【正文】 圖 4— 5 進水口結(jié)構(gòu)尺寸示意圖 通氣孔和進人孔 為保證當(dāng)引水道充水時可以排氣，在事故閘門之后設(shè)置一通氣孔， 同時可保證引水道排水時供氣，避免引水道內(nèi)產(chǎn)生較大負(fù)壓。 通氣孔面積按下式計算： aavQA? aQ 為進水口流量，這里取單機最大引用流量 sm / 3 。 av 為通氣孔進氣流速，一般為 30~50m/s，這里取為 40m/s。 則通氣孔面積為： mvQAaa ??? 為了便于進水口及壓力管道的維護與檢修，需設(shè)進人孔，其位置設(shè)在工作閘門之后。 進水口高程計算 為保證進水口處于有壓狀態(tài)，以使水流流態(tài)穩(wěn)定，進水口的高程應(yīng)低于運行中可能出現(xiàn)的最低水位，并有一定的淹沒深度。并應(yīng)使進水口的底板高程高于水庫淤沙高程~，但本水電站樞紐的水 庫淤沙高程較低，不影響進水口高程的選擇與布置，因此該因素不予考慮。 為避免進水口前出現(xiàn)吸氣漏斗和漩渦的臨界深度按下式計算： acvSk ? 式中：kS為無漩渦的臨界淹沒水深 c為經(jīng)驗系數(shù)，一般取為 ~，對稱進水時取小值，側(cè)面進水時取大值， 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 24 本設(shè)計取 計算。 v為閘門斷面的水流流速，取閘門段面最大引用流量時的流速。 a為閘門孔口凈高，本設(shè)計為 。 經(jīng)計算得： mS k ????? 綜合分析并考慮到風(fēng)浪的影響，取淹沒深度為 。 則進水口底板高程為： mHS k 2 0 61062 2 2 ????????? 死底 引水道設(shè) 計 引水道的路線選擇是設(shè)計中的關(guān)鍵，它關(guān)系到隧洞的造價，施工難易，工程進度，運行可靠性等方面。 線路比較 根據(jù)洞線選擇條件初步選擇兩條引水線路，從工程地質(zhì)平面圖上可以看出，因壩址處距離下游大峽溝溝口處較近，且根據(jù)上游地質(zhì)條件選擇的進水口位置距離壩址也較近，使得引水線路距離較短，因此整段引水線路均采用壓力鋼管布置。 所選擇的兩條引水線路分別以 1和 2表示， 2的進水口均布置在左岸上游側(cè)140m 處，穿過左岸山體布置引水管道?，F(xiàn)分別就所選兩條線路從各方面進行比較，以選擇合理的方案進行設(shè)計。 從進水口處的地質(zhì)條件來看， 1和 2的進水口相同，地質(zhì)條件均較好，岸坡處無破碎帶，穩(wěn)定性均較好。 從線路距離來看， 1和 2線路距離相差不大，所以從洞線的開挖、壓力鋼管的耗用量、施工工期、工作量等方面來說， 1和 2線路均差不多。 從施工干擾程度來看， 2線路距離壩體過近，因此與主壩體的施工干擾程度大，而1在這一方面則較有優(yōu)勢，距離主壩體較遠(yuǎn)，互相施工影響小。 從引水線路地質(zhì)條件來看， 1線路的地質(zhì)條件較好，而 2線路在上、下游均有小部分距離經(jīng)過地質(zhì)條件不好的區(qū)域，但基本上不影響壓力管道的安全性。 另外 考慮因素， 2線路的優(yōu)勢在于進廠公路較好布置， 1優(yōu)勢在于管道線路的轉(zhuǎn)彎角度較小，且尾水線路較短，開挖量小。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 25 綜合以上因素，并考慮到廠房的位置布置，以及尾水道的布置，確定 1線路為最終引水線路設(shè)計方案。 調(diào)壓室設(shè)計 調(diào)壓室作用 在引水線路上設(shè)置調(diào)壓室后，利用調(diào)壓室擴大的斷面積和自由水面，水錘波就會在調(diào)壓室反射到下游去。這樣就相當(dāng)于把引水系統(tǒng)分為兩段，調(diào)壓室以前這段引水道，基本上可以避免水錘壓力的影響；調(diào)壓室以后的壓力管道，由于縮短了水錘波傳遞的路程，從而減少了壓力管道中的水錘值 ，改善了機組運行條件及供電質(zhì)量。 調(diào)壓室的設(shè)置判斷 由于設(shè)置調(diào)壓室增加了建造費用和維護費，調(diào)壓室的投資有時幾乎占引水系統(tǒng)投資的 1/~1/5，相當(dāng)于廠房的土建投資，因此是否設(shè)置調(diào)壓室，必須經(jīng)過電站的引水系統(tǒng)與機組聯(lián)合調(diào)節(jié)保證計算及電站穩(wěn)定運行綜合分析，進行技術(shù)經(jīng)濟比較加以論證。 初步分析時，可用表征壓力引水系統(tǒng)慣性大小的水流加速時間，也稱作壓力引水道 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 26 的慣性時間常數(shù)值 wT 來判斷設(shè)置上游調(diào)壓室的條件，其式為： ? ?iiwwrLvTTgH??? 上式中： iL 為壓力引水道（包括蝸殼及尾水管）各段之長度； iv 為上述各段水 道相應(yīng)的流速； g為重力加速度； rH 為水輪機的設(shè)計水頭； ? ?wT 為 wT 的允許值，一般取為 2~4s。 根據(jù)在地質(zhì)平面圖上引水線路的布置，由比例測量出壓力水道長度約為 460m。壓力水道中的流速取為各段水道的平均流速，取為 4m/s。設(shè)計水頭為 。 則 ssgH vLTriiw 4~ 44 6 0 ?????? ? 綜合經(jīng)濟比較后，不設(shè)置調(diào)壓室。 調(diào)節(jié)保證計算 調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù) 計算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小內(nèi)水壓力，最大內(nèi)水壓力作為設(shè)計或校核壓力管道、蝸殼和水輪機強度的依據(jù)；最小內(nèi)水壓力作為壓 力管道線路布置，防止管道中產(chǎn)生負(fù)壓和校核尾水管內(nèi)真空度的依據(jù)。 計算丟棄負(fù)荷和增加負(fù)荷時轉(zhuǎn)速變化率，并檢驗其是否在允許的范圍內(nèi)。 選擇調(diào)速器合理的調(diào)節(jié)時間和調(diào)節(jié)規(guī)律，保證壓力和轉(zhuǎn)速變化不超過規(guī)定的允許值。 研究減小水擊壓強及機組轉(zhuǎn)速變化的措施。 調(diào)節(jié)保證計算的目的 正確合理地解決導(dǎo)葉啟閉時間、水擊壓力和機組轉(zhuǎn)速上升值三者之間的關(guān)系，最后選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉啟閉時間和方式，使水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升值均在經(jīng)濟合理的允許范圍內(nèi)。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 27 調(diào)節(jié)保證計算的標(biāo)準(zhǔn) 機組在丟棄負(fù)荷的過程中，一般情況下，最大轉(zhuǎn) 速上升率 max 55%? ? ，對于大型電站 max 45%? ? ，對于沖擊式機組 max 30%? ? 。 機組在丟棄全負(fù)荷時，若電站設(shè)計水頭小于 40m，允許的最大壓力上升率為 ~，若電站的設(shè)計水頭大于 40m 小于 100m，允許的最大壓力上升率為 ~，若電站的設(shè)計水頭大于 100m，允許的最大壓力上升率為小于 。 調(diào)節(jié)保證計算的內(nèi)容 丟棄全負(fù)荷或部分負(fù)荷時：機組轉(zhuǎn)速最大升高值、壓力管道及蝸殼內(nèi)的最大水擊壓強、尾水管真空度校核，同時應(yīng)注意開度變化時的反擊水擊是否超過了增加負(fù)荷時的水擊值。 增加全負(fù)荷或部分負(fù)荷時：機組轉(zhuǎn)速最大降低值， 只對單獨運行的電站計算，加入系統(tǒng)運行的地在那還能，轉(zhuǎn)速受系統(tǒng)頻率的制約，不可能有很大的降低、壓力管道和蝸殼內(nèi)最大壓力降低值。 調(diào)節(jié)保證計算過程 水電站的調(diào)節(jié)保證計算一般按以下兩種工況計算，并取較大值： 在設(shè)計水頭下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大轉(zhuǎn)速上升率。 在最大水頭下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大水錘壓力。 調(diào)節(jié)保證計算基本數(shù)據(jù) 由前面計算可知，壓力管道長度取為 460m，壓力鋼管直徑為 6m。 壓力鋼管屬于地下埋式鋼管，則水擊波速為 1200m/s。 機組轉(zhuǎn)速為 150r/min，單機最 大引用流量為 /ms。 導(dǎo)葉啟閉時間初選為 6s，計算結(jié)果如不滿足要求，依次按 7s、 8s、 9s 計算。 水電站設(shè)計水頭為 。 水電站最大水頭為 。 設(shè)計水頭下丟棄全負(fù)荷計算 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 28 相長為： 2 2 46 0 71200l sc ??? 導(dǎo)葉啟閉時間為： 26s lTsc??，因此此時發(fā)生的是間接水錘。 水流最大速度為： m a xm a x 2212 0. 9 4. 28 /63. 1444QV m sD?? ? ?? 管道特性系數(shù)為： m a x01 2 0 0 4 . 2 8 3 . 5 92 2 9 . 8 1 7 3cVgH? ?? ? ??? m a x04 6 0 4 .2 8 0 .4 69 .8 1 7 3 6sLVg H T? ?? ? ??? 丟棄全負(fù)荷時： 0 1?? ， 0 ?? ??，所以發(fā)生末相水擊。 ? ? ? ?220 . 4 64 0 . 4 6 0 . 4 6 4 0 . 5 822m ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)調(diào)節(jié)保證計算標(biāo)準(zhǔn)，水錘壓力上升率不滿足要求，不再計算轉(zhuǎn)速上升率。 取導(dǎo)葉啟閉時間為 7s，同上述計算一樣，發(fā)生 間接水錘。 水流最大速度為： m a xm a x 2212 0. 9 4. 28 /63. 1444QV m sD?? ? ?? 管道特性系數(shù)為： m a x01 2 0 0 4 . 2 8 3 . 5 92 2 9 . 8 1 7 3cVgH? ?? ? ??? m a x04 6 0 4 . 2 8 0 . 3 99 . 8 1 7 3 7sLVg H T? ?? ? ??? 丟棄全負(fù)荷時： 0 1?? ， 0 ?? ??，所以發(fā)生末相水擊。 ? ? ? ?220 . 3 94 0 . 3 9 0 . 3 9 4 0 . 4 722m ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 水錘壓力值為： 73 H m?? ? ? ? ? 總壓力值為： 73 H H m? ? ? ? ? ? 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 29 轉(zhuǎn)速上升率為（按列寧格勒金屬工廠公式計算）： 0122036511sN T fn G D? ? ? ? 上式中： 0N 為機組額定容量，為 萬 KW。 1sT 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開度的歷時，對于混流式和水斗式水輪機1 0. 8 0. 9ssTT? ，對于軸流式水輪機 1 0. 6 ~ 0. 7ssTT? 。 這里取 1 7 T s? ? ? ?。 f 為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材 141 頁圖 915 水錘影響系 數(shù)根據(jù)管道特性系數(shù)得 ? 。 飛輪轉(zhuǎn)矩 2GD 的計算： ? ?2 3 .5 22= itG D K D l t m? 上式中： 2K 為經(jīng)驗系數(shù)，查水電站機電設(shè)計手冊水力機械分冊 167 頁表 310，根據(jù)轉(zhuǎn)速為 150r/min 查得該系數(shù)為 。 iD 為定子鐵芯內(nèi)徑（ m）。 tl 為定子鐵芯長度（ m）。 則 ? ?2 3. 5 3. 5 22= 1080 0itG D K D l t m? ? ? ? ? 將以上數(shù)值代入轉(zhuǎn)速上升率公式得： 012 2 2036 5 36 5 75 00 0 5. 95 1. 291 1 1 1 0. 3715 0 10 80 0sN T fn G D? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? 機組轉(zhuǎn)速最高值： ? ? ? ?m a x 0 1 1 5 0 0 . 3 7 1 2 0 5 . 5 / m i nn n r?? ? ? ? ? ? 由以上計算知，當(dāng)導(dǎo)葉啟閉時間為 7s 時，在設(shè)計水頭下丟棄全負(fù)荷，水錘壓力上升值與轉(zhuǎn)速上升率均在規(guī)定范圍內(nèi)。 在最大水頭下丟棄全負(fù)荷計算 導(dǎo)葉啟閉時間 為： 2 2 4607 s lT s sc ?? ? ? ?，因此此時發(fā)生的是間接水錘。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 30 水流最大速度為： m a xm a x 2212 0. 9 4. 28 /63. 1444QV m sD?? ? ?? 管道特性系數(shù)為： m a xm a x12 00 4. 28 3. 112 2 9. 81 84 .3cVgH? ?? ? ??? m a xm a x46 0 4. 28 0. 349. 81 84 .3 7sLVgH T? ?? ? ??? 丟棄全負(fù)荷時： 0 1?? ， 0 1 ?? ??，所以發(fā)生末相水擊。 ? ? ? ?220 . 3 44 0 . 3 4 0 . 3 4 4 0 . 4 022m ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 水錘壓力值為： m a x H m?? ? ? ? ? 總壓力值為： m a x 118H H H m? ? ? ? ? ? 轉(zhuǎn)速上升率為（按列寧格勒金屬工廠公式計算）： 0122036511sN T fn G D? ? ? ? 上式中： 0N 為機組額定容量，為 萬 KW。 1sT 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開度的歷時，對于混流式和水斗式水輪機1 0. 8 0. 9ssTT? ，對于軸流式水輪機 1 0. 6 0. 7ssTT? 。 這里取 1 7 T s? ? ? ?。 f 為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材 141 頁圖 915 水錘 影響系數(shù)根據(jù)管道特性系數(shù)得 ? 。 同設(shè)計水頭下丟棄全負(fù)荷計算一樣，飛輪轉(zhuǎn)矩為： ? ?2 3. 5 3. 5 22 1080 0itG D K D