【正文】 2 . 2 5fhm? ? ?? 局部水頭損失 局部水頭損失主要有進水口，攔污柵，漸縮段，閘門槽，漸變段以及轉(zhuǎn)彎和出口閘門損失等。 1)進水口 : 1? = 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 28 2)攔污柵 : 4433 176。228 176。 c? —— 管道流量系數(shù)； 1c ld??????? （ 510） 其中，上式中的 ? 為沿程水頭損失系數(shù)，可以由以下兩個公式確定： 161CRn? （ 511） 8gC ?? （ 512） 則可以推出： 28gC?? （ 513） 因為水工隧洞的襯砌形式為鋼筋砼，糙率采取 n=，引水隧洞直徑為 9m，則有 : 9 ?? 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 30 161 2 .2 5 8 1 .7 60 .0 1 4C ? ? ? 28 9 .8 1 0 .0 1 1 78 1 .7 6? ??? 所以則有： 1 9c? ???? 所以則有： 330. 25 5 63 .6 2 9. 81 9. 72 22 4 / 21 3 /Q m s m s? ? ? ? ? ? 因此，設(shè)置直徑為 9m的壓力隧洞能夠滿足發(fā)電需求的過流能力。 wh —— 2斷面之間的水頭損失， m。 圖 51 水頭線示意圖 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 34 6 調(diào)壓室的設(shè)置 調(diào)壓室設(shè)置的目的是為了改善機組在負荷變化時的運行條件及供電質(zhì)量以及減小水錘壓力的有效方法之一，但是是否設(shè)置調(diào)壓室需要通過壓力管道的慣性時間常數(shù) wT 值來判斷設(shè)置上游調(diào)壓室，其公式為 ? ?/w i i P wT L v gH T??? （ 61） 式中 iL —— 壓力引水道各段長度，包括蝸殼以及尾水管； iv —— 上述各段對應(yīng)的流速； g —— 重力加速度； pH —— 水輪機的設(shè)計水頭 ??wT —— 慣性時間常數(shù)的允許值，一般采取 2~4s。 v —— 壓力引水道流速 m/s； 0wh —— 壓力引水道損失， m； wnh —— 壓力管道水頭損失， m； K —— 系數(shù)，一般可以采用 ~； 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 35 代入數(shù)據(jù)得： ? ?210198 2 81 Am ?? ? ? ? ???? ? ? ??? ??? 則對應(yīng)的調(diào)壓室直徑為 ，選擇 ，阻抗孔的尺寸一般采取壓力引水道尺寸的 15％ ~50％，因此采取直徑為 4m的阻抗孔。39。 0 2102 w cogA h hLA v? ?? （ 64） 當 39。 001 Z ln 11 ln 1m axwcZhh???? ? ?? ? ? ? （ 65） 同時也可以根據(jù)下面的阻抗調(diào)壓室瞬時丟棄全負荷時最高涌波計算圖來計算調(diào)壓室的最高涌波水位： 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 36 圖 61 阻抗式調(diào)壓室丟棄負荷時最高涌波計算圖 *Z —— 壓力水道系統(tǒng)的摩阻為零丟棄全 負荷時的自由振幅 ,按照下式計算： 0*1Q LAZ A gA? （ 66） Zmax—— 丟棄全負荷時的最高涌波； 其他符號意義同前。 增加負荷時的最低涌波計算 當阻抗孔尺寸滿足 下圖所示 SS 時 ： (即最合適的尺寸 )時，可按下式近似地計算最低涌波值： ? ?m i n 0 . 1 39。 圖 62為阻抗調(diào)壓室突然增加負荷時 (負荷由零突增至 100%)的最低涌波計算圖。 由此，我們便可以確定調(diào)壓室的基本尺寸，底板高程 ，頂部高程，面積為 ，但是由于調(diào)壓實處地質(zhì)情況不是很好，主要是Ⅲ 1類圍巖，難以形成 33米 直徑的圓頂，因此我們將圓形的調(diào)壓室設(shè)置成 ?9m矩形的調(diào)壓室，其高程不變，故調(diào)壓室的最終斷面面積為 。裂縫寬度控制在 以內(nèi)，計算方法采用隧洞規(guī)范推薦的公式法和邊值法，計算工況考慮： a、運行工 況、計入荷載有內(nèi)水壓力、結(jié)構(gòu)自重、山巖壓力。 拉應(yīng)力系數(shù) Kt 砼允許拉應(yīng)力 (σσ ) Mpa 那么則有巖石和混凝土的彈性特征因數(shù)： ? ?? ?? ?000 .0 1 10 .0 1 1 1 2KA K??? ? ????? ? ?? ? ? ? ? （ 711） 代入數(shù)據(jù)可得： ? ?? ? ? ?0 . 0 1 2 1 0 0 0 0 0 1 0 . 1 6 7 4 0 0 0 . 7 50 . 0 1 2 1 0 0 0 0 0 1 0 . 1 6 7 1 2 0 . 1 6 7 4 0 0A ? ? ? ???? ? ? ? ? ? 注意：襯砌計算均采用 kg/cm2 和 kg/cm3 為單位 則有襯砌厚度： 1ghbghprAp??????? ?????? ? ??? ????? （ 712） 式中 br —— 為水工隧洞過流 半徑，為 =450cm。 1) 垂直山巖壓力產(chǎn) 生的彎矩和軸向力： 由于本工程缺乏地下水位等資料，故暫不考慮外水壓力，巖石的容重按照0? = 噸 / 3m ，巖石壓力拱高 h，按照以下公式計算： 4 .8 0 .9 65Hrhmf? ? ? 垂直山巖壓力強度 q,由以下公式計算： 0 2 .6 1 0 .9 6 2 .4 9 6q r b h? ? ? ? ?噸 /米。 表 72 混凝土的各種極限強度（公斤 /厘米 2） 編號 應(yīng)力狀態(tài) 混凝土標號 100 150 200 250 300 1 軸心受壓 80 115 145 175 210 2 彎曲受壓 100 140 180 220 260 3 軸心受拉 11 15 20 4 彎曲受拉 18 24 28 33 37 可得 gh?????=33，但是只是比較老的規(guī)范，經(jīng)過折算，我們采用 gh?????=25，則有： ? ?? ?25 1 cm? ?????? ? ? ? ???? 表明，三類圍巖只需 厘米的襯砌厚度便可以滿足需要，但是根據(jù)襯砌的最小厚度規(guī)范，因此我們采用 30cm。 三類圍巖的襯砌 襯砌厚度的計算 由于本工程引水隧洞的內(nèi)徑已達到 9m，尺寸比較大，因此直接采用鋼筋混凝土襯砌，同時，在水頭損失相近的情況下，采用噴錨支護的襯砌方式時，洞的內(nèi)徑達到 ，因此，參考同類工程，我們采用 C25混凝土，二級鋼筋襯砌。根據(jù)本工程的實際情況，主要有三種不同類別的圍巖，他們分別是Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類圍巖，所處圍巖以板巖夾千枚巖為主，部分中厚層狀層紋理發(fā)育的變質(zhì)石英砂巖夾板巖、千枚巖，薄 — 中厚層灰?guī)r，地質(zhì)部門初步推測，Ⅲ類圍巖約占 70%，Ⅳ、Ⅴ類圍巖約占 30% 。 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 38 圖 62 阻抗式調(diào)壓室最低涌 波計算圖 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 39 圖 63 差動式調(diào)壓室最低涌波水位計算圖 0*/ 3 / 7 ?? 0*/ / 7 查表可知： min *Z / ? 則有： m i nZ 8? ? ? 因此，最低涌波水位 Z 18 71 .0 0 16 .2 08 5 18 54 .7 9 m? ? ? 由于最低水位以下還需要 23m 的安全水深，保證調(diào)壓室在運行的時候不會將空氣帶入壓力管道。 0 . 9 1 39。用此圖亦可估算阻抗孔尺寸。39。39。 當 39。由于尾水管長度并不長，且安裝高程較高，故不設(shè)置下游調(diào)壓室。 隧洞各段的高程下降值： iih Li?? 第一段高程下降值： 1 0 1 1 220 .26 1 010 8 37h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第二段高程下降值： 2 1 2 2 209 010 8 7h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 32 第三段高程下降值： 3 2 3 3 2 0 9 8 0 .0 0 1 0 8 2 .2 7h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第四段高程下降值： 4 4 3 4 3 3 7 7 0 .0 0 1 0 8 3 .6 5h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第五段高程下降值： 5 4 5 5 241 1 08 z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第六段高程下降值： 6 5 6 6 172 08 z z L i m? ? ? ? ? ? ? 由于管道內(nèi)流速不變，因此202vg? 為定值，則有： 220 1 3 .3 5 0 .5 72 2 9 .8 1v mg? ???? 故方程 221 1 1 2 2 21222 wp v p vz z hg g g g????? ? ? ? ? ? 可以化為 111iii i w ippz z hgg?????? ? ? ? 移項得： 1 1 1 1 1i i ii i w i i w ip p pz z h h hg g g? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 選定隧洞調(diào)壓井的過水斷面中心線為計算高程，則死水位 1871 的位置水頭 ： 0— 0 斷面位置水頭： 0 187 1 184 28. 5z ? ? ? 0— 0 斷面壓強水頭： 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 33 0/ 187 1 184 9 22P g h? ? ? ? ? ? 建立 0— 0與 1— 1 斷面的能量方程： 10 11 0 . 2 3 7 2 2 0 . 5 7 8 2 1 . 6 5 9 2wpp h h mgg??? ? ? ? ? ? ? ? ? 故滿足最小 2m 厚度。判斷公式采用液體恒定流能量方程計算各個斷面的水頭損失以及流速水頭損失。9 30= 31 63 = 31 63 = 7690 20 0 90dR ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?由于一共有 5 個轉(zhuǎn)彎的地方，角度大小不一，水頭損失不一，為了簡化計算平均水頭損失系數(shù)取值為 。 8)轉(zhuǎn)彎水頭損失 176。 v —— 局部水頭損 失處的水流流速 g —— 重力加速度 表 53 局部水頭損失系數(shù)ξ值表 序 號 部位 形狀 水頭損失系數(shù)ξ 備注 1 進水口 v為管道均勻段之流速 2 攔污柵 β — 柵條形狀系數(shù)，見表 A3 s— 柵條寬度 b— 柵條間距 a— 柵面傾角 v— 過柵平均流速 3 門槽 ～ (一般用 ) v取槽前后平均流速 4 矩形變圓 (漸縮 ) v取漸變段平均流速， 西華大學畢業(yè)設(shè)計說明書 27 5 圓變矩形 (漸縮 ) 流速取 6 圓斷面漸 擴大 ξ i 查圖 A1 流速取 v1 7 圓斷面漸 縮小 ξ d 查圖 A2 流速取 v1 8 圓弧彎道 D— 洞徑 R— 彎道半徑 θ — 彎道轉(zhuǎn)角 9 出水口 A A2為出口前后斷面 積。局部水頭損失計算通式為，局部水頭損失系數(shù)ξ值參見表 52。 方 案 單 位 方案一 方案二 方案三 洞 徑 m 隧洞流速 m/s 管徑 m 壓力鋼管流速 m/s 總水頭損失 m 其中 隧洞水頭損失 m 管道水頭損失 m 引水道水頭損失系數(shù) 其中 隧洞水頭損失系數(shù) 管道水頭損失系數(shù) 發(fā)電引用流量 m3/s 213 213 213 設(shè)計枯水年枯期平均出力 萬 kW 引水系統(tǒng)直接投資 萬元 電量損失差 億 kW 當洞徑由 增加至 時，電站引水系統(tǒng)投資增加 萬元，其補充單位電能投資為 元；當洞徑由 增加至 時 ，電站引水系統(tǒng)投資增加 ，其補充單位電能投資為 元。 1 QD V? (53) 或者 1 4 eQD V?? (54) 式中： 1D —— 壓力鋼管的直徑，單位： m Q —— 引水發(fā)電設(shè)計流量，單位： 3/ms V —— 引水隧洞平均流速，單位： /ms eV —— 壓力鋼管 的經(jīng)濟流速，單位 : /ms,我國的經(jīng)濟流速一般采用4~6 /ms。 b 、隧洞沿線圍巖以Ⅲ類為主，但巖性以板巖夾千枚巖為主，若采用噴錨支護在水頭損失相當?shù)那疤嵯?，洞徑將擴大至 ，隧洞規(guī)模增大