室内热水供暖系统的水力计算
本章重点
? 热水供热系统水力计算基本原理。
? 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。
? 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。
本章难点
? 水力计算方法。
? 最不利循环。
第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理
一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式
当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：
Δ P ＝Δ P y + Δ P i ＝R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕
式中Δ P ——计算管段的压力损失， Pa ；
Δ P y ——计算管段的沿程损失， Pa ；
Δ P i ——计算管段的局部损失， Pa ；
R ——每米管长的沿程损失， Pa ／ m ；
l ——管段长度， m 。
在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。
每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算
Pa/m （ 4 — 2 ）
式中一一管段的摩擦阻力系数；
d ——管子内径， m ；
——热媒在管道内的流速， m ／ s ；
一热媒的密度， kg ／ m 3 。
在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下：
( — ) 层流流动
当 Re ＜ 2320 时，可按下式计算；
（ 4 — 4 ）
在热水供暖系统中很少遇到层流状态，仅在自然循环热水供暖系统的个别水流量极小、管径很小的管段内，才会遇到层流的流动状态。
( 二 ) 紊流流动
当 Re ＜ 2320 时，流动呈紊流状态。在整个紊流区中，还可以分为三个区域：
? 水力光滑管区摩擦阻力系数值可用布拉修斯公式计算，即
（ 4 — 5 ）
当雷诺数在 4000 一 100000 范围内，布拉修斯公式能给出相当准确的数值。
? 过渡区流动状态从水力光滑管区过渡到粗糙区 ( 阻力平方区 ) 的一个区域称为过渡区。过渡区
的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫公式来计算，即
（ 4 — 6 ）
过渡区的范围，大致可用下式确定：
Re 1 =11 或＝ 11 m/s (4 — 7)
Re 2 =445 或=445 m/s （ 4 — 8 ）
式中、 Re 1 ——流动从水力光滑管区转到过渡区的临界速度和相应的雷诺数值；
、 Re 2 ——流动从过渡区转到粗糙区的临界速度和相应的雷诺数值。
3. 粗糙管区（阻力平方区）在此区域内，摩擦阻力系数值仅取决于管壁的相对粗糙度。
粗糙管区的摩擦阻力系数值，可用尼古拉兹公式计算
（ 4 — 9 ）
对于管径等于或大于 40mm 的管子，用希弗林松推荐的、更为简单的计算公式也可得出很接近的数值：
（ 4 — 10 ）
此外，也有人推荐计算整个紊流区的摩擦阻力系数值的统一的公式。下面介绍两个统一的计算公式——柯列勃洛克公式 (1 — 11) 和阿里特苏里公式 (4 — 12) 。
（ 4 — 11 ）
（ 4 — 12 ）
室内热水供暖系统的水流量 G ，通常以 kg ／ h 表示。热媒流速与流量的关系式为
m/s （ 4 — 13 ）
式中 G ——管段的水流量， kg ／ h 。
管段的局部损失，可按下式计算：
Pa (4 — 15)
式中——管段中总的局部阻力系数。
二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长度法”进行管路的水力计算。
当量局部阻力法 ( 动压头法 ) 当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。设管段的沿程损失相当于某一局部损失，则
(4 — 16)
式中——当量局部阻力系数。
当量长度法当量长度法的基本原理是将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算。
如某一管段的总局部阻力系数为，设它的压力损失相当于流经管段l d 米长度的沿程损失，则
m （ 4 — 20 ）
式中l d 一一管段中局部阻力的当量长度， m 。
水力计算基本公式 (4 — 1) ，可表示为：
Pa (4 — 21)
式中l zh ——管段的折算长度， m 。
当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上。
第二节重力循环双管系统管路水力计算方法和例题
如前所述，重力循环双管系统通过散热器环路的循环作用压力的计算公式为
Pa (4 — 24)
式中——重力循环系统中，水在散热器内冷却所产生的作用压力， Pa ；
g ——重力加速度， g ＝ 9.81m /s 2 ；
H ——所计算的散热器中心与锅炉中心的高差， m ；
、一供水和回水密度， kg ／ m 3 ；
一水外循环环路中冷却的附加作用压力， Pa 。
应注意：通过不同立管和楼层的循环环路的附加作用压力值是不同的，应按附录 3-2 选定。
重力循环异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管底层散热器的循环环路，计算应由此开始。
[ 例题 4-1] 确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径 ( 见图 4 — 1) 。热媒参数：供水温度= 95 ℃ ，回水温度＝70 ℃ 。锅炉中心距底层散热器中心距离为 3m ，层高为 3m 。
每组散热器的供水支管上有一截止阀。
[ 解 ] 图 4 —1 为该系统两个支路中的一个支路。图上小圆圈内的数字表示管段号。圆圈旁的数字：上行表示管段热负荷 (W) ，下行表示管段长度 (m) 。散热器内的数字表示其热负荷 (W) 。罗马字表示立管编号。
计算步骤：
1 ．选择最不利环路由图 4 —1 可见，最不利环路是通过立管 I 的最底层散热器 I l (1500W) 的环路。这个环路从散热器 I l 顺序地经过管段①、②、③ 、④、⑤ 、⑥，进入锅炉，再经管段⑦、⑧、⑨、⑩ 、 11 1
2 1
3 1
4 1
5 1
6 进入散热器Ⅰ 1 。
2 ．计算通过最不利环路散热器 I l 的作用压力，根据式 (4 — 24)
Pa
根据图中已知条件：立管 I 距锅炉的水平距离在 30 一 50m 范围内，下层散热器中心距锅炉中心的垂直高度小于 15m 。因此，查附录 3 — 2 ，得＝ 350Pa 。根据供回水温度，查附录 3-1 ，得
=977.81kg/m 3 , =961.92 kg/m 3 , 将已知数字代入上式，得
3 ．确定最不利环路各管段的管径 d 。
(1) 求单位长度平均比摩阻
根据式 (4 — 23)
式中——最不利环路的总长度， m ；
=2+8.5+8+8+8+8+15+8+8+8+8+11+3+3= 106.5m
——一沿程损失占总压力损失的估计百分数；查附录 4 — 6 ，得=50% 将各数字代入上式，得
Pa/m
(2) 根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下：
kg/h
式中 Q ——管段的热负荷， W ；
——系统的设计供水温度，℃
——系统的设计回水温度，℃
(3) 根据 G 、 R pj ，查附录表 4 — 1 ，选择最接近 R pj 的管径。将查出的 d 、 R 、和 G 值列入表 4 — 2 的第 5 、 6 、 7 栏和第 3 栏中。
例如，对管段②， Q ＝ 7900W ，当＝25 ℃时， G ＝0.86 × 7900 ／ (95 — 70) ＝ 272kg ／ h 查附录表 4 —1 ，选择接近的管径。如取 DN32 ，用补插法计算，可求出；=0.08m ／ s ， R=3.39Pa ／ m 。将这些数值分别列入表 4 — 2 中。
4 ．确定长度压力损失。将每一管段 R 与 l 相乘，列入表 4 — 2 的第 8 栏中。
5 ．确定局部阻力损失 z
(1) 确定局部阻力系数ζ 根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力管件名称 ( 见表 4 —3) 。利用附录表 4 — 2 ，将其阻力系数ζ值记于表 4 — 3 中，最后将各管段总局部阻力系数ζ列入表 4 — 2 的第 9 栏。
应注意：存统计局部阻力时，对于三通和四通管件的局部阻力系数，应列在流量较小的管段上。
(2) 利用附录表 4 — 3 ，根据管段流速，可查出动压头值，列入表 4 — 2 的第 10 栏中。根据，将求出的值列入表 4 — 2 的第 11 栏中。
6 ．求各管段的压力损失。将表 4-2 种第 8 栏与第 11 栏相加，列入表 4-2 第 12 栏中。
7 ．求环路总压力损失，即＝ 712pa 。
8 ．计算富裕压力值。
考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。因此，要求系统应有 10 ％以上的富裕度。
式中％一一系统作用压力的富裕率；
——通过最不利环路的作用压力， Pa ；
——通过最不利环踏的压力损失， Pa 。
9 ．确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管段的管径。
(1) 计算通过立管 I 第二层散热器环路的作用压力
＝ 9 ．81 × 6(977 ． 81 — 961 ． 92) 十 350
＝ 1285Pa
(2) 确定通过立管 I 第二层散热器环路中各管段的管径。
1) 求平均比摩阻
根据并联环路节点平衡原理 ( 管段 15 、 16 与管段 1 、 14 为并联管路 ) ，通过第二层管段 15 、 16 的资用压力为
＝ l 285 — 818 十 32
＝ 499Pa
管段 15 、 16 的总长度为 5m ，平均比摩阻为
＝0.5 × 499 ／ 5 ＝ 49.9Pa ／ m
2) 根据同样方法，按 15 和 16 管段的流量 G 及，确定管段的 d ，将相应的 R 、值列入表 4-2 中。
(3) 求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率。
此相对差额在允许±15 ％范围内。
10 ．确定通过立管 I 第三层散热器环路上各管段的管径，计算方法与前相同。计算结果如下：
（ 1 ）通过立管 I 第三层散热器环路的作用压力
＝ 9 ．81 × 9(977 ． 81 — 961 ． 92) 十 350
＝ 1753Pa
（ 2 ）管段 15 、 17 、 18 与管段 13 、 14 、 l 为并联管路。通过管段 15 、 17 、 18 的资用压力为
＝ 1753 — 818+41
＝ 976Pa
（ 3 ）管段 15 、 17 、 18 的实际压力损失为 459+159 ． 1 十 119 ． 7 ＝ 738Pa 。
（ 4 ）不平衡率 x 13 ＝ (976 — 738) ／ 976 ＝ 24 ． 4 ％＞ 15 ％
因 17 、 18 管段已选用最小管径，剩余压力只能用第三层散热器支管上的阀门消除。
11 ．确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径。
作为异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管 I 底层散热器的环路。对与它并联的其它立管的管径计算．同样应根据节点压力平衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。
（ 1 ）确定通过立管Ⅱ底层散热器环路的作用压力。
＝ 9 ．8l × 3(977 ． 81 — 961 ． 22)+350
＝ 8l 8Pa
(2) 确定通过立管Ⅱ底层散热器环路各管段管径 d 。
管段 19 —23 与管段 1 、 2 、 12 、 13 、 14 为并联环路，对立管Ⅱ与立管 I 可列出下式，从而求出管段 19 — 23 的资用压力
＝ 132 — (818 — 8l 8)
＝ 132Pa
(3) 管段 19 — 23 的水力计算同前，结果列入表 4 — 2 中，其总阻力损失
(4) 与立管 I 并联环路相比的不平衡率刚好为零。
通过立管Ⅱ的第二、三层各环路的管径确定方法与立管 I 中的第二、三层环路计算相同，不再赘述。其计算结果列人表 4 — 2 中。其它立管的水力计算方法和步骤完全相同。
通过该双管系统水力计算结果，可以看出，第三层的管段虽然取用了最小管径 (DN15) ，但它的不平衡率大于 15 ％。这说明对于高于三层以上的建筑物，如采用上供下回式的双管系统，若无良好的调节装置 ( 如安装散热器温控阀等 ) ，竖向失调状况难以避免。
第三节机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题
与重力循环系统相比，机械循环系统的作用半径大，其室内热水供暖系统的总压力损失一般约为 10-20kPa ，对水平式或较大型的系统，可达 20 一 50kPa 。
进行水力计算时，机械循环室内热水供暖系统多根据入口处的资用循环压力，按最不利循环环路的平均比
摩阻来选用该环路各管段的管径。当入口处资用压力较高时，管道流速和系统实际总压力损失可相应提高。
但在实际工程设计中，最不利循环环路的各管段水流速过高，各并联环路的压力损失难以平衡，所以常用控制值的方法，按=60-120Pa/m 选取管径。剩余的资用循环压力，由入口处的调压装置节流。在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也存在着重力循环作用压力。管道内水冷却产生的重力循环作用压力，占机械循环总循环压力的比例很小，可忽略不计。对机械循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的重力循环作用压力不相等，在进行各立管散热器并联环路的水力计算时，应计算在内，不可忽略。对机械循环单管系统，如建筑物各部分层数相同时，每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等，可忽略不计；如建筑物各部分层数不同时，高度和各层热负荷分配比不同的立管之间所产小的重力循环作用压力不相等，在计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时，应将其重力循环作用压力的差额计算在内。重力循环作用压力可按设计工况下的最大值的 2 ／ 3 计算 ( 约相应于采暖平均水温下的作用压力值 ) 。
下面通过常用的机械循环单管热水供暖系统管路水力计算例题阐述其计算方法和步骤。
一、机械循环单管顺流式热水供暖系统管路水力计算例题
[ 例题 4 — 2] 确定图 4 — 2 机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。热媒参数：供水温度＝95 ℃ ，＝70 ℃ 。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为 30Kpa 。图 4 —2 表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为 3m 。
[ 解 ] 计算步骤
1 ．在轴测图上，与例题 4-1 相同，进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长，如图 4-
2 所示。
2 ．确定最不利环路。本系统为异程式单管系统，一般取最远立管的环路作为最不利环路。如图 4-2 ，最不利环路是从入口到立管Ⅴ。这个环路包括管段 1 到管段 12 。
3 ．计算最不利环路各管段的管径
如前所述，虽然本例题引人口处外网的供回水压差较大，但考虑系统中各环路的压力损失易于平衡，本例题采用推荐的平均比摩阻 R pj 大致为 60-120Pa ／ m 来确定最不利环路各管段的管径。
水力计算方法与例题 4 —1 相同。首先根据式 (4 —25) 确定各管段的流量。根据 G 和选用的 R pj 值，查附录表 4 — 1 ，将查出的各管段 d 、 R 、值列入表 4 — 4 的水力计算表中。最后算出最不利环路的总压力损失＝ 8633Pa 。入口处的剩余循环压力，用调节阀节流消耗掉。
4 ．确定立管Ⅳ的管径
立管Ⅳ与最末端供回水干管和立管 V 、即管段 6 、 7 为并联环路。根据并联环路节点压力平衡原理，立管Ⅳ的资用压力，可由下式确定
Pa
式中——水在立管Ⅴ的散热器中冷却时所产生的重力循环作用压力， Pa ；
——水在立管Ⅳ的散热器中冷却时所产生的重力循环作用压力， Pa ；
由于两根立管各层热负荷的分配比例大致相等，＝，因而
立管Ⅳ的平均比摩阻为
根据 R pj 和 G 值，选立管Ⅳ的立、支管的管径，取DN15 × 15 。计算出立管 IV 的总压力损失为 2941Pa 。与立管 V 的并联环路相比，其不平衡百分率x Ⅳ ＝— 8 ． 2 ％。在允许值±15 ％范围之内。
5 ．确定立管Ⅲ的管径
立管Ⅲ与管段 5 — 8 并联。同理，资用压力＝ 3524Pa 。立管管径选用DN15 × 15 。计算结果，立管Ⅲ总压力损失为 2941Pa 。不平衡百分率x Ⅲ =16 ． 5 ％，稍超过充许值。
6 ．确定立管Ⅱ的管径
立管Ⅱ与管段 4-9 并联。同理，资用压力＝ 3937Pa 。立管选用最小管
径DN15 × 15 。计算结果，立管Ⅱ总压力损失为 2941Pa 。不平衡百分率x Ⅱ ＝ 25 ． 3 ％，超出允许值。
7 ．确定立管 I 的管径
立管 I 与管段 3-10 并联。同理，资用压力=4643Pa 。立管选用最小管径DN15 × 15 。计算结果，立管 I 总压力损失为 3517Pa 。不平衡百分率 x I ＝ 24 ． 3 ％，超出允许值，剩余压头用立管阀门消除。
通过机械循环系统水力计算 ( 例题 4 — 2) 结果，可以看出：
1 ．例题 4 — 1 与例题 4 —
2 的系统热负荷、立管数、热媒参数和供热半径都相同，机械循环系统的
作用压力比重力循环系统大得多，系统的管径就细很多。
2 ．由于机械循环系统供回水干管的 R 值选用较大，系统中各立管之间的并联环路压力平衡较难。例题 4 — 2 中，立管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的不平衡百分率都超过±15% 的允许值。在系统初调节和运行时，只能靠立管上的阀门进行调节，否则在例题 4 — 2 的异程式系统必然会出现近热远冷的水平失调。如系统的作用半径较大，同时又采用异程式布置管道，则水平失调现象更难以避免。
为避免采用例题 4-2 的水力计算方法而出现立管之间环路压力不易平衡的问题，在工程设计中，可采用下面的一些设计方法，来防止或减轻系统的水平失调现象。
(1) 供、回水干管采用同程式布置；
(2) 仍采用异程式系统，但采用“不等温降”方法进行水力计算；
(3) 仍采用异程式系统，采用首先计算最近立管环路的方法。
同程式系统和不等温降的水力计算方法，将在本章第四、五节中详细阐述。
第四节机械循环同程式热水供暖系统管路的水力计算方法和例题
同程式系统的特点是通过各个并联环路的总长度都相等。在供暖半径较大（一般超过 50m 以上）的室内热水供暖系统中，同程式系统得到较普遍的应用。现通过下面例题，阐明同程式系统水力计算方法和步骤。[ 例题 4-3] 将例题 4-2 的异程式系统改为同程式系统。已知条件与例题 4-2 相同。管路系统见图 4-5 。[ 解 ] 计算方法和步骤：
1. 首先计算通过最远立管Ⅴ的环路。确定出供水干管各个管段、立管Ⅴ和回水总干管的管径及其压力损失。计算方法与例题 4-2 相同，见水力计算表 4-5 。
2. 用同样方法，计算通过最近立管Ⅰ的环路，从而确定出立管Ⅰ、回水干管各管段的管径及其压力损失。
3. 求并联环路立管Ⅰ和立管Ⅴ的压力损失不平衡率，使其不平衡率在±5% 以内。
4. 根据水力计算结果，利用图示方法（见图 4-6 ），表示出系统的总压力损失及各立管的供、回水节点间的资用压力值。
根据本例题的水力计算表和图 4-6 可知，立管Ⅳ的资用压力应等于入口处供水管起点，通过最近立管环路到回水干管管段 13 末端的压力损失，减去供水管起点到供水干管管段 5 末端的压力损失的差值，亦即等于 6461-4359=2102Pa （见表 4-5 的第 13 栏数值）。其它立管的资用压力确定方法相同，数值见表 4-5 。
5. 确定其它立管的管径。根据各立管的资用压力和立管各管段的流量，选用合适的立管管径。计算方法与例题 4-2 的方法相同。
6. 求各立管的不平衡率。根据立管的资用压力和立管的计算压力损失，求各立管的不平衡率。不平衡率应在±10% 以内。
通过同程式系统水力计算例题可见，虽然同程式系统的管道金属耗量，多于异程式系统，但它可以通过调整供、回水干管的各管段的压力损失来满足立管间不平衡率的要求。
本章小结
? 重力循环热水供热系统水力计算方法。
? 机械循环热水供热系统水力计算方法。
第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
马边芭蕉溪水电站引水隧洞及渠道设计 信息与工程技术学院农业水利工程专业邓招贵 （指导教师：张顺芳工程师） 摘要本文是无压引水式水电站引水隧洞及渠道的设计报告，主要包括断面设计和结构设计两大部分。主要任务是根据已定的流量来选定隧洞和渠道的断面尺寸、糙率、纵坡、水深。设计按照一定的程序，根据相关的地形、地貌、地质、水文等原始资料和大量的设计规范，运用工程类比法、方案比较法和试算法，在同时满足防冲、防淤及施工、技术方面要求的基础上，以明渠恒定流理论作为隧洞、渠道水力设计的基本依据，拟定几个可能的方案，经过技术经济比较，选定经济、安全、美观，便于施工的最优设计方案。最终确定隧洞的断面为圆拱直墙式，拱顶中心角为120o，渠道为矩形断面，均采用底坡1/500，糙率0.017，底宽1.4m的矩形过水断面。在结构设计中，从安全、经济以及便于施工的角度出发，采用浆砌块石找平,混凝土抹面，取得很好效果。 关键词糙率；水力半径；水头损失 The Design of Diversion Tunnel and Channel of MaBian Power Station Abstract This article is about the design of diversion tunnel and channel of diversion type hydropower station. It includes two major parts of the section design and structural design mainly. Design according to certain procedure，according to such firsthand information as relevant topography, landform , geology , hydrology ,etc. and a large number of design specifications, use the analogy law of the project , scheme comparative law and try algorithms, on the basis of meeting to defending washing, defending the silt, specification requirement。Via more technical more economic comparison, choose optimum design scheme eventually, the section of tunnel is round arch straight wall type, vault central angle is 120, the cross section of channel is rectangle. The cross section of flow of them is rectangle. Its base slope is 1 / 500, roughness coefficient is 0.017 and the base width is 1.4 m. In structural design, from safety and economy as well as construction easily, make level with the block stone of thick liquid, concretes wipe surface, get very good effect. Key words Roughness coefficient；Hydraulic radius；Head loss
一、设计课题 水电站有压引水系统水力计算。 二、设计资料及要求 1、设计资料见《课程设计指导书、任务书》； 2、设计要求： （1）、对整个引水系统进行水头损失计算； （2）、进行调压井水力计算球稳定断面； （3）、确定调压井波动振幅，包括最高涌波水位和最低涌波水位； （4）、进行机组调节保证计算，检验正常工作状况下税基压力、转速相对值。 三、调压井水力计算求稳定断面 <一>引水道的等效断面积：∑= i i f L L f ， 引水道有效断面积f 的求解表 栏号 引水道部位 过水断面f i （m 2 ） L i (m) L i/f i
所以引水道的等效断面积∑= i i f L L f =511.28/21.475=23.81 m 2 <二>引水道和压力管道的水头损失计算： 引水道的水头损失包括局部水头损失 h 局和沿程水头损失h 沿两部分 压力管道的水头损失包括局部水头损失h 局和沿程水头损失h 沿两部分 1, 2 2g 2h Q ?ξ局局= g ：重力加速度9.81m/s 2 Q ：通过水轮机的流量取102m 3/s ω ：断面面积 m 2 ξ：局部水头损失系数 局部水头损失h 局计算表 栏号 引水建筑物部位及运行 工况 断面面积 ω（m 2 ） 局部水头损失系数 局部水头损失 10-6Q 2（m ） 合计(m) (1) 进 水 口 拦污栅 61.28 0.12 0.017 0.307 (2) 进口喇叭段 29.76 0.10 0.060 (3) 闸门井 24.00 0.20 0.184 (4) 渐变段 23.88 0.05 0.046 (5) 隧 洞 进口平面转弯 23.76 0.07 0.066 0.204 (6) 末端锥管段 19.63 0.10 0.138 (7) 调 压 正常运行 19.63 0.10 0.138 2.202 (1) 拦污栅 61.28 4.1 0.067 (2) 喇叭口进水段 29.76 6.0 0.202 (3) 闸门井段 24.00 5.6 0.233 (4) 渐变段 2 3.88 10.0 0.419 (5) D=5.5m 23.76 469.6 19.764 (6) 锥形洞段 21.65 5.0 0.231 (7) 调压井前管段 19.63 10.98 0.559
水电站建筑物,有压引水水力计算
《水电站建筑物》课程设计有压引水系统水力计算 设 计 计 算 书 姓名 专业 学号 指导教师 时间
目录 第一部分设计课题 (3) 1.设计内容 (3) 2.设计目的 (3) 第二部分设计资料及要求 (4) 1.设计资料 (4) 2.设计要求 (5) 第三部分调压井稳定断面计算 (6) 1.引水系统水头损失 (6) 2.引水道有效断面 (8) 3.稳定断面计算 (8) 第四部分调压井水位波动计算 (10) 1.最高涌波水位 (10) 2.最低涌波水位 (13) 第五部分调节保证计算 (15) 1.水锤计算 (15) 2.转速相对升高值 (19) 第六部分附录 (21) 1.附图 (21) 2.参考文献 (21)
第一部分设计课题 1.1 课程设计内容 对某水电站有压引水系统水力计算 1.2 课程设计目的 通过课程设计进一步巩固所学的理论知识，使理论与工程实际紧密结合。提高学生分析问题和解决实际问题的能力，计算能力和绘图能力。
第二部分 设计资料及要求 2.1 设计资料 某电站是MT 河梯级电站的第四级。坝址以上控制流域面积23622Km ，多年平均流量44.9s m /3，由于河流坡降较大，电站采用跨河修建基础拱桥，在桥上再建双曲拱坝的形式，坝高(包括基础拱桥)54.8m 。水库为日调节，校核洪水位1097.35m ，相应尾水位1041.32m ；正常蓄水位1092.0m ，相应尾水位1028.5m ；死水位1082.0m ，最低尾水位1026.6m 。总库容m H m p 58,1070734=?，m H m H 4.53,4.65,min max ==。装机容量kw 4105.13??，保证出力kw 41007.1?，多年平均发电量h kw .1061.18?。 该电站引水系统由进水口、隧洞、调压井及压力管道四部分组成，电站平面布置及纵断面图如图所示（指导书图1，图2） 隧洞断面采用直径为5.5 m 的圆形，隧洞末端设一锥形管段，直径由5.5 m 渐变至5 .0m ，锥管段长5.0m ，下接压力钢管。隧洞底坡取0.005,全长500.3m ，其中进水口部分长25.7m,进口转弯段长25.595m, 锥管段长为5 m 。 水轮机型号为HL211—LJ —225，阀门从全开到全关的时间为7s ，其中有效关闭时间s T s 68.4=。机组额定转速m in /3.2140r n =，飞轮力矩22.10124m KN GD =。蜗壳长度s m L m L /66.165V .40.202==蜗蜗蜗，，尾水管长度s m L m L /697.3V .16.22 ==尾尾尾，。转轮出口直径 m m 94.1H 2.44D s 2-==，。经核算，当上游为正常蓄水位，下游为正常尾水位，三台机满发电，糙率n 取平均值，则通过水轮机的流量为96.9s m /3，当上游为死水位，下游为正常尾水位，三台机满发，饮水道糙率区最小值，压力管道糙率取最大值，则通过水轮机的流量为102s m /3。当上游为校核洪水位,下游为相应尾水位，电站丢弃两台机时，若丢荷幅度为30000—0KW,则流量为63.6—0s m /3；丢荷幅度为45000—15000KW,则流量变幅为96.5—31.0s m /3。当上游为死水位，下游为正常尾水位时，若增荷幅度为30000—45000KW,则 流量变化为68.5—102.5s m /3；若丢荷幅度为30000—0KW,则 流量变化为67.5—0s m /3。 采用联合供水方式，两个卜形分岔管布置，主管直径5m ，支管直径3.4m,分岔角、2729?。从调压井中心至蝴蝶阀中心，全长
附录2 水力系统计算 1.低压管道灌溉系统设计 1.1灌溉制度与灌水周期 （1）灌水定额 根据项目区的土壤条件，灌溉实验资料及当地实际灌水经验，参照小麦关键生育阶段的需水情况，田间持水量取0.24，确定作物灌水定额。 m=667Hγ(β1-β 2 ) /η田 式中：m—灌水定额（m3/亩）； H—计划湿润层深度（m），取0.6m; r—土层内平均干容重（t/ m3）;取1.4 β1—适宜土壤含水量上限，取田间持水量的90%； β2—适宜土壤含水量下限，取田间持水量的60%； η田—田间水的有效利用系数，取0.85。 经计算，小麦抽穗期净灌水定额为47m3/亩，即70mm。 按管系水利用系数0.95计算，毛灌水定额为50m3/亩。 （2）设计灌水周期 计算公式：T＝mη/Ep 式中：T……灌水周期（天）； m……设计灌水定额（mm）； η……田间水利用系数为0.85； Ep……作物日需水量（mm/d取大田作物日需水量为5.5mm）。 灌水周期：大田作物T＝70×0.85/5.5=10.8（d）
（3）灌溉制度的拟定 根据理论计算，参照项目区不同作物需水规律和农民群众灌溉经验，制定项目区主要作物灌溉制度详见表2-1。 表2-1 不同作物计划采用的节水灌溉制度 表2-2 灌溉用水量计算表 (3)管道设计流量 计算公式：Q＝10mA/Ttη 式中:Q……管道的设计流量（m3/h）； m……设计灌水定额（mm）； A……控制灌溉面积（hm2）； T……灌水周期（天）； t……每天灌水小时数（小时），t取12小时；
η…… 灌溉水利用系数（取0.85） 根据《低压管道输水技术规范》2.4.8节，并结合当地灌溉情况，Q＝10mA/Ttη=（10×60×60）÷（15×9.3×12×0.85）=25 m3/h,确定管道设计流量为40m3/h。 1.2确定管径 采用经济流速来确定管径，计算公式为：d=1.13 (Q/V)1/2 根据《低压管道输水技术规范》选用经济流速V=1.2m/s，经计算d＝0.109m，故选用外径为110mm,内径为105mm的聚丙管材。 1.3管网的布置形式及运行方式 管道分为干、支两级，均为固定聚丙烯管，埋入深度0.8m，支管沿种植方向布置，间距为70m，共4条，出水口间距为35m，出水口为双向分水。干管垂直于支管布置。管道水量集中供给一个出水口，待该出水口运行完毕后，再集中供给另一个出水口，依照灌水计划轮流进行灌溉。按照土壤条件及入畦流量，设计灌水畦长35m,畦宽2m。具体布置形式详见乐亭县节水灌溉项目管道布置设计图。 1.4出水口工作时间 t＝（a×b×m）/(1000×Q) 式中：t……出水口工作时间（h）； a……出水口间距（m）； b……支管间距（m）； m……设计灌溉定额（mm）； Q……出水口设计流量（m3/h）。 经计算，出水口工作时间为3.7h，本系统总计16个出水口，一次运行1个出水口。出水口1次工作时间3.7h，系统日运行12h，轮
第七节调压室水力计算条件的选择 调压室的基本尺寸是由水力计算来确定的，水力计算主要包括以下三方面的内容： (1）研究“引水道—调压室”系统波动的稳定性，确定所要求的调压室最小断面积。 (2）计算最高涌波水位，确定调压室顶部高程。 (3）计算最低涌波水位，确定调压室底部和压力水管进口的高程。 进行水力计算之前，需先确定水力计算的条件。调压室的水力计算条件，除去水力条件之外，还应考虑到配电及输电的条件。在各种情况中，应从安全出发，选择可能出现的最不利的情况作为计算的条件。现讨论如下。 1.波动的稳动性计算 调压室的临界断面，应按水电站在正常运行中可能出现的最小水头计算。上游的最低水位一般为死水位，但如电站有初期发电和战备发电的任务，这种特殊最低水位也应加以考虑。 引水系统的糙率是无法精确预侧的，只能根据一般的经验选择一个变化范围，根据不同的设计情况，选择偏于安全的数值。计算调压室的临界断面时，引水道应选用可能的最小糙率，压力管道应选用可能的最大糙率。 流速水头、水轮机的效率和电力系统等因素的影响，一般只有在充分论证的基础上才加以考虑。 2.最高涌波水位的计算 上游水库水位应取正常高水位，引水道的糙率应取可能的最小值，负荷的变化情况一般按丢弃全负荷设计。最高洪水位丢弃全负荷或部分负荷进行校核。如电站的机组和出线的回路数较多，而且母线分段，经过分析，电站没有丢弃全负荷的可能，也可不按丢弃全负荷计算。对于丢弃全负荷情况，可假定由最大流量减小至空转流量；为了安全，有人认为应按丢弃至零计算。 3.最低涌波水位的计算 上游水库水位应取可能的最低水位，引水道的糙率应取可能的最大糙率。 确定最不利的增荷情况比确定最不利的丢荷情况更加困难。增加负荷对调压室的工作比丢弃负荷更危险，如计算不正确，可能使引水道和压力管道进入空气，破坏建筑物和机组正常的运行。在技术设计阶段，增
§3—5排水管道系统的水力计算 一、 排水定额： 两种：每人每日消耗水量 卫生器具为标准 排水当量：为便于计算，以污水盆的排水流量0.33升/秒作为当量，将其他卫生器具与其比值 1个排水当量=1.65给水当量 二、 排水设计流量： 1、 最大时排水量： P h d P KQ Q T Q Q == 用途：确定局部处理构筑物与污水提升泵使用 2、 设计秒流量： （1） 当量计算法： max 12.0q N q P u +=α 适用：住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼、学校 注意点：∑>i u q q ，取∑i q （2） 百分数计算法： b n q q p u 0∑= 适用：工业企业，公共浴室、洗衣房、公共食堂、实 验室、影剧院、体育馆等公共建筑 注意点：一个大便器的排水流量
三、 排水管道系统的水力计算 1、 排水横管水力计算： （1）横管水流特点：水流运动：非稳定流、非均匀流 卫生器具排放时：历时短、瞬间流量大、高流速 特点：冲击流——水跌——跌后段——逐渐衰减段 可以冲刷管段内沉积物及时带走。 （2）冲击流引起压力变化——抽吸与回压 ① 回压：B 点：突然放水时，水流呈八字向两方向流动，即g v 22增加（两侧空气压缩） A 、 C 存水弯水位上升，严重时造成地漏反冒 ② 抽吸：向立管输送中，水流因惯性抽吸真空，抽吸存水弯下降 ③ 措施：a 、10层以上采用底层横管单独排出 b 、底层横管放大一号或接表3——11保证立管距离 c 、单个卫生器具直接连接横管时，距立管≮3.0m （3）水力计算设计规定 1） 充满度 2）管道坡度 3）自清流速 4）最小管径 4、水力计算基本方法： wv q I R n v u ==21321 按以上公式编制水力计算表，查表3—22 、3—23
FJD34260 FJD 水利水电工程技术设计阶段 引水式水电站水道水利学 计算大纲范本 水利水电勘测设计标准化信息网 1998年1月 1
水电站技术设计阶段 引水式水电站水道水力学计算大纲 主编单位: 主编单位总工程师: 参编单位: 主要编写人员: 软件开发单位: 软件编写人员: 勘测设计研究院 年月 2
目次 1. 引言 (4) 2. 设计依据文件和规范 (4) 3.基本资料 (4) 4.计算原则与假定 (6) 5.计算内容与方法 (6) 6.观测设计 (15) 7.专题研究 (16) 8.应提供的设计成果 (16) 3
4 1 引言 工程位于 ,是以 为主, 等综合利用的水利水电枢纽工程。水库最高洪水位 m,正常蓄水位 m,死水位 m ，最大坝高 m 。电站总装机容量 MW,单机容量 MW,共 台,保证出力 MW 电站设计水头 m,最大水头 m,最小水头 m 。电站最大引用流量 m 3 /s 本工程初步设计于 年 月审查通过。 2 设计依据文件和规范 2.1 (1) 工程可行性研究报告 ; (2) 工程可行性研究报告审批文件 ; (3) 工程初步设计报告; (4) 工程初步设计报告审批文件; (5) 2.2 主要设计规范 (1)SDJ 12—78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分) (试行)及补充规定; (2)SD 134—84 水工隧洞设计规范; (3)SD 303—88 水电站进水口设计规范(试行); (4)SD 144—85 水电站压力钢管设计规范(试行); (5)DL/T 5058-1996 水电站调压室设计规范; (6)DL/T 5079-1997 水电站引水渠道及前池设计规范 (7)SL 74—95 水利水电工程钢闸门设计规范； (8)SDL 173—85 水力发电厂机电设计技术规范。 3 基本资料 3.1 工程等级及建筑物级别 (1)根据SDJ 12—78规范表1确定本工程为 (2)根据引水系统工程在水电站枢纽中所处的位置及其重要性,按SDJ 12—78确定建筑物级别为 3.2 (1)各种频率下的洪水流量,和经水库调节后相应的下泄流量; (2)多年平均流量; (3) 3.4 设计计算中常用的各种水位流量资料如表1。
古学水电站引水发电系统水力计算分析 发表时间：2016-09-05T12:04:46.920Z 来源：《建筑建材装饰》2015年12月上作者：邓艳强[导读] 开展了水力计算，重点分析了水头损伤及调压室水力特征，验证了设计的合理性，对于工程设计有一定的参考意义。 邓艳强 （中国电建中南勘测设计研究院有限公司宜昌设计院，湖北宜昌443002） 摘要：随着水电建设的不断深入，我国水电发展重心逐渐向西南高山峡谷地区转移，受地形条件限制，地下引水发电系统逐渐被广泛采用。能否选择合适的洞型及保证适宜的水力特征，已经成为影响工程成败的重要因素。本文依托古学水电站引水发电系统，开展了水力计算，重点分析了水头损伤及调压室水力特征，验证了设计的合理性，对于工程设计有一定的参考意义。 关键词：古学水电站；引水发电系统；水头损失；水力计算 前言 随着我国经济的高速发展，对能源需求不断增加，水电作为可再生的清洁能源被广泛采用。西南地区山高谷深，河流纵横，水能资源极其丰富，已逐渐成为水电开发的主战场。然而，受地形条件限制，发电系统多采用地下厂房形式，选择合适的洞型、减小水力损失、成为水电引水发电系统水力分析的重中之重。本文依托古学水电站引水发电系统，开展了水力计算，重点分析了水头损伤及调压室水力特征，验证了设计的合理性，对于工程设计有一定的参考意义。 1工程概况 古学水电站位于四川省甘孜藏族自治州得荣县境内，是金沙江左岸一级支流定曲河“一库八级”梯级开发的最后一级水电站，是定曲河第一个开发电站，该电站的修建对于对加快藏区经济发展和维护社会稳定具有极其重要的意义。电站采用引水式开发，坝址位于四川省得荣县奔都乡藏色桥上游1.52km处，上距得荣县城12.8km；厂址位于四川省得荣县古学乡卡日共村上游350m处，上距得荣县城28.4km。古学水电站为三等中型工程，工程开发任务为发电，兼顾下游生态环境用水要求。水库正常蓄水位2270.00m，校核洪水位2271.86m，总库容32.28万m3，死水位2269.00m，调节库容4.88万m3，无调节能力。电站装机两台，额定水头131.0m，额定引用流量77.8m3/s，总装机容量90MW (2×45MW)，年利用小时为4289，多年平均年发电量3.8603亿kW?h。 古学水电站引水发电系统包括进水口、压力管道及发电厂房等建筑物，其中进水口长25.3m，顺水流方向分为拦污栅段、渐变段和闸门段；有压隧洞长14329.04m（渐变段末端至调压井中心处），沿途根据隧洞的永久支护方式不同，隧洞沿线设置多个纵坡，且均为顺坡，底板平均纵坡2.931‰。平面上隧洞设置6个转弯，转弯角分别为78.14°、18.0°、28.0°、25.58°、36.61°、9.37°和54.45°，前六个转弯半径均为100m，最后一个转弯半径为50m；调压室为阻抗式全地下布置，井高70.34m，最高涌浪水位为2294.900m，最低涌浪水位为2240.570m，调压室竖井底板高程2234.000m，顶部高程2304.340m，利用布置在调压室顶部的施工支洞进行通风，兼作检修进人洞；同时为充分利用施工支洞形成的有效容积，供丢弃负荷时储水用，在距交通洞洞口20m位置处设置拦水坎，坎顶高程2316.00m。压力管道采用一管两机的联合供水方式，主管平面上呈直线布置，立面上由上平段、斜井段及下平段组成，立面转弯角55°，转弯半径25.0m。岔管以前压力管道主管长251.5m，内径4.4m。岔管为对称“Y”形布置，采用月牙肋岔管型式，分岔角为70°；两条支管内径3.0m，每条支管长55.8m，向机组正向供水。 （b）引水发电系统 图1 古学水电站 2引水系统水力计算 2.1进水口水力计算 进水口水力计算包括最小淹没深度确定、通气孔面积计算及进水口过栅流速计算。（1）最小淹没深度 为防止产生贯通性漏斗漩涡按照戈登公式估算：
住宅套内给水排水管道水力计算 专业--给排水常识2010-05-26 18:06:18 阅读21 评论0 字号：大中小订阅 1 入户管管径计算 《住宅建筑规范》[1]第5.1.4条规定：“卫生间应设置便器、洗浴器、洗面器等设施或预留位置；……。”这是现阶段住宅内卫生器具配置的最低要求，从《建筑给水排水设计规范》[2]中可知普通住宅Ⅱ、Ⅲ类符 合此项要求。 以普通住宅Ⅱ类为计算算例，表1-1为普通住宅Ⅱ类最高日生活用水定额及小时变化系数，表1-2为住宅常见卫生器具的给水额定流量、当量和连接管公称管径。表1-3为生活给水管道的水流流速要求值。 普通住宅Ⅱ类常见户型配置情况：所有户型配置均配置一间厨房，一套洗衣设施，以卫生间间数不同，分为一卫户（一间卫生间的户型）、二卫户（二间卫生间的户型）和三卫户（三间卫生间的户型）。表1-4 为常见户型卫生器具不同组合的当量数。 以PP-R管道和PAP管道作为典型管材进行水力计算。三通分水连接方式常用的建筑给水用无规共聚聚丙烯（PP-R）管道，当冷水管工作压力≤0.6MPa时，常选用S5系列，S5系列计算内径较大；分水器分水连接方式常用的铝塑复合（PAP）管道，铝塑复合（PAP）管道采用对接焊型，计算内径较小。表1-5为住宅常见户型入户管水力计算表。由表1-5可知，普通住宅Ⅱ类常见户型入户管公称管径应为DN25～DN32；如入户管管径采用小一级的，首先流速不满足规范要求，其次同样长度的入户管水头损失比满足流 速要求管径的水头损失大3倍左右。 表1-1 最高日生活用水定额及小时变化系数[2]
注：（1）流出水头[7] 是指给水时，为克服配水件内摩阻、冲击及流速变化等阻力而能放出的额定流量的 水头所需的静水压。 （2）最低工作压力[2] 是指在此压力下卫生器具基本上可以满足使用要求，它与额定流量无对应关系。 住宅入户管上水表的水头损失取0.010[2]～0.015MPa[4]。笔者以水表本层出户集中布置方式（水表距楼面1.0m），常见户型厨房、卫生间和阳台用水点为算例，根据管件采用三通分水或分水器分水的连接情况，经过管道、配件沿程和局部水头损失计算后，加上卫生器具的最低工作压力和水表的水头损失不同组合，表前最低工作压力在0.10～0.15MPa。对分水器集中配水连接方式水头损失较小，对应的表前最低工 作压力可采用较小的数值。 现代住宅给水支管设计常常只到水表后（或在室内预留一处接口），表前最低压力值的大小关系到住户将来装修后的正常用水，对于这一点应加以重视。同时必须指出，目前大部分水箱供水方式，水箱设置高度难以满足顶上1～3层表前最低工作压力(卫生器具的最低工作压力)的要求，这一点在设计时应特别注意。 3 排水横支管管径计算 排水横支管设计排水流量（通水能力）是按照重力流（不满流）进行计算，同管径的排水横支管设计排水流量远小于排水立管的设计排水流量。表3-1 为住宅常见卫生器具排水的流量、当量和排水(连接)管的 管径。 以常用的建筑排水硬聚氯乙烯（UPVC）管道（公称外径50～110mm）作为计算算例。表3-2为水力 计算参数、计算过程和计算结果。 表3-1卫生器具排水的流量、当量和排水管的管径[2]
输水管道水力计算公式 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f -----------沿程损失，m λ----------沿程阻力系数 l -----------管段长度，m d-----------管道计算内径，m g-----------重力加速度，m/s 2 C-----------谢才系数 i------------水力坡降； R-----------水力半径，m Q-----------管道流量m/s 2 v------------流速 m/s C n -----------海澄―威廉系数 其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐 采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式
3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21 λ λ+?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4000 第二节喷灌技术 喷灌是一种先进的灌溉方式，已广泛地运用在公园、城市广场以及农业作物上 一、喷灌形式 依喷灌方式，喷灌系统可分为移动式、半固定式、固定式三种。 1移动式喷灌系统 这种喷灌系统适合有天然水源（池塘河流等）的园林绿地灌溉。其动力设备、水泵、管道和喷头等都是可以移动的，投资较省，机动性较强，但管理劳动强度大。 2固定式喷灌系统 这种喷灌系统有固定的泵房，阀门设备、管道都埋在地下，喷头固定在立管上，有时也可临时安装。现在运用的地埋伸缩式喷头，连喷头也埋在地下，平时缩入套管或检查井内，工作时，利用水压，喷头上升一定高度后喷洒。现在公园、广场、运动场等草坪上应用最广。固定式喷灌系统设备费用较高，一次投资较多。但节省人工、水量，从长远角度看还是比较经济的。 3半固定式喷灌系统 其泵房、干管固定或埋入地下，支管和喷头可以移动，优缺点介于两者之间。多应用在大型花圃、苗圃以及菜地，公园的树林区也可以运用。 二、固定式喷灌系统设计 （一）设计基础资料的收集 1.地形图：比例尺为1/1000——1/500的地形图，了解设计区域 的形状、面积、位置、地势等 2.气象资料：包括气温、雨量、湿度、风向风速等，其中风对 喷灌影响最大。 3.土壤资料：主要是土壤的物理性能，包括土壤的质地、持水 能力、土层厚度、汲水能力等，土壤的物理性能是确定喷灌强度和灌水定额的依据。 4.植被情况：植被的种类、种植面积、根系情况等。 5.水源条件：城市自来水或天然水源。 6.动力来源 （二）喷灌喷头的布局 固定式喷灌系统引水方式一般是：外部引水至泵房，通过水泵加压再输送给主管，主管输给（次主管至）支管，支管上竖立管再接喷嘴，在次主管或支管上设阀门控制喷嘴数量和喷洒面积。 1.喷洒方式： 喷嘴喷洒的形状有圆形和扇形，一般扇形只用在场地的边角上，其他用圆形。 2.喷头布置形式： 也叫喷头的组合形式，指各喷头的相对位置的安排。在喷头射程相同的情况下，不同的布置形式，其支管和喷头的间距也不相同。表2-2-1是常用的几种喷头布置形式和有效控制面积及使用范围。 3.喷头及支管间距： 在确定喷头的布置形式后，选择合适的喷嘴，每个正规厂家的产品都标明了喷嘴的型号、射程、喷嘴流量、工作压力等，然后根据喷嘴的射程确定喷头的间距和支管间距。 第四章 有压管道恒定流 第一节 概述 前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流. 一. 管流的概念 1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。 2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。③一般在压力作用而流动. 1.根据出流情况分自由出流和淹没出流 管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。 管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。 2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。 在管道系统中，如果管道的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。否则，称为短管。必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。 3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。 简单管道是指管径不变且无分支的管道。水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。 工 程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。 有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。 第二节 简单管路的水力计算 以通过出口断面中心线的水平面为基准面，在离开管道进口一定距离处选定1—1过水断面(该断面符合渐变流条件)，管道出口断面为2—2过水断面，1—1与2—2过水断面对基准面建立能量方程，即可解决简单管道的水力计算问题，并可建立一般计算公式。 简单管道自由出流水力计算公式 02gH A Q c μ= 式中，c μ 称为管道系统的流量系数，它反映了沿程水头损失和局部水头损失对过流能力的影响。计算公式为 ?λμ∑++= d l c 11 当行近流速水头很小时，可以忽略不计，上述流量公式将简化为 gH A Q c 2μ= 二. 二 三. 水工隧洞水力计算 水工隧洞水力计算的内容，一般有：泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线（有压流）、水面线的计算（无压流）。 1、泄流能力 水工隧洞泄流能力计算，分有压流和无压流两种情况。实际工程中，多半是根据用途先拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸，然后通过计算校核其泄流量。若不满足要求，再修改断面或变更高程，重新计算流量，如此反复计算比较，直至满意为止。 （1）有压流的泄流能力 有压流的泄流能力按公式（1）计算： Q A 2gH o ⑴ 式中Q――泄流量； 卩——流量系数； A——隧洞出口断面面积； g ---重力加速度。 2 H0H盂 式中H——出口孔口静水头； 2 亠一一隧洞进口上游行近流速水头。 2g 流量系数卩随出流条件不同而略有差异，自由出流和淹没出流分别按公式（2）和公式（3）计算： 1 1 i' 2 2 2 A A 2gl i A A2 j A J C|2R| A i 式中A——隧洞出口断面面积； A2――隧洞出口下游渠道过水断面面积； Z――局部水头损失系数； A—与Z相应流速之断面面积； L i、A i、R i、C i――某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。 上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞，对发电的有压引水隧洞，其过流能力决定于机组设计流量，即流量为已知，要求确定洞径。 (2)无压流的泄流能力 无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度，洞内水流呈急流状态，其泄流 能力不受洞长影响，而受进口控制，若进口为深孔有压短管，仍可按公式和公式 (3)计算，而忽略其沿程水头损失(根号中的最后一项)。 表孔堰流进口的斜井式无压隧洞，其泄流能力由堰流公式计算： Q mB.,2gH3/2(4) 式中￡——侧收缩系数； m --- 流量系数； B 堰顶宽度(m); 2 H o――包括行近流速水头丄的堰顶水头。 2g 流量系数和侧收缩系数与堰型有关。为保证曲线堰面与斜井底板有准确的切点， 3 输水系统 3.1主要设计依据和系统布置 3.1.1主要设计依据 乌江渡水电站扩机工程输水系统包括引水建筑物和尾水建筑物两大部分，施工图阶段设计主要依据下列资料进行： (1)《乌江渡水电站扩机工程可行性研究报告》 (2)《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）及其补充规定》SDJ 12-1978 (3)《水工遂洞设计规范》SD134-1984 (4)《水电站压力钢管设计规范》SD144-1985 (5)《压力钢管制造安装及验收规范》DL5017-1993 (6)《水电站进水口设计规范》SD303-1988 (7)《水电站调压室设计规范》DL/5058-1996 (8)《水工混凝土结构设计规范》SL/T191-1996 (9)《混凝土结构设计规范》GBJ10-1989 (10)《钢结构设计规范》GBJ17-1988 (11)《砌体结构设计规范》GBJ3-1988 (12)《水工预应力锚固设计规范》SL212 (13)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86-85 (14)《水工预应力锚固设计规范》SL212 (15)《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-1994 (16)《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997 (17)《建筑结构荷载设计规范》GBJ9-1987 (18)《水工建筑物抗震设计规范》DL5073-1997 (19)《水电站厂房设计规范》SD335-1989 (20) 《水力计算手册》1983.6 3.1.2工程等级与设计标准 乌江渡水电站扩机工程的主要任务是发电，电站设两台机组，装机规模为2×250MW，计及原坝后式电站装机规模630MW，总装机容量为1130MW。原枢纽工程为一等工程，根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）及其补充规定》的规定，将扩机工程进水口作为挡水建筑物，即按1级建筑物设计，引水道、尾水道和发电厂房按2级建筑物设计。根据《防洪标准》GB50201的规定，各建筑物的洪水设计标准如下：进水口设计洪水P=0.2% 校核洪水P=0.02% 引水道、尾水道和发电厂房设计洪水P=0.5% 校核洪水P=0.2% 3.1.3基础设计参数 水库水位正常蓄水位760.00m 设计洪水位760.30m(P=0.2%) 校核洪水位762.80m(P=0.02%) 淤砂高程660.00m 下游水位正常尾水位627.00m 最低尾水位626.64m 长引水系统水室式调压室初步设计 发表时间：2019-03-22T16:54:59.130Z 来源：《防护工程》2018年第34期作者：周宏民 [导读] 某水电站位于巴基斯坦西北边境省开伯尔普什图省境内采用引水式开发，为高水头、长距离引水发电工程 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222 摘要：某水电站位于巴基斯坦西北边境省开伯尔普什图省境内采用引水式开发，为高水头、长距离引水发电工程。本电站具有引水洞线长、调压室竖井高、压力管道压力大等特点。调压室对本电站的正常运行起着关键作用，通过对调压室水力特征和结构进行设计，为改善机组运行条件和工程安全提供保障。 关键词：调压室；水室式；冲击式水轮发电机；长引水隧洞 1工程概况 某水电站位于巴基斯坦西北边境，是一座高水头、长隧洞引水式水电站工程。电站安装4台单机容量为221MW的冲击式水轮发电机组，总装机容量884MW。水库正常蓄水位为2233m，最低运行水位为2223m。引水系统由电站进水口、引水隧洞、调压室及压力管道等建筑物组成。 引水隧洞长22.6km，洞径为6m。调压室布置于引水隧洞末端，顶高程2300.00m，底高程2056m。上室为圆形断面，断面直径为22m，高24.5m。下室采用城门洞断面，为两条长度各为100m的隧洞，底板为倾向竖井的1.0%的坡，顶部为倾向竖井的1.5%的坡。调压室后引水隧洞经Y型岔管分为两条引水隧洞，后接压力管道。压力管道由四个压力平洞段、三条压力竖井段构成，采用钢板衬砌。 2地质条件 调压室地表为第四系堆积物为坡崩积物（Q4dl+col），以碎石土为主，覆盖层厚度较薄。岩性主要为石英云母片岩等。推测岩体的风化状态以弱风化为主，调压室下部可能为微风化~新鲜，推测调压室岩体围岩类别主要为Q2a和Q3。 3调压室水力计算 下面根据《水利水电工程调压室设计规范》及《水工设计手册》对调压室进行水力学计算。 3.1调压室设置条件 是否设置调压室按下式作初步判别： 式中：；增加负荷前的流量；增加负荷后的流量。 机组开启可人为控制，因而最低涌波按以下工况计算（1）最低发电水位2223.00m时，本计算初定按上游死水位，共用上游调压室的4台机组由3台增加至4台，满负荷发电；（2）最低发电水位2223.00m时，本计算初定按上游死水位，共用上游调压室的4台机组由2台增加至4台，满负荷发电。 计算中，最低涌浪定为2102.00m高程。经计算比较现有的下室容积大于计算容积，满足要求 4结构设计 调压室竖井的围岩主要为石英云母片岩，岩体的风化状态以弱风化为主，调压室下部可能为微风化~新鲜，推测调压室岩体围岩类别 园林喷灌系统管道安装技术基础知识介绍 管道安装是绿地喷灌工程中的主要施工项目。受运输条件限制，管材的供货长度一般为4或6米，现场安装工作量较大。管道安装用工一般占总用工量的一半以上。所以，了解绿地喷灌系统管道安装的基本要求，掌握管道安装的施工方法，对于保证工程质量，按期完成施工任务非常必要。 一、基本要求管道敷设应在槽床标高和管道基础质量检查合格后进行。管道的最大 承受压力必须满足设计要求，不得采用无测压试验报告的产品。敷设管道前要对管材、管件、密封圈等重新进行一次外观检查，有质量问题的均不得采用。在昼夜温差变化较大的地区，刚性接口管道施工时，应采取防止因温差产生的应力而破坏管道及接口的措施。胶合承插接口不宜在低于5℃的气温下施工，密封圈接口不宜在低于－10℃的气温下施工。 管材应平稳下沟，不得与沟壁或槽床激烈碰撞。一般情况下，将单根管道放入沟槽内粘接。当管径小于32毫米时，也可将2或3根管材在沟槽上接好，再平稳地放入沟槽内。 在安装法兰接口的阀门和管件时，应采取防止造成外加拉应力的措施。口径大于100毫米的阀门下应设支墩。管道在敷设过程中可以适当弯曲，但曲率半径不得小于管径的300倍。在管道穿墙处，应设预留孔或安装套管，在套管范围内管道不得有接口，管道与套管之间应用油麻堵塞。管道穿越铁路、公路时，应设钢筋混凝土板或钢套管，套管的内径应根据喷灌管道的管径和套管长度确定，便于施工和维修。管道安装施工中断时，应采取管口封堵措施，防止杂物进入。施工结束后，敷设管道时所用的垫块应及时拆除。管道系统中设置的阀门井的井壁应勾缝，管道穿墙处应进行砖混封堵，防止地表水夹带泥土泄入。阀门井底用砾石回填，满足阀门井的泄水要求。 二、管道连接对于不同材质的管道，其连接方法也不相同。由于硬聚氯乙 烯（PVC）管在绿地喷灌系统中被普遍采用。硬聚氯乙烯管道的连接方式有冷接法和热接法。 虽然这两种方法都能满足喷灌系统管网设计要求和使用要求，但由于冷接法无需加热设备，便于现场操作，故广泛用于绿地喷灌工程。根据密封原理和操作方法的不同，冷接法又分为胶合承插法、密封圈承插法和法兰连接法，不同连接方法的适用条件及选用的连接管件亦不相同。因此，在选择连接方法时，应根据管道规格、设计工作压力、施工环境以及操作人员的技术水平等因素综合考虑，合理选择。 喷灌系统的组成 一个完整的喷灌系统一般由水源、首部枢纽、管网和喷头等组成。 1. 水源：一般多用城市供水系统作为喷灌水源，另外，井泉、湖泊、水库、河流也可作为水源。在草坪的整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要喷灌技术计算
第四章 有压管道恒定流
水工隧洞水力计算知识分享
3 输水系统
长引水系统水室式调压室初步设计
园林喷灌系统管道安装技术基础知识介绍.
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