坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算书

目录1重力坝非溢流坝段411剖面设计4111坝高的确定4112坝底宽的确定4113实用剖面512荷载计算6121设计洪水位下荷载6122校核洪水位下荷载713稳定验算9131设计洪水位下9132校核洪水位下914应力验算10141设计洪水位下10142校核洪水位下1015坝内廊道及坝基处理11151坝内廊道11152坝基处理11153坝体分缝122重力坝溢流坝段1321剖面设计13211堰顶高程的确定13212堰面曲线14213下游反弧段1522荷载计算17221设计洪水位下荷载17222校核洪水位下荷载1823稳定验算19231设计洪水位下19232校核洪水位下1924应力校核20241设计洪水诶下20242校核洪水位下2025溢流坝消能抗冲刷措施21251挑距21252冲坑21253导墙高度213机电设备及辅助设备选择2231特征水头的计算22311校核洪水位下22312设计洪水位下22313正常蓄水位一台机组满发22314正常蓄水位四台机组满发22315设计低水位一台机组满发23316设计低水位四台机组满发2332水轮机选型比较24321转轮直径D124322转速N（最优工况）24323效率修正24324工作范围检验25325吸出高度HS2633发电机选型及主要尺寸计算26331主要尺寸估算26332平面尺寸估算27333轴向尺寸2734蜗壳及尾水管计算28341金属蜗壳尺寸28342尾水管尺寸2935调速器与油压装置的选择29351调速器29352油压装置3036厂房桥吊设备的选择314水电站厂房结构计算3241主厂房的特征高程32411水轮机安装高程32412尾水管底板高程32413水轮机层地面高程32414定子安装高程32415发电机层地面高程（定子埋入式）32416装配场地面高程32417吊车轨顶的高程32418厂房顶部高程3342水电站主厂房长宽尺寸的确定33421主厂房宽度的确定33422主厂房长度的确定3343主厂房各层的布置35431发电机层35432水轮机层35433蜗壳层3644水电站副厂房各层高程及平面布置365水电站引水建筑物3751进水口高程3752压力钢管的布置3753压力钢管的厚度3754拦污栅及进水口闸门的设计3855通气孔的面积确定396专题发电机（含安装场）层板，梁布置及结构计算4061楼板设计40611第一部分41612第二部分42613第三部分44616总结4662次梁设计46621C1梁46622C2梁50623总结5763主梁计算57631主梁Z457632总结6364安装间631重力坝非溢流坝段11剖面设计111坝高的确定1111设计洪水位下计算风速VF152115172523取2M/SHM2910200910M吹程D14KMHL0166VF5/4D1/30045MMLM250627310HOCTH0486ML4MLHC07M坝高为291004504860729223M1112校核洪水位下计算风速VF115M/SHM29220092M吹程D14KMHL0166VF5/4D1/30022MHOCTH0203MLL24LHC05M坝高为292002202030529273M1113坝高坝高取较大者29273M。112坝底宽的确定基本剖面是以校核洪水位为高，再确定一个满足应力和稳定条件的最小坝底宽。稳定条件MHBFC96325037972050应力条件MBMFKHC56954620397110M075图11非溢流坝基本剖面113实用剖面坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的810，并不小于2M，如作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。根据坝顶双线公路交通要求，坝顶B取为9M。坝顶高程29273M，坝底高程20000M，折坡点高程23091M，上游坝坡坡度1015，下游坝坡坡度1075，坝顶宽900M，坝底宽7419M，上游侧464M，下游侧6955M。图12重力坝非溢流坝实用剖面12荷载计算121设计洪水位下荷载1自重G11/24643091235168521G2927392351961240G31/26055807323557436372静水压力上游PX1/29819124061831PY1/2981464（916009）343869MXPX1/391123208874MYPY（7419/2E）12009625E（618229273）/（61829273）464/3217下游PX/1/298114296138PY/1/29811410572184MX/PX/1/314448644MY/PY/（7419/21/3105）24250213扬压力U1741149811018925U256402591981125872U305564（911402591）981150078U40502591（7419564）9817649414浪压力过小，忽略不计。表11设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向168521340057297141961240279654836270自重57436373271878169340618313033123208874上游35174334931200962596138467448644静水压力下游72184336024250211018925001258723428431489215007835225285747扬压力7649418616586142122校核洪水位下荷载1自重G1168521G21961240G357436372静水压力上游PX1/29819224151592PY1/2981464（926109）348421MXPX1/392127315488MYPY（7419/2E）12172088E（6109292）/（610992）464/3216M下游PX/1/298115542118452PY/1/29811554116688877MX/PX/1/31554613581MY/PY/（7419/21/31166）29514573扬压力U1741915549811131007U256402592981127255U305564（92155402592）981148155U40502592（7419564）9817733474浪压力过小，忽略不计。表12校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向168521340057297141961240279654836270自重57436373271878169341515923033127315488静水压力上游3484213493121720881184526467613581下游88877336029514571131007001272553428436230114815535225218019扬压力773347861665851813稳定验算稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。为保证重力坝的安全可靠性，在结构设计的标准中，要明确规定出安全储备要求。其表达形式有定值安全系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方法验算稳定，定值系数法采用抗剪强度公式和抗剪断公式。131设计洪水位下1311抗剪断公式03149365721021PACUWFK1312抗剪稳定公式109365270PF1313极限状态法210321021DMRRFC持久状况091365R9365S870DAW132校核洪水位下2311抗剪断公式03440317926921PACUWFK2312抗剪稳定公式1640312697PF2313极限状态法21032102DMRRFC持久状况满足要求）（）（758906R14390S30DRAW14应力验算采用分项系数极限状态法进行坝体强度验算141设计洪水位下1411坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数149563KPA201MJTMAWSRR极限状态抗力函数KPAFRC10满足要求S1412坝踵抗拉强度验算满足要求04638RRJTMAW142校核洪水位下1421坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数185843KPA201MJTMAWSRR极限状态抗力函数KPAFC满足要求S1422坝踵抗拉强度验算满足要求04638RRJTMAW15坝内廊道及坝基处理151坝内廊道灌浆廊道距坝底5M，距上游坝面4M，廊道宽3M，高35M。由于下游尾水位较高，产生较大的扬压力，为增加坝的安全稳定，在坝基面上设两个基础排水廊道以减小扬压力。两廊道距上游坝面距离分别为19M，49M沿灌浆廊道向上，间隔30M布置一层廊道，共分3层，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段除底层廊道横向不贯穿至下游外，其余横向廊道均贯穿，非溢流坝段横向廊道连接两排纵向廊道。廊道尺寸宽21M，高24M，由于上游坝面倾斜，故廊道上下并非垂直布置，而是向下游倾斜，这使得排水管亦倾斜布置，但角度不大，在允许的范围内。152坝基处理重力坝承受较大的荷载，对地基要求较高。然而天然基岩经受长期地质构造运动及外界因素的作用，多少存在着风化，节理，裂隙，破碎带等缺陷，因此，必须对地基进行适当的处理。地基处理一般包括坝基开挖清理，对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层，破碎带和溶洞等进行专门的处理。紧水滩峡谷而岸风化层零星分布，一般厚052米，所以坝基开挖比较容易帷幕灌浆作用是降低坝基的渗透压力，减少渗透流量，防止坝基内产生机械或化学管涌。帷幕灌浆是在靠近上游坝基布设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道。防渗帷幕的深度因根据基岩的透水性，坝体承受水头和降低坝体渗透压力的要求确定。此外在基岩表面设置排水廊道。153坝体分缝横缝将坝体沿坝轴线方向分成若干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，使各坝段独立工作。缝的宽度器取1CM，横缝间距为20M，横缝止水用两道金属止水片（紫铜片或不锈钢片）和一道防渗沥青井。纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝。本设计采用两条垂直纵缝，详细见图纸。为了加强坝体的整体性，缝面一般设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及第二主应力相交，使槽面基本承受正压力。且键与槽互相咬合，可提高纵缝的抗剪强度。2重力坝溢流坝段21剖面设计211堰顶高程的确定2111设计洪水位下70000923271679056M3/S0QS当河谷狭窄、岩石坚硬、且下游水深较大时，应选择较大的单宽流量，本工程所处河谷狭窄、坝址两岸地形对称，岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，水文地质条件较简单，故属工程地质条件较好的坝址。单宽流量取为100。3/MSLQ/Q6791M机组段的间距为1426M，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽7M，则孔口大小为14267726M，取L72631648578M溢流坝总宽度通过溢流坝顶的下泄流量为SMS370SMHN307129581L08578472311978M计算堰上水头230HGMLQ求得H1161M流速水头则堰上水头H116100041161M堰顶高程291116127939M2112校核洪水位下85000923018829284M3/S0QS坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量Q100M2/SLQ/Q8293M机组段的间距为1426M，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽7M，则孔口大小为145775M，取L7531648578M溢流坝总宽度102DNBLL08578472311978M计算堰上水头230HGMLQ求得H13264M流速水头则堰上水头H1326400061326M堰顶高程292132627874M通过溢流坝顶的下泄流量为SMS3850SMHN30182091MGAV0426391827020MGAV0623981250202113堰顶高程及闸门尺寸综上堰顶高程为27939M闸门高度正常蓄水位堰顶高程安全超高28502793915711M取72M。选择平面闸门，根据孔口大小，闸门有两种尺寸，取为125M81M125M166M。工作闸门一般布置在溢流堰顶点，以减少闸门高度。为了避免闸门局部开启时水舌脱离坝面而产生真空，将闸门布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴坝面下泄。检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，两者之间留有13M的净宽，本设计取净宽15M。212堰面曲线溢流面曲线采用的为WES曲线，其曲线方程为YKHXNDN1即852X最大运行水头MAX292279391261MMAXH校核洪水位堰顶高程定型设计水头，为使实际运行时M较大而负压绝对值较小，对于WESD剖面设计，常取（075095），取1135MAXHD堰顶与上游采用三圆弧连接，参数如下表所示表21三圆弧参数R105HD568R202HD227R3004HD045B10175HD199B2027HD306B30281HD319堰面形态如下图所示图21堰面形态213下游反弧段由于采用厂房顶溢流式，反弧段的高程应结合厂房的顶高程，根据厂房部分的计算，反弧段的底高程为2300M。200CCHGQTMCOCO83691089120试算HC0假定HC03341520COCOHT假定HC0478320COCO假定HC038519120COCOHT假定HC03986320COCO假定HC039298131520COCOHT假定HC0392220COCO假定HC039238469131520COCOHT假定HC03924020COCO假定HC039238469131520COCOHT试算得HC02011反孤段半径，取MHRC6160R5鼻坎挑角，取352坎顶高程。HO23S图22溢流坝剖面图22荷载计算221设计洪水位下荷载1自重（用CAD计算出溢流坝剖面的面积45081636）G14508163623510594184462静水压力上游PX37729171003772917PY33117981324878下游PX/1/2981189221755823扬压力U197718929811375334U262517645981108186U3121/2176459145981791488U4121/26255293598116227884浪压力过小，忽略不计。表22设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向自重1059418446185195992437729172851075281345上游3248784785157471335静水压力下游1755826311061666137533400108186457254946804879148812129592834扬压力162278846777589779222校核洪水位下荷载1自重（用CAD计算出溢流坝剖面的面积45081636）G14508163623510594184462静水压力上游PX44895171004489517PY33608079下游PX/1/2981216822305463扬压力U19772168981207789U26251753981128977U3121/2175391459819435955U4121/2625525998119346554浪压力过小，忽略不计。表23校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（KNM）方向自重1059418446185195992444895172812126245218上游336080794896164545155静水压力下游23054672261665925207789001289774572558974739435955121211436377扬压力1934654677904838123稳定验算稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。231设计洪水位下2311抗剪断公式0395359702148021PACUWFK2312抗剪稳定公F232校核洪水位下2311抗剪断公式0389471425890361PACUWFK2312抗剪稳定公式1247142589360PF24应力校核241设计洪水诶下2411坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数KPAMJTMAWSRR917235071234896579148020极限状态抗力函数KPAFRC10满足要求S2412坝踵抗拉强度验算满足要求026573123496879180RRJTMAW242校核洪水位下2421坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数KPAMJTMAWSRR46251897507123481906579358622极限状态抗力函数KPAFC满足要求RS2422坝踵抗拉强度验算满足要求07351234690779586RRJTMAW25溢流坝消能抗冲刷措施251挑距H13923H233M890158901250370KZL63295819202HGVC531C挑距12494M2121121SINCOSINO/HGVVGL252冲坑97421089THHKTRR由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交界处设200M宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。253导墙高度掺气水深HAHC3923MH导392314923M取H导50M3机电设备及辅助设备选择31特征水头的计算311校核洪水位下由Q泄8500M3/S查厂区水位流量曲线得H下21554M312设计洪水位下由Q泄7000M3/S查厂区水位流量曲线得H下214M313正常蓄水位一台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q164M3/S，查得H下2019MN826864（2852019）994361万KW设Q280M3/S，查得H下202MN826880（285202）995445万KW设Q3672M3/S，查得H下20192MN8268672（28520192）994524万KW则H下20192M314正常蓄水位四台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q1540M3/S，查得H下204MN8268540（285204）9935441万KW设Q2300M3/S，查得H下2032MN8268300（28520302）9925754万KW设Q3270M3/S，查得H下2031MN8268270（2852031）9917917万KW则H下2031M315设计低水位一台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q280M3/S，查得H下202MN826880（263202）993954万KW设Q396M3/S，查得H下2021MN826896（2632021）994737万KW设Q488M3/S，查得H下20205MN826888（26320205）994346万KW设Q5912M3/S，查得H下20207MN8268912（26320207）994502万KW则H下20207M316设计低水位四台机组满发A9810920968268，N981QHAQH，考虑1水头损失设Q1360M3/S，查得H下2034MN8268360（2632034）9917385万KW设Q2384M3/S，查得H下20348MN8268384（26320348）9918519万KW设Q3375M3/S，查得H下20345MN8268375（26320345）9918094万KW则H下20345M综上设计低水位H29121477M校核洪水位H292215547646M正常一台H（285020192）09881418M正常四台H（28502031）09880262M设低一台H（26320207）09859711M设低四台H（26320345）09858359M则HMAX81418MHMIN58359MHR095HAV66395M32水轮机选型比较由工作水头范围5835981418M查表得选用HL220水轮机321转轮直径D1查表水电站36得限制工况下单位流量查表得限制工况Q1/M115M3/S，M890，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量初设Q1/Q1/M115M3/S，M91HRN812891式中NR水轮发电机额定出力（KW），4台机组情况，已知发电机额定出力。，GR98，NRNGR/GR48000/0984897959KWHR设计水头（M），坝后式HR095HAV664M原型水轮机的效率（），由限制工