室，应该在机组过流系统调节保证计算和岁机组运行条件分析的基础上，考虑水电站在电力系统中的作用，地形及地质条件，压力管道的布置等因素，进行技术经济比较后加以确定。 ㈠ 上游调压室的设置条件 初步分析时，可用水流加速时间（也可称为压力引水道的水流惯性世界常数） wT 来判断，设置上游调压室的条件。 计算式为：  LiV iTw TwgH p 式中： Li —— 引水道（包括蜗壳和尾水管）各段长度， m ； Vi —— 上述各段引水道的流速， ms ； Hp —— 水轮机设计水头， m ； Tw —— Tw 的允许值，一般取 24s。 Tw 的物理意义：在水头 Hp 的作用下， 不计水头损失时，管道内水流速度从 0 增大到 V 所需的时间。 对于而言： 代入具体数值计算： 1236 4 8 7 . 6 2 7 1 2 35 6 . 7 2 2 . 0 6 29 . 8 1 1 1 8 . 5L iV iTw g H p       故需要设置上游调压室。 调压室的水力计算 ： 调压室的基本尺寸是由水力计算来确定的，其内容应包括： （ 1） 由调压室水位波动稳定的条件，确定调压室的断面积； （ 2） 计算调压室最高涌波水位，从而确定调压室的顶部高程； （ 3） 计算调压室最低的涌波水位，从而确定调 压室底部和压力管道进口的高程。 调压室的稳定断面计算： 根据《调压室设计规范》知：。