小型水电站倒虹压力钢管在实际应用中的分析计算.docVIP

小型水电站倒虹压力钢管在实际应用中的分析计算（二） 2、局部水头损失：在水流流动的局部地区，如管道的扩大、缩小，转变和闸门等处，由边界形态的急剧变化，在局部区段内使水流运动状态发生急剧变化，形成较大的局部水流阻力，消耗较大的水流能量，这叫做局部水头损失，用hj表示。虽然局部水头损失是在一段甚至是在相当长的一段流程上完成的，但为了方便起见，一般是把它作为一个断面上的集中水头损失来处理，边界突然变化的形式是多种多样的，但在水流结构上都具有两个特点： （1）凡有局部水头损失地方，往往有主流脱离边界，在主流与边界之间产生漩涡现象，漩涡的形成和运动都要消耗机械能，漩涡的分裂和互相摩擦所消耗的能量更大。 （2）流速分布的急剧改变。由于主流脱离边界形成漩涡区。主流受到压缩，随着主流沿流程不断扩散流速分布急剧改变，碰撞，摩擦作用加剧，从而造成较大的能量损失。 局部水头损失由水力学一书中可知 ………………………………………(4) 式中：-局部水头损失系数，可查《水力计算手册》或《水力学》。 V-流速 g-重力加速度，g=9.81 计算水电站压力钢管中的局部水头损失主要是考虑水流从电站库区进水口流进管道后到计算点（目前，所讨论的是倒虹最高点）所经流程中水流改变流态变化段中的损失，一般主要是：进水口、压力管转弯、伸缩节、闸阀等处的局部水头损失。 五、计算实例 武平县吉龙水电站毛水头97米，引用流量Q引=0.36m3/s。流速V=2.0m/s为一倒虹压力钢管。倒虹高差为28m，试计算倒虹最高点的L10处的水头损失。验证其倒虹能否将水流输送出去。其余相关数据见下图2解： 1、压力管径的计算（见式（1）） 取D=0.5m 则管中实际流速： （ ） 2、管壁厚度的计算 加锈蚀等2mm，壁厚采用5mm =3.84mm，满足刚性要求，不再校核刚度稳定。 3、沿程水头损失： 水力半径R= = =0.125m 谢才系数： 钢管的糙率n，可查《水力学》一书表4-4，中等光滑钢管 n＝0.0125 则： ＝ 沿程水头损失：L1_10=(365+80+75+58+90)=668m 4、局部水头损失 （1）L1、L3、L6共3处因所转角度相同，可计算一处后相加， －查表4-5，当 ＝30° ＝0.55×0.3＝0.165（取R/d＝1.0） 则： （2）L2、L4、L7、L9共4处：当 ＝20° ＝0.4×0.3＝0.12 因： 则hj2＝0.12×0.17＝0.024m×4处＝0.08m （3）L5处：当 ＝50° ＝0.75×0.3＝0.225 则hj5＝0.225×0.17＝0.04m （4）L8处：当 ＝40° ＝0.65×0.3＝0.195 则hj8＝0.195×0.17＝0.03m =hj1+hj2+hj5+hj8 =0.09+0.08+0.04+0.03=0.24m L10处的总水头损失 =hf10= =5.6+0.24=5.84m 则Z10处的水位高程 Z10＝Z正- =486-5.84=480.16m Z正－库正常水位（坝内设计水位） Z10高于L10处倒虹最高点高程474.0m，经计算说明倒虹处水流能顺畅流出，并还有约6米的高差余量，库区的库容可调节5m左右。该预留水头可根据各站库容调节等实际情况而定，一般应预留2米以上的水头差较好。 五、倒虹存在问题的解决办法 中堡吉龙水电站2001年元月投产发电，装机1×250kw，设计水头85m，引水流量0.36m3/s，压力钢管管径500mm，壁厚5mm，设计时已分析过在倒虹最高点的空气是无法完全排空的，这部分空气回使该处段压力管产生什么样的后果不知道，所以在倒虹最高点处设置50放气阀，但在压力管安装时，安装师傅未装设该阀。电站试运行后，倒虹最高点前5-20m处段压力管有变形，支墩破裂，当时未引重视，在几次关机后，该段压力管已严重变形，现场观察其开机时压力钢管无异常现象；发电机出率可超20%，说明倒虹压力管能正常通过流量。但关机时，当水锤冲击波到达倒虹点时压力钢管靠坡度较陡的一侧在5-20m范围内未加厚、加强的压力管段开始上下波动，经几次波动后压力管从圆型变成椭圆型，从椭圆变成椭偏园，经几次反复，压力管被吸偏，最后焊口破裂，压力管漏水、进气，随着冲击波的衰减，压力管慢慢恢复到接近圆形。整个变化过程完成，那么怎样解决这一问题呢？根据认真分析有以下两种方法： 1、在倒虹最高点接通气管，一般根据地形条件允许，尽量在不涉及群众利益的地方采用，其管径为主管的六分之一，便能满足补气需求，或按下式计算： Qa-管中最大流量，m3/s Va-进气流速，一般取30～50m/s但不得大于引水道放空过程中流速的15倍。 A-进气口面积，m2 管口高度一般超过进水口坝顶的校核洪水位一米左右便可。但该种方法造价