水电站毕业设计

河北工程大学毕业设计第 1 页 共 96 页目录1 基本资料61.1 任务的提出61.2 工程地质条件61.2.1 地 貌 与 地 层 61.2.2 水 库 区 工 程 地 质 条 件 71.2.3 坝 址 工 程 地 质 条 件 71.2.4 付 坝 工 程 地 质 条 件 81.2.5 引 水 隧 洞 和 厂 房 区 工 程 地 质 条 件 81.3 建筑材料91.4 水文与气象111.4.1 流 域 自 然 地 理 概 况 111.4.2 气 象 条 件 111.4.3 水 文 资 料 121.5 水利、动能及水库171.5.1 电 站 任 务 171.5.2 水 库 水 位 181.5.3 装 机 容 量 的 选 择 181.5.4 引 水 隧 洞 的 洞 径 选 择 181.5.5 附 图 192 水轮机选型设计252.1 机组台数与单机容量的选择252.1.1 机组台数选择252.1.2 机组单机容量选择262.2 水轮机型号及装置方式的选择262.2.1 水轮机型号选择262.2.2 装置方式的选择262.3 水轮机参数计算262.3.1 HL240 型水轮机方案主要参数选择262.3.2 ZZ440 型水轮机方案主要参数选择292.3.3 HL240 型水轮机及 ZZ44 型水轮机两种方案的比较312.4 水轮机运转特性曲线的绘制322.4.1 等效率曲线的绘制32河北工程大学毕业设计第 2 页 共 96 页2.4.2 出力限制线的绘制332.4.3 等吸出高度曲线的绘制342.5 水轮机蜗壳设计352.5.1 蜗壳形式的选择352.5.2 断面形状及包角的选择352.5.3 进口断面面积及尺寸的确定352.5.4 中间断面尺寸的确定362.5.5 图的绘制 36FR2.6 尾水管设计372.6.1 尾水管的形式372.6.2 弯肘形尾水管部分尺寸的确定372.7 发电机的选择382.7.1 发电机型式的选择382.7.2 水轮发电机的结构尺寸382.8 调速器设计392.8.1 调速设备的选择392.8.2 接力器的选择392.8.3 调速器的选择402.8.4 液压装置的选择412.9 附图423 坝区枢纽总布置463.1 坝轴线及坝型选择463.1.1 坝轴线选择463.1.2 坝型选择463.2 泄洪方式选择及调洪演算473.3 枢纽布置474 拦河坝设计484.1 基本资料484.2 挡水坝剖面设计484.2.1 挡水坝坝顶高程的确定484.2.2 挡水坝的剖面尺寸确定484.3 溢流坝剖面设计494.3.1 溢流坝面曲线设计494.3.2 消能防冲设计50河北工程大学毕业设计第 3 页 共 96 页4.4 洪水下泄流量校核514.4.1 溢流坝过流能力的验算514.4.2 底孔过流能力验算534.5 闸门闸墩及工作桥设545 挡水坝稳定及应力分析565.1 计算说明565.1.1 计算内容565.1.2 计算工况565.1.3 计算单元与计算截面565.2 挡水坝稳定及应力分析565.2.1 荷载计算565.2.2 抗滑稳定分析575.2.3 应力分析586 细部构造设计606.1 坝体分区及标选择606.2 分缝与止水606.3 廊道系统和排水系统的布置616.3.1 廊道系统布置616.3.2 排水设施布置626.4 坝顶构造626.4.1 非溢流坝坝顶构造626.4.2 溢流坝坝顶构造626.5 坝基处理626.5.1 坝基开挖及清理626.5.2 坝基的加固处理626.5.3 坝基的防渗处理636.5.4 地基排水636.5.5 两岸的处理637 水电站引水系统设计647.1 隧洞洞径及洞线选择647.1.1 有压引水隧洞洞径计算647.1.2 洞线选择原则647.2 进水口设计657.2.1 进水口型式的选择65河北工程大学毕业设计第 4 页 共 96 页7.2.2 进水口高程确定657.2.3 进水口尺寸的拟定667.2.4 进口设备677.3 引水隧洞677.3.1 线路与坡度的确定677.3.2 断面形式与断面尺寸687.3.3 洞身衬砌687.4 调压室设计697.4.1 是否设置调压室判断697.4.2 调压室位置的选择707.4.3 调压室的布置方式与型式的选择707.4.4 调压室的水利计算707.5 水击及调节保证计算727.5.1 调保计算目的727.5.2 调节保证计算的内容727.5.3 调节保证计算的过程737.6 压力管道设计757.6.1 压力管道的布置757.6.2 压力管道直径的选择767.6.3 调节保证计算767.6.4 压力管道的结构设计及稳定计算767.7 防止地下埋管产生外压失稳的措施788 水电站厂房设计798.1 厂区枢纽平面布置798.2 主厂房平面设计798.2.1 主厂房长度的确定798.2.2 主厂房宽度确定808.3 主厂房剖面设计818.3.1 机组的安装高程818.3.2 尾水管底板高程818.3.3 基础开挖高程818.3.4 水轮机地面高程818.3.5 发电机定子安装高程828.3.6 发电机层楼板高程82河北工程大学毕业设计第 5 页 共 96 页8.3.7 吊车轨顶高程828.3.8 天花板高程828.3.9 屋顶高程838.4 副厂房的布置与设计83谢辞84参考资料85外文资料86外文翻译92河北工程大学毕业设计第 6 页 共 96 页1.基本资料1.1 任务的提出浑 江 是 鸭 绿 江 在 我 国 境 内 的 较 大 支 流 ， 也 是 我 国 东 北 地 区 水 力 资 源 较 为 丰 富 的一 条 河 流 ， 因 此 ， 合 理 开 发 利 用 浑 江 水 力 资 源 是 个 重 要 的 课 题 。浑 江 发 源 于 长 白 山 老 岭 ， 河 流 全 长 430 余 公 里 ， 河 流 坡 降 约 为 1/1000;流域 面 积 15000 平 方 公 里 。 流 域 形 状 近 于 椭 圆 ， 南 北 长 160 公 里 ， 东 西 宽 约 170公 里 。根 据 浑 江 河 道 自 然 特 性 的 变 化 ， 大 致 以 通 化 为 上 、 中 游 之 分 界 ： 以 桓 仁 为 中 、下 游 之 分 界 。 河 流 系 山 区 河 流 ， 蜿 蜒 于 山 谷 之 中 ， 沿 河 山 势 陡 峭 ， 支 流 众 多 ， 于支 流 入 口 处 ， 地 势 较 为 开 阔 ， 出 现 山 间 盆 地 。 浑 江 流 域 水 系 图 参 见 图 1。浑 江 下 游 （ 桓 仁 以 下 ） 的 水 能 利 用 与 梯 级 开 发 问 题 曾 进 行 了 长 时 间 的 研 究 ， 基本 上 归 纳 为 两 种 开 发 方 案 ， 即 ： 桓 仁 、 沙 尖 子 两 级 开 发 方 案 与 桓 仁 、 回 龙1 2山 、 太 平 哨 、 高 岭 、 金 坑 等 多 级 开 发 方 案 。 目 前 ， 在 桓 仁 水 电 站 早 已 建 成 投 产 的情 况 下 ， 实 际 上 变 成 为 沙 尖 子 高 坝 大 库 与 回 龙 、 太 平 哨 、 高 岭 、 金 坑 等 梯 级 开 发方 式 之 争 。 本 任 务 书 取 材 于 梯 级 开 发 方 案 的 太 平 哨 水 电 站 ， 并 拟 定 为 混 合 式 开 发的 地 面 厂 房 型 式 。 有 关 浑 江 下 游 梯 级 开 发 情 况 可 参 见 附 图 1。1.2 工程地质条件1.2.1 地 貌 与 地 层本 地 区 的 地 貌 景 观 按 其 成 因 类 型 可 分 为 两 类 ：构 造 剥 蚀 地 形 ， 海 拔 高 程 360770 米 ， 相 对 高 度 200600 米 ， 为 中 低1山 地 形 ， 由 古 老 的 变 质 岩 系 组 成 ， 山 脊 较 狭 窄 ， 起 伏 不 大 ， 无 明 显 的 峰 峦 ， 地 形坡 度 较 大 。侵 蚀 堆 积 地 形 ， 本 区 可 见 相 对 高 度 为 2030 米 的 二 级 阶 地 ， 312 米 的2一 级 阶 地 和 24 米 的 河 漫 滩 。水 库 区 及 水 工 建 筑 物 区 出 露 的 地 层 有 ： 前 震 旦 系 ， 震 旦 系 、 寒 武 系 、 朱 罗系 、 和 第 四 系 ， 简 单 分 述 如 下 ：前 震 旦 系 ： 主 要 为 一 套 区 域 变 质 岩 石 ， 部 分 经 受 不 同 程 度 的 混 合 岩 化 作 用 ，1形 成 各 种 类 型 的 混 合 质 变 质 岩 。 各 水 工 建 筑 物 均 位 于 本 地 层 的 混 合 变 质 岩 上 。震 旦 系 ： 仅 在 水 库 区 东 南 局 部 出 露 ， 主 要 为 石 英 砂 岩 、 石 英 砾 岩 、 粉 砂 岩 、2页 岩 等 。寒 武 系 ： 该 系 出 露 更 少 ， 仅 局 部 可 见 ， 主 要 为 灰 岩 。3朱 罗 系 ： 该 系 在 水 库 区 北 部 ， 雅 河 口 以 上 至 回 龙 山 一 带 广 泛 分 布 ， 为 陆 相 火4河北工程大学毕业设计第 7 页 共 96 页山 岩 建 造 ， 主 要 为 安 山 岩 、 安 山 质 凝 灰 岩 、 流 纹 岩 等 。第 四 系 ： 在 本 区 出 露 的 有 上 更 新 统 和 全 新 统 。 前 者 分 布 于 浑 江 二 级 阶 地 ， 为5洪 冲 积 层 ， 主 要 为 砂 卵 砾 石 、 砂 和 亚 粘 土 ， 后 者 包 括 一 级 阶 地 、 河 漫 滩 及 河 床上 堆 积 的 亚 砂 土 、 砂 砾 石 ， 残 积 的 亚 粘 土 等 。1.2.2 水 库 区 工 程 地 质 条 件本 库 区 两 岸 山 体 高 峻 ， 高 程 为 360700 米 ， 分 水 岭 厚 度 均 在 0.8 公 里 以 上 。库 岸 岩 石 在 雅 河 口 以 上 为 侏 罗 纪 火 山 碎 屑 岩 类 ， 以 下 为 震 旦 纪 变 质 岩 和 混 合 质 变质 岩 ， 地 下 水 位 较 高 ， 不 会 向 邻 谷 产 永 久 性 渗 漏 。 不 存 在 塌 岸 问 题 。1.2.3 坝 址 工 程 地 质 条 件曾 选 两 条 坝 线 （ 上 坝 线 与 下 坝 线 ） 进 行 比 较 。 上 、 下 坝 线 相 距 200300 米 ，地 质 条 件 基 本 相 同 ， 但 下 坝 线 右 岸 地 形 更 单 薄 ， 左 岸 岩 石 完 整 性 较 差 ， 呈 片 状 破碎 ， 风 化 也 较 深 ， 而 上 坝 线 左 岸 则 比 较 完 整 。 河 谷 部 分 ， 下 坝 线 岩 石 普 遍 风 化 较深 ， 而 上 坝 线 只 有 个 别 地 段 风 化 较 深 。 从 上 述 分 析 确 定 选 用 上 坝 线 。 修 建 土 坝 或混 凝 土 重 力 坝 ， 地 质 上 都 是 可 能 的 。坝 址 区 出 露 的 地 层 有 前 震 旦 系 和 第 四 系 。 前 震 旦 系 为 经 受 中 等 程 度 混 合 岩 化 作用 的 变 质 岩 系 ， 包 括 黑 云 母 斜 长 石 注 入 片 麻 岩 、 黑 云 母 混 合 片 麻 岩 和 大 理 岩 ， 前者 分 布 在 左 岸 ， 后 者 分 布 在 右 岸 ， 两 者 为 整 合 接 触 。 第 四 系 包 括 各 种 不 同 成 因 的松 散 堆 积 物 。 堆 积 层 分 布 于 两 岸 山 坡 ， 为 亚 砂 土 夹 碎 石 ， 厚 度 左 岸 为 1.54.0米 ， 右 岸 为 0.32 米 。 河 床 砂 卵 砾 石 厚 03.5 米 。坝 址 区 两 岸 发 现 有 断 层 三 条 ， 其 中 一 条 为 平 推 断 层 （ F3） 位 于 左 岸 ， 走 向NE36,倾 向 南 东 ， 倾 角 70， 破 碎 带 宽 5 米 。 另 外 两 条 北 东 向 断 层 F1 与 F2据 分 析 F1 就 是 区 域 性 的 太 平 哨 大 断 裂 ， 在 右 坝 头 西 北 约 300 米 处 通 过 ; F2 位于 右 岸 ， 产 状 为 走 向 北 东 4050， 倾 角 80， 断 层 带 宽 34 米 。 F1 与 F2 对建 筑 物 均 无 直 接 影 响 。坝 址 区 基 岩 的 透 水 性 ， 根 据 19 个 孔 、 75 次 压 水 试 验 成 果 统 计 ， 单 位 吸 水 量由 上 而 下 逐 渐 减 小 。 距 地 面 深 4.315 米 范 围 内 单 位 吸 水 量 的 平 均 值 为 0.1 升/分 ， 25 米 以 下 时 为 0.027 升 /分 。据 分 析 ， 若 采 用 混 凝 土 重 力 坝 坝 型 时 （ 估 计 坝 高 40 米 左 右 ） ， 大 坝 将 建 基于 比 较 完 整 的 半 风 化 岩 石 之 上 。 河 谷 部 分 的 开 挖 深 度 （ 自 基 岩 面 算 起 ） 约 为27 米 ， 相 应 于 此 开 挖 标 准 ， 坝 基 岩 石 与 混 凝 土 摩 擦 系 数 建 议 为 0.6， 河 床 部位 岩 石 风 化 较 浅 ， 实 际 上 可 挖 至 微 风 化 岩 石 ， 建 议 摩 擦 系 数 采 用 为 0.65。坝 址 右 岸 岩 石 强 烈 风 化 ， 全 风 化 岩 石 深 达 30 米 。 强 烈 风 化 的 原 因 主 要 是 黑河北工程大学毕业设计第 8 页 共 96 页云 母 混 合 片 麻 岩 中 斜 长 石 和 黑 色 矿 物 含 量 较 多 ， 长 石 结 晶 体 粗 大 ， 抗 风 化 能 力 较薄 弱 所 致 。 建 议 处 理 意 见 是 ： 砂 砾 状 全 风 化 层 （ 深 15 米 左 右 ） 可 采 用 混 凝 土 防渗 墙 方 法 处 理 ， 块 状 全 风 化 层 以 下 采 用 帷 幕 灌 浆 方 法 处 理 。 左 岸 F3 断 层 以 及 局部 破 碎 带 可 按 常 规 办 法 处 理 。1.2.4 付 坝 工 程 地 质 条 件葫 芦 细 子 地 段 山 体 低 缓 ， 最 低 点 地 面 高 程 仅 为 192 米 ， 需 要 修 建 付 坝 。 若主 坝 采 用 土 坝 型 式 ， 则 此 处 可 修 建 岸 坡 式 溢 洪 道 。 此 处 山 体 最 狭 窄 处 宽 仅 70米 ， 上 、 下 游 水 为 差 7 米 。 此 坡 地 形 陡 峭 ， 基 岩 裸 露 ， 南 坡 较 缓 ， 坡 度 一 般 约2030。 此 垩 口 是 浑 江 侵 蚀 堆 积 二 级 阶 地 ， 垩 口 顶 部 和 山 坡 上 分 布 有 砂 卵 砾石 ， 厚 度 15 米 ， 其 地 质 时 代 为 上 更 新 世 坡 积 层 。本 地 段 地 层 主 要 是 前 震 旦 纪 黑 云 母 斜 长 石 注 入 片 麻 岩 ， 混 合 岩 化 程 度 较 低 ， 岩性 不 均 一 ， 有 的 地 方 可 见 变 质 岩 基 体 。本 地 段 发 现 断 层 共 七 条 ， 但 规 模 均 很 小 ， 宽 度 大 都 在 一 米 以 内 ， 最 大 宽 对为 1.5 米 。 这 些 断 层 大 多 延 伸 不 长 ， 对 建 筑 物 无 影 响 ， 设 计 与 施 工 时 按 常 规 方 法处 理 即 可 。通 过 地 质 分 析 与 稳 定 计 算 可 以 认 为 ， 此 地 段 山 体 是 稳 定 的 。 为 了 确 保 建 筑物 安 全 ， 建 议 在 设 计 时 要 加 强 帷 幕 灌 浆 与 排 水 措 施 。1.2.5 引 水 隧 洞 和 厂 房 区 工 程 地 质 条 件浑 江 在 中 下 游 地 段 ， 侧 向 侵 蚀 作 用 十 分 强 烈 ， 形 成 迂 回 曲 折 的 蛇 曲 地 貌 ， 为 修建 引 水 式 电 站 提 供 了 有 利 的 地 形 条 件 。 太 平 哨 水 电 站 的 引 水 隧 洞 和 厂 房 位 于 南 天门 岭 ， 此 处 分 水 岭 宽 约 800 米 ， 而 两 端 河 水 位 差 达 13 米 。本 区 地 层 主 要 为 前 震 旦 系 的 黑 云 母 混 合 片 麻 岩 ， 所 有 建 筑 物 均 将 在 此 岩 层 上 。第 四 纪 包 括 出 口 和 进 口 河 漫 滩 的 冲 积 洪 积 层 ， 岩 性 为 亚 砂 土 ， 细 沙 和 砂 卵 砾 石 ，两 侧 山 坡 的 坡 积 残 积 层 ， 岩 性 为 亚 砂 土 ， 细 砂 和 砂 卵 砾 石 ； 两 侧 山 坡 的 坡 积 残 积层 ， 岩 性 为 亚 砂 土 夹 碎 块 石 。隧 洞 均 将 在 黑 云 母 混 合 片 麻 岩 中 通 过 ， 沿 洞 线 未 发 现 断 层 ， 且 洞 顶 上 部 覆 盖 新鲜 岩 体 很 厚 ， 达 80160 米 ， 深 部 裂 隙 已 趋 闭 合 ， 因 此 工 程 地 质 条 件 较 好 ， 建 议采 用 ： f=67,k0=500。 洞 线 前 部 通 过 两 条 较 大 岩 脉 ， 均 大 致 与 洞 线 相 交 ， 一 条 为石 英 斑 岩 ， 宽 3040 米 ， 另 一 条 为 正 常 闪 长 岩 。 宽 2630 米 。 据 地 表 槽 探 观察 ， 岩 脉 与 围 岩 接 触 良 好 ， 但 从 钻 孔 资 料 分 析 ， 石 英 斑 岩 裂 隙 比 较 发 育 ， 故 建 议 ，通 过 岩 脉 处 的 参 数 选 用 为 ： f=4,K0=300。厂 房 后 山 坡 地 形 坡 度 约 5060， 坡 高 40 米 左 右 ， 通 过 剖 面 裂 隙 绘 得 知 ，河北工程大学毕业设计第 9 页 共 96 页厂 房 后 坡 存 在 两 组 顺 坡 裂 隙 ， 第 一 组 倾 角 为 6874， 第 二 组 倾 角 稍 缓 ， 为4045。 表 部 裂 隙 张 开 13 厘 米 ， 坡 脚 部 位 岩 块 已 经 位 移 。 根 据 上 述 情 况 。可 认 为 后 山 边 坡 基 本 上 是 稳 定 的 ， 建 议 在 开 挖 时 基 本 上 沿 着 上 述 两 组 裂 隙 挖 成 阶梯 状 边 坡 ， 对 已 经 位 移 或 张 开 宽 度 较 大 的 岩 块 予 以 清 除 ， 对 局 部 不 稳 定 岩 块 可 采取 相 应 的 加 固 措 施 。厂 房 基 础 将 坐 落 在 新 鲜 的 黑 云 母 混 合 片 麻 岩 上 。1.3 建筑材料天 然 建 筑 材 料 的 调 查 ， 包 括 混 凝 土 重 力 坝 和 粘 土 心 墙 砂 砾 壳 坝 两 种 坝 型 所 需 要的 各 种 材 料 ， 其 需 要 量 初 步 按 ： 混 凝 土 坝 方 案 ， 混 凝 土 方 量 50 万 米 3， 砂 砾 石料 150 万 米 3， 土 坝 方 案 ： 粘 土 料 14 万 米 3， 坝 壳 砂 砾 料 120 万 米 3， 护 坡 块 石料 5 万 米 3， 反 滤 料 4.5 万 米 3。通 过 勘 探 、 试 验 工 作 ， 可 以 满 足