引水式水电站水力学计算设计大纲概要Word格式.docx
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4.计算原则与假定6
5.计算内容与方法6
6.观测设计15
7.专题研究16
8.应提供的设计成果16
1引言
工程位于,是以为主,等综合利用的水利水电枢纽工程。
水库最高洪水位m,正常蓄水位m,死水位m，最大坝高m。
电站总装机容量,单机容量,共台,保证出力。
电站设计水头m,最大水头m,最小水头m。
电站最大引用流量m3。
本工程初步设计于年月审查通过。
2设计依据文件和规范
2.1有关本工程的文件
（1）工程可行性研究报告;
（2）工程可行性研究报告审批文件;
（3）工程初步设计报告;
（4）工程初步设计报告审批文件;
（5）有关的专题报告。
2.2主要设计规范
（1）12—78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）
（试行）及补充规定;
（2）134—84水工隧洞设计规范;
（3）303—88水电站进水口设计规范（试行）;
（4）144—85水电站压力钢管设计规范（试行）;
（5）5058-1996水电站调压室设计规范;
（6）5079-1997水电站引水渠道及前池设计规范
（7）74—95水利水电工程钢闸门设计规范；
（8）173—85水力发电厂机电设计技术规范。
3基本资料
3.1工程等级及建筑物级别
（1）根据12—78规范表1确定本工程为等工程。
（2）根据引水系统工程在水电站枢纽中所处的位置及其重要性,按12—78确定建筑物级别为级。
3.2技术设计阶段工程枢纽布置图
提示：
本设计阶段,各建筑物的布置图,应包括建筑物的体型尺寸、位置、高程、桩号......等。
3.3水文资料
（1）各种频率下的洪水流量,和经水库调节后相应的下泄流量;
（2）多年平均流量;
（3）厂房尾水出口处的水位流量关系曲线。
3.4水位资料
设计计算中常用的各种水位流量资料如表1。
表1水位流量表
设计工况
水库水位,m
下泄流量m3
电站尾水位m
备注
万年一遇洪水
千年一遇洪水
百年一遇洪水
正常蓄水位
死水位
3.5建筑物主要控制桩号、高程、尺寸
（1）最大坝高、坝型;
（2）进水口主要高程及尺寸:
进口底板高程及喇叭口尺寸、进口曲线型式;
进口检修闸门中心线桩号、底板高程及孔口尺寸；
进口工作闸门中心线桩号、及其底版高程及孔口尺寸;
渐变段长度及尺寸;
（3）引水隧洞直径、长度，渐变段末端桩号,隧洞起点底板或中心线高程,调压室与隧洞中心线交点处桩号及高程;
（4）调压室的体型、尺寸,顶部、底板的高程；
（5）压力管道主管直径、长度、坡度、弯段转弯半径，支管直径、长度、分岔型式,水轮机进口处管道中心线高程及直径。
3.6机电设备及其主要参数
（1）机组额定转速;
（2）机组飞逸转速;
（3）机组轴向总推力t;
（4）机组旋转方向;
（5）机组飞轮力矩22;
3.6.1水轮机
（1）水轮机型号为,转轮直径D1=m;
（2）水轮机的特性曲线;
（3）水轮机调速时间s,及其行程曲线图;
（4）涡壳进口尺寸,涡壳设计最大水头m,涡壳长度为m,平均流速为;
（5）尾水管型式,中心线长度m,平均流速;
（6）水轮机安装高程m,水轮机吸出高度=m。
3.6.2发电机
（1）额定容量;
（2）额定电压V;
（3）额定电流A;
（4）额定功率;
（5）额定频率1;
（6）相数。
3.7运行方式
根据水电站的运行方式,决定引水道的水力计算条件,按照有关规范规定：
（1）丢弃负荷时,考虑瞬时全部关机，负荷从100％→0;
相应的流量由Q→0;
（2）加负荷时，考虑其他机组正常运行时，瞬时开最后一台机组,管道内流量由Qp→（Qp＋q）。
3.8衬砌糙率
根据管道采用衬砌材料的不同,分段选用糙率系数。
为了在设计中留有余地,糙率系数又不能准确的选定,在设计中假定一个上限与下限值,水力计算时组合一种不利条件进行计算。
4计算原则与假定
4.1设计原则
（1）引水系统的水力计算,除执行本《大纲》外,还应符合有关规程、规范、标准的规定和要求。
（2）设计前应认真收集和分析有关水力计算的原始资料,落实电站的运行方式,并了解有无特殊的任务和要求。
（3）有关抽水蓄能电站水道水力设计，参见“抽水蓄能电站水道水力过渡过程计算大纲范本”。
4.2设计假定
（1）根据建筑物的等级,确定洪水位的高程、下泄流量和相应的下游尾水位,作为设计的校核情况、设计情况分别进行计算。
（2）按照电站在电网系统中的位置和运行的条件,确定水力计算的组合情况。
（3）在计算调压室的最高和最低涌波以及进行压力管道内的水锤计算时,要计算电站的开机与关机的条件：
1）关机情况
一般计算调压室内的最高涌波和压力管道内的最大水锤压力。
按有关规范规定,负荷由100％→0,引水道内流量由Q→0,相应的上游应为最高水位。
2）开机情况
计算调压室内的最低涌波和压力管道内的负水锤。
其他机组均满负荷,瞬时开启最后一台机组，流量由Qp→Q，即Qp＋q＝Q。
相应的上游为最低水位。
（4）引水系统水力计算选用糙率系数时,计算调压室内最高涌波时取小值,计算最低涌波取大值。
5计算内容与方法
5.1对枢纽建筑物布置合理性复核
根据初步设计阶段已确定的枢纽布置,建筑物的体型尺寸、位置,用技术设计阶段落实的各项参数,重新进行各项水力计算,如发现有不合理处,可以局部调整建筑物的尺寸、位置和高程。
5.2过流能力的核算
根据已有的枢纽布置,核算电站在各种运行工况下的过流能力。
可参照有关管流公式进行计算。
孔口尺寸必须满足宣泄各种流量的要求。
5.3水头损失计算
水头损失分为二种,即沿程摩擦损失和局部损失。
为了水力计算中应用的方便,并适用于各种不同的流量，将沿程损失和局部损失换算成流量Q的函数。
在设计水头时损失应分段计算:
（1）自进水口至调压室与隧洞交叉处;
（2）自调压室与隧洞交叉处到水轮机进口（即蜗壳进口）;
（3）蜗壳尾水管至尾水出口（如有尾水洞及尾水调压室的电站也应计算在内）。
计算情况又分为:
（1）关机情况—采用小的糙率系数计算沿程损失;
（2）开机情况—采用大的糙率系数计算沿程损失。
5.3.1沿程损失计算
水流通过的管道自进水口到尾水出口均应包括在内,计算公式可采用：
（1）谢才公式（）（1775）
v＝C（）1/2
（1）
沿程损失：
式中：
v为断面平均流速;
C谢才系数;
R断面的水力半径,即R＝；
J为水力坡度;
Δ沿程水头损失;
L隧洞或管道长度;
A断面积；
P润周。
（2）曼宁公式（）（1890年）
（1）R1/6（3）
式中：
n为糙率系数;
A过水面积;
Q过流量;
R水力半径,园形断面R＝4;
L隧洞或管道长度；
D隧洞或管道直径。
5.3.2局部水头损失计算
局部水头损失,可参照有关规范进行计算（如进水口部分可参照303—88附录四……等）。
其计算公式如下：
式中：
v2／2g 流速水头；
ζ 水头损失系数。
局部损失种类如下：
（1）进口损失;
（2）拦污栅损失;
（3）渐变段损失;
（4）闸门槽损失;
（5）弯管段损失;
（6）分岔管损失；
……。
5.4水电站引用流量计算
根据枢纽和建筑物的特征及电站的等级,如表1列出校核情况和设计情况，并计算各种工况下的引用流量。
（1）引用流量计算公式
N 电站出力，；
H0 电站净水头，m；
η 效率系数。
（2）各种计算工况
表2各种计算工况表
运行工况
库水位
m
下泄流量
m3
尾水位
毛水头
引用流量
水头损失
净水头
H0m
效率系数η
电站出力
N，
校核情况
设计情况
最低水位
5.5调压室水力计算
调压室的水力计算应满足5058-1996中的规定。
调压室的水力计算包括以下内容:
（1）验算水力发电厂工作的稳定性,即确定调压室的稳定面积,以确保不稳定流逐步衰减;
（2）决定调压室的最高涌波;
（2）决定调压室的最低涌波。
5.5.1判别设置调压室的标准
为了降低水轮机压力水道中的水锤压力,防止水锤波向隧洞内传播,应按5058-1996中的不等式判定是否设置调压室:
＞〔〕 （7）
＝Σ（） 压力引水道中水流的惯性时间常数;
L 压力引水道（包括涡壳和尾水管）各分段的长度,m;
V 各分段内相应的流速，;
g 重力加速度9.812;
H 相应水头（最小水头），m;
〔〕 的允许值，一般取2s～4s。
5.5.2调压室稳定断面计算
计算最小稳定断面时,应按电站运行中可能出现的最小水头计算。
计算水头损失时,压力引水道应选用可能的最小糙率,压力管道选用可能的最大糙率。
调压室的稳定断面按托马（）公式计算并乘以系数K：
式中:
L 压力引水道长度，m;
f 引水隧洞断面积，m２;
电站最小净水头，m;
α 自水库至调压室水头损失系数（包括局部损失与沿程摩擦损失），在有连接管时应计入速头:
K 系数，一般选用1.0～1.1。
5.5.3调压室的涌波计算
调压室涌波计算按5058-1996的规定进行。
（1）调压室最高涌波计算
按上游水库正常蓄水位和电站机组满载运行瞬时丢弃全部负荷，或按上游水库设计洪水位，电站满载运行瞬时丢弃全部负荷，作为设计情况进行计算；
并按上游水库校核洪水位,瞬时丢弃全部负荷的情况作为校核情况。
（2）调
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