水利水电工程专业水电站毕业设计

水利水电工程专业毕业设计- 1 -目录摘要 .- 5 -ABSTRACT.- 5 -第一章 设计基本资料 .- 7 -1.1 流域概况和地理位置 .- 7 -1.1.1 水文条件 .- 7 -1.1.2 气象条件 .- 7 -1.1.3 厂区水位流量关系 .- 8 -1.1.4 水库面积、容积 .- 8 -1.1.5 工程地质 .- 9 -1.1.6 当地建筑材料 .- 10 -1.1.7 工程效益 .- 10 -1.2 设计资料 .- 11 -1.2.1 水能规划 .- 11 -1.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物 .- 11 -1.2.3 引水建筑物 .- 11 -1.2.4 水电站厂房 .- 11 -1.3 设计任务 .- 11 -1.3.1 水能利用 .- 11 -1.3.2 枢纽布置、挡水及泄水建筑物 .- 11 -1.3.3 水电站引水建筑物 .- 12 -1.3.4 水电站厂房 .- 12 -1.3.5 其他 .- 12 -第二章 水轮机 .- 13 -2.1 特征水头的确定 .- 13 -2.2 水轮机选型 .- 13 -2.3 水轮机蜗壳及尾水管 .- 16 -2.3.1 蜗壳尺寸确定 .- 16 -2.3.2 尾水管尺寸确定 .- 17 -2.4 调速设备及油压设备选择 .- 18 -2.4.1 调速功计算 .- 18 -2.4.2 接力器选择 .- 18 -紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计- 2 -2.4.3 调速器的选择 .- 19 -2.4.4 油压装置 .- 19 -第三章 发电机 .- 21 -3.1 发电机的尺寸估算 .- 21 -3.1.1 主要尺寸估算 .- 21 -3.1.2 外形尺寸估算 .- 22 -3.2 发电机重量估算 .- 23 -第四章 混凝土重力坝 .- 25 -4.1 剖面设计 .- 25 -4.1.1 坝高的确定 .- 25 -4.1.2 坝底宽度的确定 .- 27 -4.2 稳定与强度校核 .- 28 -4.2.1 作用组合和类型 .- 28 -4.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算 .- 34 -4.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算。 .- 42 -4.3 混凝土坝的材料与构造 .- 45 -4.3.1 材料 .- 45 -4.3.2 构造 .- 45 -4.4 地基处理 .- 46 -4.4.1 坝基帷幕灌浆 .- 46 -4.4.3 坝基排水设施 .- 46 -第五章 引水建筑物布置 .- 47 -5.1 压力钢管布置 .- 47 -5.1.1 确定钢管直径 .- 47 -5.2 进水口布置 .- 47 -5.2.1 确定有压进水口的高程 .- 47 -5.2.2 渐变段尺寸确定 .- 48 -5.2.3 拦污栅尺寸确定 .- 49 -5.2.4 通气孔的面积确定 .- 50 -第六章 主厂房尺寸及布置 .- 51 -6.1 厂房高度的确定 .- 51 -6.1.1 水轮机安装高程 .- 51 -水利水电工程专业毕业设计- 3 -6.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程 .- 51 -6.1.3 基岩开挖高程 .- 51 -6.1.4 水轮机层地面高程 .- 51 -6.1.5 发电机层楼板高程 .- 52 -6.1.6 吊车轨顶高程 .- 52 -6.1.7 厂房顶高程 .- 52 -6.2 主厂房长度的确定 .- 52 -6.2.1 机组段长度确定 .- 52 -6.2.2 端机组段长度 .- 53 -6.2.3 装配场长度 .- 54 -6.3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定 .- 54 -第七章 混凝土溢流坝 .- 56 -7.1 溢流坝段总宽度的确定 .- 56 -7.1.1 单宽流量 q 的选择 .- 56 -7.1.2 确定溢流前缘总净宽 L.- 56 -7.1.3 确定溢流坝段总宽度 .- 57 -7.2 堰顶高程的确定 .- 57 -7.2.1 堰顶高程的确定 .- 57 -7.2.2 闸门高度的确定 .- 58 -7. 3 堰面曲线的确定 .- 58 -7.3.1 最大运行水头 和定型设计水头 的确定 .- 58 -maxHdH7.3.2 三圆弧段的确定 .- 58 -7.3.3 曲线段的确定 .- 59 -7.3.4 直线段的确定： .- 59 -7.3.5 反弧段的确定 .- 59 -7.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定 .- 60 -7.3.7 溢流坝倒悬的确定 .- 60 -7.4 溢流坝强度和稳定验算 .- 60 -7.4.1 作用组合和类型 .- 60 -7.4.2 承载能力极限状态强度和稳定验算 .- 62 -7.4.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算 .- 64 -7.5 溢流坝的结构布置 .- 65 -7.6 因布置厂房调整后的溢流坝剖面 .- 65 -7.7 消能与防冲 .- 65 -紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计- 4 -7.7.1 鼻坎的型式和尺寸 .- 65 -7.7.2 挑射距离和冲刷坑 深度的估算 .- 65 -第八章 压力钢管应力分析及结构设计 .- 67 -8.1 水力计算 .- 67 -8.1.1 水头损失计算 .- 67 -8.1.2 水锤计算 .- 74 -8.2 压力钢管厚度的拟定 .- 77 -8.3 钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析 .- 79 -8.3.1 混凝土开裂情况判别 .- 79 -8.3.2 应力计算 .- 83 -参考文献 .- 86 -水利水电工程专业毕业设计- 5 -摘要紧水滩水电站位于龙泉溪上，是瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、放木及防洪等综合利用要求。该工程挡水建筑物为混凝土重力坝，泄水建筑物为溢流坝，设计洪水位为289.94m，相应的下泄流量为 11000m3/s；校核洪水位为 291.80m，相应的下泄流量为 14100m3/s，正常蓄水位为 284m，设计低水位为 264m.非溢流坝坝顶高程293.88m。坝基开挖至高程 200m。最大坝高 93.88m。上游坝坡坡度 1：0.15，下游坝坡坡度 1：0.77，溢流坝堰顶高程 272.37m，水电站进水口中心线高程254.2m本枢纽河谷底宽 80m 左右，坝顶高程处坝轴线长 278m， ，泄水建筑物进口净宽 96m。根据布置，溢流坝段布置在河床中间，厂房布置在溢流坝段 ,为厂房顶溢流形式。因右岸比较平缓，可布置开关站.该工程采用坝后式水电站布置方式，通过计算选用了混流式水轮机型，转轮直径为 3.0m,转速为 214.3r/min。安装水轮发电机组 4 台， 单机容量 4.6 万千瓦，总装机容量为 18.4 万 kW。主厂房宽为 19m，长为 75.5m.副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房上游侧。主要布置各种机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。进场公路布置在左岸。本设计还包括坝内埋管的结构设计。关键词 坝后式水电站 混凝土重力坝 水轮机 发电机 进水口 厂房 坝内埋管 ABSTRACTJin-shui-tan hydroelectric station is located on Long-quan stream which is the first hydroelectric station of the upper mainstream of Ou river. The primary effect of the whole engineering is generating electricity that also meets the demand of shipping, drift wood, flood control and etc.This engineering use concrete gravity dam to prevent the water and overflowing dam to sluicing. The design water level is 289.94m ,its corresponding flow amount is 11000m3/s .The check level is 291.80m ,its corresponding flow is 14100m3/s.The regular water retaining level 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计- 6 -is 284m .The crest elevation of the non-over-fall dam is 293.88m , the foundation of dam arrives to 192m height,The max height of the dam is 93.88m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.77 ,the crest elevation is 272.37m . The elevation of the water intake of the plant is 254.2m.The width of bottom of the river vale to this hinge is about 80m; the length of axis on top of dam is 278m; According to disposal, the overflowing lies in the middle of riverbed, whereas factory lies in the middle of overflowing dam .Because the left shore is much flater which can lay the switch station. This engineering uses such disposal that the hydroelectric station is behind the dam. We choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3.0m and r.p.m is 214.3r/min. One of Generator has 46000 kw electricity. It is ensured to generate 184000 kw electricity. The width of the main power house is 19m,the length is 75.5m. All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house.This design concludes the penstock embeded in dam.Key Words：Power station at the toe of the dam ，concrete gravity ,overflow spillway, turbine, generator, intake, powerhouse, penstock embeded in dam 水利水电工程专业毕业设计- 7 -第一章 设计基本资料1.1 流域概况和地理位置紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积 2761 平方公里。龙泉溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度 153 公里，直线长度 77 公里，平均宽度 36 公里。除龙泉县城附近及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。河流四周均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达 1921 米，流域平均高度 662 米，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为 6.32 0.97，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属典型的山区性河流。龙泉溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。本工程为瓯江干支流规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）以及防洪等综合效益。电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地区通过 220 千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有 1.53 亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区防洪的负担。1.1.1 水文条件紧水滩坝址与石富站流域面积仅差 41 平方公里，占控制流域面积的 15%，故坝址处流量资料均不加修改，直接采用石富站资料。1.1.2 气象条件1.1.2.1 气温紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计- 8 -本地区地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温 17.3，月平均气温以 1971 年 7 月份 30.7最高，1962 年 1 月份 13最低，实测最高气温为 40.7（1966 年 8 月） ，最低气温-8.1（1969 年 2 月） 。1.1.2.2 湿度流域内气候湿润，历年平均相对湿度 79%，其中以六月份的 87%为最大，一月份的 84%为最小，实测最小相对湿度仅 8%。1.1.2.3 降雨量本流域距东海仅 120180 公里，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为1833.8 毫米，但在年内分配很不均匀，39 月占年雨量为 80.5%，其中 56 两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出现在此期间，实测最大 24 小时雨量为 236.8 毫米。79 月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大 24 小时雨量曾达 145.4 毫米。流域多年平均降水日数为 172 天，最多达 201 天，最少 145 天。1.1.2.4 风向风速本流域 4 至 8 月为东南风，1 至 3 月、9 至 12 月一般为东北风及西北风。历年平均风速 1.15 米/秒，出现在 1970 年 4 月，风向西北偏西。坝址区可能发生最大风力为 11 级，相当于风速 32 米/秒。1.1.3 厂区水位流量关系表 11 厂区水位流量关系水位（m） 202 203 204 205 206 207 208 209 210流量（m 3/s）80 240 540 880 1280 1740 2300 2900 3620水位（m） 211 212 213 214 215 216 217 218 219流量(m3/s) 4380 5200 6060 7000 7940 8980 10080 11200 12340水利水电工程专业毕业设计- 9 -1.1.4 水库面积、容积表 12 水库面积、容积高程（m）205 215 220 225 230 235 240面积（km 2）0 1.3 2.3 3.9 5.7 7.7 9.7容积（10 8m3）0 0.05 0.2 0.35 0.6 0.925 1.375高程（m）245 250 255 260 265 270 275面积（km 2）11.6 13.6 15.9 18.3 21.3 24.5 27.7容积（10 8m3）1.9 2.5 3.2 4.05 5.05 6.25 7.575高程（m）280 285 290 295 300面积（km 2）31.2 35.2 40.3 48.1 58.4容积（10 8m3）9.10 10.75 12.7 15.05 17.71.1.5 工程地质1.1.5.1 地形地势库区周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬完整，虽有部分断层伸延库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之虑。库区岩石以山岩为主