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调压室的水力计算
1. 调压室断面计算
当上游死水位,下游为最低水位,最小水位Hmin=188.9m,三台机满发,引水道糙率取最小值,压力管道糙率取最大值,通过水轮机的流量为57m3s,则此时的引水隧洞水头损失的计算如表格1,压力钢管水头损失的计算如表格2。引水道应选可能的最小糙率0.012
表格 SEQ 表格 \* ARABIC 1引水隧洞水头损失表
流量
(m3/s)
沿程水头损失(m)
局部水头损失(m)
平均糙率(n=0.014)
最大糙率(n=0.016)
最小糙率(n=0.012)
57
24.231
31.649
17.802
0.296
38
10.769
14.066
7.911
0.132
19
2.692
3.516
1.978
0.033
表格 SEQ 表格 \* ARABIC 2压力钢管水头损失表
流量
(m3/s)
沿程水头损失(m)
局部水头损失(m)
平均糙率(n=0.012)
最大糙率(n=0.013)
最小糙率(n=0.011)
57
2.650
3.110
2.226
2.805
38
1.497
1.757
1.257
1.962
19
0.729
0.856
0.612
0.824
托马断面面积:
F
其中
H0——最小水头损失,H
hw0——引水隧洞损失,hw0=17.802+0.296
hwT0——压力管道水头损失,
L——引水隧洞长度,12662m;
g——重力加速度,g=9.81m/s
f——引水隧洞面积,16.62m
α——引水道阻力系数
v
α=
为了保证大波动的稳定,一般要求调压室断面大于托马斯断面,初步分析时可取(1.0~1.1)FTh,作为调压室的设计断面。这里选取D=7.8m,则系数k
Fk
k=Fk
2. 最高涌波水位计算
按正常蓄水位时共用同一调压室的三台机组全部满载运行瞬时丢弃全部负荷(即流量由Qmax=57减至流量Q=0)作为设计工况。
引水道损失由表格1和表格2得:
h
v0为时段开始时管中流速v0=
F为调压井断面面积,145.267m2;引水隧洞长L=12662m,g=9.81m
λ=
令X0=hw0λ=0.124,X=z
ln
运用牛顿切线法求解方程的根
令
φ(
牛顿迭代公式为:
x
取迭代初值x0
表格 SEQ 表格 \* ARABIC 3迭代计算结果
k
1
2
3
4
x
-0.43085
-0.41928
-0.41899
-0.41899
由表格3可以看出精确到0.001,X
|zmax
根据《水电站调压室设计规范》调压室最高涌波水位以上的安全超高不宜小于1m。所以调压室的顶高程:
Z=1279+61.128+1.5=1341.63m
3. 最低涌波水位计算
3.1 增加负荷时的最低涌波水位
上游水位取死水位,下游取最低水位。引水隧洞糙率取最大值,取n=0.016。水轮发电机组由2台增至3台满负荷运行。
由表1和表2引水隧洞水头损失为:
h
|
式中ε=2λhw0=9.134
z
所以当增加负荷时水位降到静水位下23.74m
3.2 丢弃全负荷时产生的第二波动振幅
X
解之
X
X
zmin=λ
所以当丢弃全负荷时,水位降到静水位下47.70m
综上所述调压室的最低涌波水位应为静水位下50.44m
根据《水电站调压室设计规范》上游调压室最低涌波水位与调压室处压力引水道顶部之间的安全高度应不小于2~3m。
所以压力引水道顶部高程为:
Z=1274-50.44-2.5=1221.06m
4. 四阶龙格库塔法
4.1调压室水位的基本微分方程
dz
dQ
已知压力管道的流量变化规律,则调压室流量等于隧洞流量减压力管道流量,即:Qs=Q-Qm。上述方程两个未知量,
4.2四阶龙格库塔法计算公式
如果已知t时刻的Qt,Zt值,采用以下公式求解t+?t时刻的Qt+?t,Zt
Z
K
K
K
K
Q
L
L
L
L
4.3程序框图
4.4 VBA程序代码
定义函数f1
Public Function f1(t As Double, z As Double, q As Double)
Dim a As Double
a = 5 a为导叶直线关闭时间
If t a Then
f1 = (q - (57 - 57 * t / a)) / 47.784
Else
f1 = q / 47.784
End If
End Function
定义函数f2
Public Function f2(t As Double, z As Double, q As Double)
Dim r As Double
r = 0.0055 r为隧洞的沿程损失和局部损失系数
f2 = 9.81 * 16.61 * (1279
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