调压室涌波最高水位随机分析的显式计算方法
赛德水电站调压井的涌波分析计算

( h nU i r t I iai y reet ct C l g 。4 0 0 Wu a nv s y r g t n H do l r i ol e 3 0 0,Wu a 。 n b i e i r o ci y e hn u e)
Ab ta t Th s p p r i to c s t e f n t n o e s r e s a ti y r lc p we tto I lo p e e t h fe - sr c : i a e nr du e h u c i f t u g h f n h d o i o rsain. tas r s n s t e o ¥ o h tb ih n e mahe t a d lo e s r e s a t e e a a c l t o diin a d t e s re o e a ls i g t t mai l mo e f t u g h f,r lv ntc u a i c n to n h u g ft h c h l ng h
s r e s a ti a sXe e y r l o e tt n u g h f n L o s t d o i p w rsa o . h c i
Ke r y wo d: X sth do i p w rs t n; s re; h d ou bn ac lt n; t n in ; s re sat e e y rl o e t i c a o ug y rtr iec u ai l o r se t u g h f a
20 0 7年 9月
Vo・ l N0 - l2 - S e 2 07 p. 0
.
1 . 3
波 ,从 而消 减压 力 波 的振 幅。据 此 ,调节 保 证计 算 时 ,分析 水 击 时所 采用 的管 道 长度 为水 轮 机 与调 压
调压室水力计算

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H min=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,压力管道应选择可能的最大糙率0.013。
表格1引水隧洞水头损失表表格2压力钢管水头损失表F Tℎ>Lf2αgH1=Lf2αg(H0−ℎw0−3ℎwT)=45.548m2其中H0——最小水头损失,H0=188.9m;ℎw0——引水隧洞损失,ℎw0=17.802+0.296=18.098;ℎwT0——压力管道水头损失,ℎwT=3.110+2.805=5.915m;L——引水隧洞长度,12662m;g——重力加速度,g=9.81m/s2 f——引水隧洞面积,16.62m2。
α——引水道阻力系数v0=Qf=5716.619=3.43m s⁄α=ℎw0v02=18.0983.4302=1.5385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)F Tℎ,作为调压室的设计断面。
这里选取D=7.8m,则系数k为:F k=47.784k=F k/F Tℎ=1.052. 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Q max=57减至流量Q=0)作为设计工况。
引水隧洞的糙率取尽可能的最小值(能耗少,涌波高)。
n=0.012引水道损失由表格1和表格2得:ℎw0=ℎw0程+ℎw0局=17.802+0.296=18.098mv0为时段开始时管中流速v0=Qf=3.43m s⁄;f为引水隧洞断面面积。
F为调压井断面面积,145.267m2;引水隧洞长L=12662m,g=9.81m s2⁄得引水道—调压室系统的特性系数。
λ=Lfv022gFℎw0=12662×16.62×3.4322×9.81×47.784×18.098=145.89令X0=ℎw0λ=0.124,X=zλ,则要求最高涌波水位z max,只需要求出X max=z maxλ即可。
基于MathCAD的调压室涌波计算

收稿 日期 : 2 0 1 3  ̄6 - 2 0
作 者简介: 胡 刚, 男, 湖北英山人 , 主要从事水工设计方面工作 。
大, 而通过 Ma t h C A D的求解 函数很好地解决 了这个问题。
首 先 利 用 Ma t h C A D 的“ x —Y 绘 图”功 能 快 速 得 到
该方法优点是 比较简便 , 主要通 过查 表法进 行 ; 缺点是 存在
一
鲁基厂水 电站装 机容量 9 6 MW, 引水 发电系统 由引水建 筑物 、 发电厂房 、 变 电站 3部 分组成 。引水 系统布 置于 枢纽 左岸 , 包括引水隧洞 和调压井 1座 。调压 室前 引水隧洞长度
定 的误差 , 且无法解 出波的过程线 。二是将调 压室的水流
0 U . 0 6 1
㈩ 1,
L A1
式 中 A——调压 室井 筒断面积 , m ;
——调压 室前 引水
道 的水头损失 , m; h —— 全部 流量通过 阻抗孔 时 的 水头损失 , 1 5 . 0 8 7 i T I ; L —— 引水 道 长度 , l r l ; A . —— 引水道断 面积 , m ; —— 引水道 流速 , m/ s ; g ——重
人 民珠 江
2 0 1 3年第 6期 ・ P E A R L R I V E R
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1 — 9 2 3 5 . 2 0 1 3 . 0 6 . 0 1 8
基 于 Ma t h C A D的调 压 室 涌 波 计 算
力加速度 , 9 . 8 1 m/ s 。
按 D l fT 5 0 8 5 -1 9 9 6 ( 水 电站调压 室设计规 范》 ( 以下简
按规范计算阻抗式调压室涌波计算

0.8
c
一般取0.6~0.8
c
2
取阻抗孔直径:
=
10.179 h = 15.087
c0
1
c0
0
3、求λ
λ :=
2 ⋅ g ⋅ A ⋅ (h + h L⋅A ⋅ υ 2 λ ⋅ h = 0.917
w0 1 0 c0
c0
)
=
0.061
λ⋅
h <1
c0
4、求A0
Aபைடு நூலகம்
0
:=
( 1 + λ ⋅ hw0) − ln ( 1 − λ ⋅ hc0) = 3.982 ) − ln ( 1 + λ ⋅ Zmax) − A0
n := 0.014
1
d = 77.249 谢才系数:C := n1 ⋅ 4 2 h := 642⋅ Q 2 ⋅ L 5 = 1.528 C ⋅π ⋅d ⑵、喷混凝土支护段:d := 7.4
1 1 1 w01 0 1 1 1 2
1 6
L := 3084
2
n := 0.0305
2
d = 36.327 谢才系数:C := n1 ⋅ 4 2 h := 642⋅ Q 2 ⋅ L 5 = 13.405 C ⋅π ⋅d 所以,h := h + h + 0.5 = 15.432
阻抗式调压室稳定断面及最高、 阻抗式调压室稳定断面及最高 、最低涌波计算( 最低涌波计算(按规范计算) 按规范计算 )
一、稳定断面面积计算 原始恒定流量:Q := 140.1 1、Q 在调压室前水道内的水头损失h 计算,糙率取平均值 ⑴、钢筋混凝土衬砌段:d := 6.4 L := 769
0 0 w0 1 1
调压室涌波水位计算

式中ε
= 2 λ⁄ℎ������0
= 9.134,m
=
2 3
,解得:
z������������������ = 50.44������ 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
解之
������2 + ln(1 − ������2) = ������������������������ + ln(1 − ������������������������ )
λ
=
������������������02 2g������ℎ������0
=
2
12662 × 16.62 × 3.432 × 9.81 × 47.784 × 18.098
=
145.89
令������0
=
ℎ������0 λ
=
0.124,X
=
������������,则要求最高涌波水位������������������������ ,只需要求出������������������������
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������������������������=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 57������3 ⁄������,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,压力管道应选择可能的最大糙率 0.013。
������������+∆������
=
������������
1 +6
【免费下载】涌水量预测计算方法

涌水量预测计算方法一、前言 在隧道建设施工中,涌水灾害是隧道建设中备受关注的问题之一。
它不仅影响隧道建设的正常施工,且会波及到隧道建成后的安全运营。
因此,如何较为准确地预测隧道涌水量的大小,为隧道施工制定合理的防排水措施提供依据,成为众多岩土工程学者日益关注的课题之一。
隧道涌水的预测首先是从定性研究开始的,最早的预测只是通过查明隧道含水围岩中地下水的分布及赋存规律,分析隧道开挖的水文地质及工程地质条件,依据物探、钻探、水化学及同位素分析、水温测定等手段,确定地下水的富集带或富集区以及断裂构造带、裂隙密集带等可能的地下水涌水通道,并且用均衡法估计隧道涌水量的大小。
随着技术水平和施工要求的提高,基于定性分析的隧道涌水预测研究,发展成为隧道涌水的定量评价和计算,主要体现在隧道涌水位置的确定与涌水量预测两个方面。
在隧道涌水位置的确定方面,人们通过隧道围岩水文地质及工程地质条件的定性分析,发展了随机数学方法和模糊数学方法。
在涌水量预测方面,人们根据隧道环境地下水所处地质体的不同性质、水文地质条件的复杂程度、施工的方式及生产的要求等因素,提出了隧道涌水量计算的确定性数学模型和随机性数学模型两大类方法。
岩溶区隧道涌水研究必须要注重水文地质条件的研究, 因为每一种方法、公式的提出都是基于地质条件的研究基础之上的。
岩溶区地质条件一向比较复杂, 从隧道施工期发生的比较严重的涌水事件来看,岩溶区易发生涌水地质条件可以分以下四类:⑴向斜盆地形成的储水构造;⑵断层破碎带、不整合面和侵入岩接触面;⑶岩溶管道、地下河;⑷其他含水构造、含水体。
以上只从宏观上列举了一些可能发生严重涌水的地质条件, 这是远远不够的, 对隧道涌水条件应进行详细研究, 这是其他隧道涌水研究工作的基础,必须予以重视。
[1] 二、岩溶区隧道涌水量预测方法 目前涌水量预测计算方法很多, 主要有以下几种: 1.进似方法 这种方法主要包括涌水量曲线方程(一般称Q-S曲线)外推法和水文地质比拟法2 种。
水锤及调压室习题

习题一压力钢管水锤计算
某坝后式水电站,安装3台单机容量为1000kW、混流式水轮发电机组,引水系统的布置及尺寸如图2-1所示。
电站设计水头为35.4m,最大水头为45m,最小水头为26m,水轮机型号为HL220—WJ—71,发电机型号为TSW143/50—10,水轮机单机出力N=1064kW,发电机额定出力为1000kW,额定转速为600r/min,机组GD2=4.2×103Nm2,单机流量为 3.55m3/s,混凝土弹性模量E=2.1×105kg/cm2,水的弹性模量E=2.1×104kg/cm2,钢管弹性模量E=2.1×106 kg/cm2,尾水管吸出高度H s=1.47m。
(1)3号机组丢弃全负荷,导叶关闭时间T s=4s,并近似认为导叶开度τ随时间呈直线变化,计算3号机组末端E点的水锤压力。
(2)当3号机组负荷由0.7N max增至N max时,τ0=0.7,τ1=1,导叶突然开启时,计算末端E点的水锤压力降低值。
图2-1 某电站引水系统平面布置图
(其中AB段长110m,BC段长11.34m,CD段长7.3m,DE段长15.66m.)
习题二调压室涌波计算
某电站引水隧洞长L=400m,直径D=4.0m,洞内最大流速v max=4m/s,流量Q=50.2m3/s,设置直径为16m的圆桶式调压室(如图所示)。
试用解析法求解水电站丢弃全部负荷时调压室内的最大水位升高值。
图3-1 某水电站调压室布置图(单位:m)
2。
涌水量计算方法全文剖析

可编辑修改精选全文完整版
涌水量计算方法:类比法;解析法;数值法;统计学方法
1.潜水完整井涌水量计算
潜水完整井是指井筒揭露了整个潜水含水层,并一直打到含水层隔水底板(图10-33)。
其涌水量计算
公式为:
式中Q——井筒涌水量,m3/d;
K——含水层渗透系数,m/d;
H——静止水位高度(对潜水完整井即潜水含水层厚度),m;
h——动水位至含水层底面的距离为动水位高度(h=H-s),m;
s——水位降低值,m;
R——地下水降落范围,即影响半径,m;
r——井筒半径,m。
2.自流水完整井涌水量计算
自流水完整井是指井筒揭露了整个承压水含水层,并一直打到含水层底板隔水层(图10-34)。
其涌水
量计算公式为:
式中M——自流水含水层厚度,m。
井筒涌水量计算公式中参数R 的确定
计算影响半径R的公式有理论公式和经验公式两种
理论公式为:
潜水
承压水
经验公式
潜水——承压水
自流水
水平巷道涌水量的预测方法
通常水平巷道在排水初期,统一的降落漏斗未形成之前,可用下列公式计算其用水量。
(1)潜水完整水平巷道涌水量计算公式
式中K——渗透系数,m/d
B——巷道长度,m。
自流水完整水平巷道涌水量计算公式
采区或采面涌水量计算
例如,某一采区在承压含水层之下开拓,其平面形状近似正方形(图10-39)。
由于在煤层开采过程中,水位降低到隔水
顶以下,所以涌水量计算公式为:
(计算影响半径的经验公式,K单位为m/d);M、H、K 可在勘探报告中查找到;h 值取零。
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653
参考文献 :
[1 ] 丁浩. 水电站有压引水系统非恒定流[M] . 北京 :水利电力出版社 ,1984193 —150. [2 ] 张芹芬 ,索丽生. 水电站水击与调压室涌浪随机分析研究进展[J ] . 水利水电科技进展 ,1998 ,18 (3) :7 —11. [3 ] 张芹芬 ,索丽生. 调压室涌波分析的随机模型[J ] . 河海大学学报 ,1997 ,25 (5) :41 —45. [4 ] 王世泽. 水电站建筑物[M] . 北京 :水利电力出版社 ,19871107 —108. [5 ] 张芹芬. 水电站水击与调压室涌浪的随机分析[D ] . 南京 :河海大学 ,1998. [6 ] 张炳根 ,赵玉芝. 科学与工程中的随机微分方程[M] . 北京 :海洋出版社 ,19801186 —196. [7 ] 张志昌 ,刘松舰 ,刘亚菲. 阻抗式和简单式调压室甩荷时水位波动的显式计算方法[J ] . 应用力学学报 ,2004 ,21 (1) :50 —55.
摘要 :针对典型调压室水力系统 ,建立了具有随机初始条件的涌波分析随机模型 ,并根据调压室水 位波动特点 ,去掉了随机模型中的绝对值 ;利用泰勒级数展开式推导了水轮机瞬时全部甩荷时调压 室中水位第 1 次向上波动时的水位随时间的随机解过程 ,并由此给出了解过程的密度函数公式和 涌波均值的最大值的显式计算公式. 关键词 :调压室 ;涌波 ;随机分析 ;显式计算 中图分类号 :TV732. 5 文献标识码 :A 文章编号 :1000Ο1980 (2005) 06Ο0650Ο04
(1
-
k) (1 + X) -
X2
(15)
解方程 (15) 并利用初始条件 ,同时将 X = bZ 代入其解 ,得
arcsin k + kbZ - 1 = 1 - k2
ak 2
t
+ arcsin
k
+
kbZ (0) 1 - k2
1
求解上式并将弧度
ak 2
t
换成角度1π80°
ak 2
t
,
有
Z ( t)
=
Z1 G.
a . 确定性模型求解. 假设水轮机导叶瞬时全关 ,引水道糙率 n 取可能的最小值 n = 01012 ,利用调压室涌 波计算的解析式[4]可解得最高涌波为 45171 m. 因此 ,调压室最高水位 Z1 G = 710 m + 45171 m = 755171 m. 采用 龙格Ο库塔数值积分 ,求得最高涌波水位为 755169 m.
1 调压室基本方程
对于图 1 所示调压室系统 ,忽略其下游高压管道的影响 , 认为流 量从 Q0 到 Q1 突然发生且直接发生在调压室的下游 , 则可以建立运 动方程及水流连续方程 [4 ]
Z
=
hw +
L g
dV dt
(1)
Q1
=Vfຫໍສະໝຸດ +Fd d
Z t
(2)
初始条件
图 1 典型调压室系统 Fig. 1 Typical surge tank system
第 33 卷第 6 期 2005 年 11 月
河海大学学报 (自然科学版) Journal of Hohai University(Natural Sciences)
Vol. 33 No. 6 Nov. 2005
调压室涌波最高水位随机分析的显式计算方法
朱永忠1 ,房玉亭2 ,索丽生3
(1. 河海大学理学院 ,江苏 南京 210098 ; 2. 华东宜兴抽水蓄能有限公司 ,江苏 宜兴 214205 ; 3. 河海大学水利水电工程学院 ,江苏 南京 210098)
从而可求出 Z ( t) 的密度函数. 有了 Z ( t) 的密度函数就可以求出 Z ( t) 的各种概率信息了.
特别地 ,由式 (17) 有
∫ E[ Z ( t) ] = H ( x , t) f ( x) d x G
式中 G 为 x 的取值范围. 此即为水轮机瞬时全部甩荷时调压室中水位第 1 次向上波动时的水位随时间的水 位均值函数. 进一步可求出 E[ Z ( t) ]关于时间 t 的第 1 个极大值 ,即调压室涌波的最高均值涌波水位 Z1 G.
dV dt
=
g L
Z-
n2 L R4/ 3
V
V
(5)
dZ dt
=-
f F
V
+
m1 Qf F
(6)
初始条件同前.
2 随 机 模 型
对于给定的水电站水力单元而言 , L , R , f , F , g 和 Qf 为确定量 , 引水道糙率 n 的取值变幅很小 , 为方便
问题的研究 , 忽略糙率的随机性 , 亦将它取为确定量. 机组负荷变化前的带荷程度系数 m0 具有一定的随机
V (0)
=
Q0 f
(3)
Z (0)
=
n2 L R4/ 3
V2
(0)
(4)
式中 : V ( t) ———引水道流速 (以水库向调压室方向为正) ; Z ( t) ———调压室瞬时相对水位 (以库水位为基准 ,
向下为正) ; Q0 ———机组负荷变化前的引用流量 ; Q1 ———机组负荷变化后的引用流量 ; hw ———进水口至调压
性 ,作为随机变量处理 , m0 采用[0 ,1 ]上的均匀分布[5]. 下面考虑全甩负荷的情形 ,所以机组负荷变化后的带
荷程度系数为确定量 ,即 m1 = 0.
在上述条件下 ,调压室基本方程变为
dV dt
=
g L
Z-
n2 L R4/ 3
V
V
(7)
dZ dt
=-
f F
V
(8)
初始条件
V (0)
=
m0 Qf f
波动时水位与时间的变化过程即可. 利用文献[7 ]的方法可做如下推导.
式 (8) 对 t 求导并代入式 (7) ,化简后有
d2 Z d t2
+
fg FL
Z
+
gn2 F R4/ 3 f
dZ dt
dZ dt
=0
(11)
对于向上波动
,
dZ dt
<
0
,式
(11)
可变为
d2 Z d t2
-
gn2 F R4/ 3 f
01004
6
2
m0
.
m0
采用[0 ,1 ]上的均匀分布. 经计算 ,
得最高均值涌波水位为 73319 m. 文献[3 ]用 Monte2Carlo 模拟法求得的最高涌波水位为 734165 m. 两者相对误
差为 011 %.
5 结 语
a . 由算例可以看出 ,本文结果与文献[ 3 ]结果非常接近. 这说明本文计算方法具有很高的精度. 为便于 操作 ,本文还给出了具体的解析解过程.
b. 随机模型求解. 将上面的数据代入式 (16) ,有
Z ( t)
=
3531358
9e01009
2
2
m0
[
1
-
e
-
01009
2
2
m0
+
1-
e-
01018
4
2
m0
si
n
(φ)
]
式中 φ= arcsin
e-
01009
2
2
m0
+
01009
2
m20
e
-
01009
2
2
m0
1-
e
-
01018
4
2
m0
-
1
-
11884 2 te -
第6期
朱永忠 ,等 调压室涌波最高水位随机分析的显式计算方法
651
度.
设 Qf 为机组满负荷时的引用流量 , Q0 , Q1 分别为机组负荷变化前后的引用流量 , m0 , m1 分别为机组负
荷变化前后的带荷程度系数 ,则有 Q0 = m0 Qf , Q1 = m1 Qf . 于是调压室基本方程可写为
b. 水轮机瞬时全部甩荷时调压室最高涌波水位问题是一个非常复杂的随机分析问题 , 本文将 m0 看作 随机变量 ,将其余量看作确定量 ,这种处理方法还远远达不到实际问题的分析要求. 因此 ,必须研究出比较好 的针对于调压室最高涌波水位随机分析问题的随机分析方法.
第6期
朱永忠 ,等 调压室涌波最高水位随机分析的显式计算方法
(13)
令 k = e - bZ (0) , X = bZ ,式 (13) 变为
dX dt
=-
a 1 + X - ke X
(14)
652
河海大学学报 (自然科学版)
第 33 卷
式 (14) 根号中有 e X ,无法积分 ,现将其展开成二阶泰勒级数并代入式 (14) ,有
dX dt
=-
ak 2
2 k
Method of explicit calculation for stochastic analysis of the highest water level in surge tank
ZHU Yong2zhong1 , FANG Yu2ting2 , SUO Li2sheng3 (1. College of Sciences , Hohai University , Nanjing 210098 , China ; 2. East China Yixing Pumped Storage Power Co. Ltd , Yixing 214205 , China ; 3. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering , Hohai University , Nanjing 210098 , China)