式中 Qmax——压力钢管的最大设计流量(m3/s);
H——设计水头(m)。
由上式计算得D=1.6m,相应流速为4.4m/s,流速较大,电站的水头损失为8m,根据工程经验,类似电站压力管的经济流速为2.7m/s左右,由此初拟本工程压力管的管径为2.1m。
b)水头损失计算 1)沿程水头损失hf 沿程水头损失由下式计算:
?V2hLfC2R
式中 V——管道平均流速(m/s);
R——水力半径,圆管R=D/4,D为圆管直径; C——谢才系数,C?1nR1/6; n——糙率,对钢管取n=0.012; L——管长(m) 2)局部水头损失hj
局部水头损失包括:进口、拦污栅、闸门槽、渐变段、水管转弯、岔管、电站出口等的局部水头损失。
各个局部水头损失系数?为: 进口:喇叭形进口,取? =0.15。
拦污栅:拦污栅局部水头损失系数由下式确定:
?s?43ζ?β??b??Sinα
式中 S——栅条宽度,S=10mm; b——栅条净间距,b=50mm; α——拦污栅倾角,α=75; β——栅条的形状系数,β=2.42 ;
计算得?=0.41。 平面闸门槽:取?=0.20。
进口渐变段:进口渐变段断面由矩形变为圆形,圆断面渐缩小共取?=0.15。
圆形缓弯管:圆形缓弯管的?由下式计算:
7/21/2??D???θ?ζ??0.131?0.1632??????R??????90?
0式中 D——管道内径, m; R——转弯半径,m; θ——转弯角。
闸阀:电站机组满发时闸阀全开,取?=0。 岔管的局部分水头损失取?=0.5。 电站出口局部分水头损失:取0.15m。
由上述计算公式可计算出电站满发时发电输水道的总水头损失为2.62m,其中沿程水头损失为1.9m,局部水头损失为0.72m。
c)管壁厚度确定 1)水锤计算
(1)水锤波的传播速度:
C?1425εD1??Eδ
式中 ε——水的弹性模量,ε=2.1×104 kg/cm2;
E——管壁材料的弹性模量,E=2.1×106 kg/cm2; D——压力水管内径(cm); δ——管壁厚度(cm);
(2)水锤波在水管中往返一次所需要的时间由下式计算
Tr?2L C将水轮机导叶或阀门从全开(τ=1.0)到全关(τ=0)所需的时间Ts和Tr进行比较,判别是发生直接水锤或是间接水锤。
(3)判别水锤压力型式 水击常数ρ和σ由下式计算: ??σ?Cv 2gHLv
gHTs当水轮机导叶或阀门从全开到全关时,τ0=1,则由ρτ0及σ值查图表得知本水击所属第一相水锤。
故水锤压力升高和降低的相对值为:
Z1?2σ
1???σY1?2σ 1?σ从而水锤压力升高和降低的绝对值为: Δh升= Z末×H
Δh降= Y末×H
水锤计算成果见下表5.5-8。
表5.5-8 水锤计算成果表 计 算 项 目 电站毛水头H毛(m) 水锤波的传播速度C(m/s) 水锤波往返一次的时间Tr(s) 水轮机导叶关闭所需的时间Ts(s) 水击类型 水击常数ρ 水击常数σ ρτ0 水击范围 水锤压力升高相对值Z末 水锤压力降低相对值Y末 水锤压力升高绝对值Δh升(m) 水锤压力降低绝对值Δh降(m) 压力管末端最大设计水头Hmax(m) 压力管末端最小设计水头Hmin(m) Q=8.87m/s、主管D=2.1m 172.2 908.7 1.41 7 间接水击 0.709 0.142 0.709 范围Ⅱ,第一相水击 0.18 0.25 31.2 42.9 203.5 129.3 混流机组 3备 注 2)管壁厚度计算
参照《水电站机电设计手册》(金属结构二),按下式初估管壁厚度:
δ?0.1HjD?ch2?σ
式中 Hj ── 计算水头(m); D ── 钢管直径(cm);
[σ]ch ── 许用应力(kgf/cm2),对16MnR取[σ]ch=0.75[σ]=1500
kgf/cm2;
δ── 管壁厚度(cm)。
为节约钢材,分段计算压力管管壁厚度,列表计算如下5.5-9:
水电站初步设计报告
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