乌溪江水电站枢纽布置及岔管设计说明书.doc

目 录 目目 录录 .1 摘摘 要要 .5 ABSTRACT5 第一章第一章 设计基本资料设计基本资料 .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8 1.1.3工程地质9 1.1.4 当地建筑材料.10 1.2 设计资料.10 1.2.1水能规划10 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 水电站建筑物.11 1.2.5 专题.11 1.3 设计任务.11 1.3.1 枢纽布置、挡水及泄水建筑物.11 1.3.2 水电站引水建筑物.11 1.3.3 水电站厂房.12 1.3.4 其他.12 第二章第二章 水轮机水轮机 .13 2.1 水头 Hmax、Hmin、Hr选择13 2.1.1 max H的确定.13 2.1.2 min H 的确定13 2.1.3 av H 的确定13 2.2 水轮机选型.13 2.2.1 HL200型水轮机方案的主要参数选择.14 2.2.2 HL180型水轮机方案的主要参数选择.16 2.3 调速设备及油压设备选择.18 2.3.1调速功计算18 2.3.2 接力器选择.19 2.3.3 调速器的选择.20 2.3.4 油压装置.20 2.4 水轮机安装高程.20 2.5 水轮机蜗壳及尾水管.20 2.6 水轮机进水阀和起重设备.22 第三章第三章 发电机发电机 .23 3.1 主要尺寸.23 3.2 水轮发电机重量.23 第四章第四章 混凝土重力坝混凝土重力坝 .24 4.1 枢纽工程等级.24 4.2 剖面设计.24 4.2.1 基本剖面.24 4.2.2 实用剖面.25 4.3 稳定与应力校核.27 4.4 混凝土坝的材料与构造.29 4.3.1材料29 4.3.2构造29 4.5 地基处理.30 4.5.1开挖与清理30 4.5.2坝基帷幕灌浆30 4.5.3坝基排水设施30 第五章第五章 混凝土溢流坝混凝土溢流坝 .31 5.1 溢流坝孔口尺寸的确定.31 5.1.1 溢流坝下泄流量的确定.31 5.1.2溢流孔口尺寸确定和布置31 5.1.3 堰顶高程的确定.32 5.1.4闸门的选择32 5.2 溢流坝剖面设计.32 5.2.1 溢流面曲线.33 5.3 溢流坝稳定验算.34 5.4 溢流坝的结构布置.34 5.5 消能与防冲.35 5.5.1鼻坎的型式和尺寸35 5.5.2 挑射距离和冲刷坑深度的估算.35 第六章第六章 引水建筑物引水建筑物 .36 6.1 引水隧洞整体布置.36 6.1.1洞线布置36 6.1.2垂直方向36 6.2 细部构造.36 6.2.1 隧洞洞径.36 6.2.2 闸门断面尺寸.36 6.2.3 拦污栅断面.36 6.3 调压室.37 6.3.1 调压室功用.37 6.3.2 设置调压室的条件.37 6.4 压力管道设计.38 6.4.1 管道内径估算.38 6.4.2岔管处管道直径的确定38 6.4.3托马断面39 6.5 调压室设计比较.41 6.5.1 阻抗式调压室.41 6.5.2 差动式调压室.43 第七章第七章 主厂房尺寸及布置主厂房尺寸及布置 .49 7.1 主厂房长度确定.49 7.1.1机组间距49 7.1.2 端机组段长度.49 7.1.3 安装间长度.49 7.2 主厂房宽度确定.49 7.3 主厂房主要高程确定.50 7.3.1尾水管底板高程 1 50 7.3.2基岩开挖高程 2 .50 7.3.3水轮机层地面高程 3 50 7.3.4主阀廊道地面高程 4 50 7.3.5发电机层地面高程和安装间地面高程50 7.3.6尾水平台高程51 7.3.7吊车轨顶高程51 7.3.8厂房天花板高程和厂房顶部高程51 7.4 起重设备.51 7.5 厂区布置.52 第八章第八章 岔管岔管 .53 8.1 材料.53 8.2 水力计算.53 8.2.1水力计算应包括水头损失计算和水锤计算，计算应符合下列规定：53 8.2.2 水锤计算应根据本电站及电力系统的运行情况确定计算工况。水锤压力初步计算可按 下列工况进行：.53 8.3 岔管.54 8.3.1布置54 8.3.2 荷载和允许应力.54 8.3.3 抗外压稳定分析.54 8.3.4 结构设计.55 8.3.5 构造要求.55 8.3.6 岔管结构分析方法.55 摘 要 乌溪江水电站座落于浙江省乌溪江，湖南镇，属于梯级开发电站，根据地形 要求，其开发方式为有压引水式。坝区地质条件较好，主要建筑物（混凝土重力 坝） ，泄水建筑物（混凝土溢流坝） ，引水建筑物（有压引水遂洞、调压室和压力 钢管） ，河岸式地面厂房。 水库设计洪水位 237.5m，相应的下泄流量 5400m3/s；校核洪水位 239.0m， 相应的下泄流量 9700m3/s；设计蓄水位 231.0m，设计低水位 191.2m。 本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程 239.5m。坝底高程 115.0m。最大坝高 124.5m。上游坝坡坡度 1：0.1，下游坝坡坡度 1：0.8，溢流 坝堰顶高程 221.81m。 引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长 1138.8m。洞径 8m，调压室位 于厂房上游 228.1m 左右处，高程 254.4m 左右的山峦上，型式为差动式。 厂房位于下游荻青位置。设计水头 94.6m，装机容量 44.25=17 万 kW，主 厂房净宽 18.98m，净长 68.6m。水轮机安装高程 115.8m，发电机层高程 126.455m，安装场层高程 129.455m。厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制， 尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。 另外，本设计还对岔管体型设计及进行了结构计算。 Abstract The Wuxijiang hydropower station is located in HuNan Town in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploitation . According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining structure (the concrete non over-fall dam) ,the release works (the concrete overfall dam) ,the diversion structure (pressure seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station . The design water level is 237.5m ,its corresponding flow amount is 5400m3/s .The check level is 239.0m ,its corresponding flow is 9700m3/s .The regular water retaining level is 231.0m . The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is 239.5m ,and the base elevation is 115.0m ,The max height of the dam is 124.5 m ,The upstream dam slope is 1:0.1 ,the downstream dam slop is 1:0.8 ,the spillway crest elevation is 221.81m . The inducer of the seepage tunnel is located at the recess place ,The length of tunnel is 1138.8 m ,the diametric of which is 8m .The surge-chamber is located at the mountain , which is about 221.81m from the work shop building and is type is differential motion. The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is 94.6 m , the equipped capacitor is 170000kW ,the clean width is 18.98 m , its whole length is 68.6 m . The fix level of the turbine is 115.8 m , and the height of dynamo is 126.455m . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on . This design is concluded branch pipe. 关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；稳定；水轮机；引水隧洞； 调压室；厂房；岔管。 第一章 设计基本资料 1.1 流域概况和地理位置 乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附 近流入衢江，全长 170 公里，流域面积 2623 平方公里。 流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层 薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床 比降为 1/1000，水能蕴藏量丰富。 流域内已建成二级水电站，第一级为湖南镇水电站，坝址位于衢县境内乌溪 江区山前峦处，坝址以上流域面积为 2151 平方公里。第二级为黄坛口水电站， 坝址位于衢县黄坛口公社。坝址以上流域面积为 2328 平方公里。 1.1.1 水文条件 湖南镇坝址断面处多年平均径流量为 83.0m /s。实测最大洪峰流量为 5440 3 m /s， （1954 年） ，千年一遇洪水总量（4 日）为 11.0 亿立方米，洪峰流量为 3 11300m /s。万年一遇洪水（4 日）总量为 16.2 亿立方米，洪峰流量为 3 16600m /s。保坝洪水总量为 17.2 亿立方米，洪峰流量为 22000m /s。 33 表 1-1 坝址断面处（山前峦）水位流量关系曲线 水位（m） 122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5 流量 （m /s） 3 105010020050010002000 水位（m） 130.1132.6135.3137.6139.8141.8 流量 （m /s） 3 300050007500100001250015000 水位流量关系曲线 120 125 130 135 140 145 05000100001500020000 流量 水位 系列1 表 1-2 电站厂房处获青水位流量关系曲线 水位（m） 115115.17115.39115.57115.72115.87116 流量 （m /s） 3 1020406080100120 水位（m） 116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5 流量 （m /s） 3 1401601802004007001000 水位（m） 119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8 流量 （m /s） 3 15002000300040006000800010000 1.1.2 气象条件 乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温 10.4，月平均最低气温 4.9，最高气温 28。多年平均降雨为 1710mm ，雨量年内分配极不均匀， 4、5、6 三个月属梅雨季节，降雨量占全年的 50%左右。7、8、9 月份会受台风过 境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的 25%左右。 表 1-3 水库水位面积、容积曲线 高程 （m） 水库面积 （m） 2 总库容 （m） 8 10 3 25059.842592.54 24554.92305.69 24049.962043.54 23545.931803.82 23041.91584.24 22538.11384.24 22034.31203.24 21531.151039.62 21027.99891.77 20524.61760.27 20021.22646.69 19519.11544.87 19016.99454.62 18514.94374.79 18012.89305.22 1709.37193.62 1606.66113.77 1504.9555.72 1.1.3 工程地质 库区多高山峡谷，平原极少。地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状 节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部 土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的。唯 坝前水库左岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处 山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为 23 万立方米，在水库蓄 水过程中，裂隙中充填物受潮软化，易崩塌、滑落，由于距坝趾较近，在施工过 程中应注意安全。 库区未发现有经济价值的矿床，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有 30 余个 旧矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值。 本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较， 选用了山前峦坝址。 山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽 110m 左右，两岸地形对称，覆盖层较薄， 厚度一般在 0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约 24m。岩石风化普遍 不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层厚 1m 左右，半风化带厚约 212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状 以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米，规模及影响范 围均不大，坝址的主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙发育，差不多普及整个山坡， 其走向与地形线一致，影响边坡岩体的稳定性。 坝址地下水埋置不深，左岸为 1126m，右岸 1534m。岩石透水性小，相 对抗水层（条件吸水量 0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，因此坝基 和坝肩渗透极微，帷幕灌浆深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。 坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中 68m，详 见坝址地质剖面图。 坝体与坝基岩石的摩擦系数采用 0.68。 引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条 挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。 厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构 造较单一。有两小断层，宽 0.50.8m，两岸岩石完好。 本区地震烈度小于 6 度。 1.1.4 当地建筑材料 本工程需要砾石约 186 万立方米，砂 67 万立方米。经勘测，砂的粒径偏细， 砾石超粒径的含量偏多，其他指标均能满足要求，但坝址附近几个料场的贮量不 能完全满足设计要求。故不足的砾石用轧石解决，轧石料场选在大坝左岸距坝址 0.812 公里的范围内。不足的砂料用楼里村附近的几个料场补充，距坝址 2.53 公里。 坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。 1.2 设计资料 1.2.1 水能规划 a .校核洪水位：239.0m，校核最大洪水下泄流量 9700m 3 /s； b .设计洪水位：237.5m，设计洪水最大下泄流量 5400m 3 /s； c .设计蓄水位：231.0m； d .设计低水位：191.2m； e .装机容量：17 万 kW，即 44.25=17 万 kW； f .机组机型：自选 1.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物 a.挡水建筑物： 混凝土重力坝 b.泄水建筑物： 混凝土溢流坝 c.其它 ：无 1.2.3 引水建筑物 有压引水 1.2.4 水电站建筑物 河岸式地面厂房 1.2.5 专题 岔管 1.3 设计任务 1.3.1 枢纽布置、挡水及泄水建筑物 要求对整个水利枢纽进行布置（包括挡水及泄水建筑物、引水建筑物、厂房、 对外交通、进水口及开关站等，绘出枢纽平面布置图） 要求根据现有资料设计挡水及泄水坝段的断面型式，进行必要的稳定计算， 绘出挡水及泄水坝的剖面图。 1.3.2 水电站引水建筑物 根据地形、地质条件选顶引水隧洞的路线，并设计隧洞断面的型式，绘出引 水隧洞的布置图（含进水口） 。 根据地形、地质及水力计算，确定调压室的位置、型式和尺寸并绘出调压室 剖面图。 1.3.3 水电站厂房 根据所选机型及水位计算条件，确定厂房的轮廓尺寸，并绘出发电机层、水 轮机层和蜗壳层的平面布置图以及厂房的横剖面图。 对厂区进行布置并绘出平面布置图（包括开关站、主变场、厂房、尾水渠和 对外交通等） 1.3.4 其他 岔管设计（包括岔管体型设计及结构计算） 第二章 水轮机 2.1 水头 H、H、H 选择 maxminr 根据 N=8.3QH 绘 NH 曲线图。 2.1.1 的确定 max H a. 校核洪水位下最大下泄流量 9700，查获青水位流量关系曲线得下游sm3 水位 129.5m,净水头 H=96（239-129.5）=105.12m b. 设计洪水位下最大下泄流量 5400,查获青水位流量关系得下游水位sm3 124.915m,净水头 H=96（237.5-124.915）=108.1m c. 设计蓄水位下四台机组满发查 NH 曲线图得 H=109.97m =max105.12,108.1,109.97=109.97m max H 2.1.2 的确定 min H 设计低水位下四台机组满发查 NH 曲线图得 H=71.5m 2.1.3 的确定 av H 加权平均水位94.6m minmaxav 4 . 06 . 0HHH 引水式水电站=94.6m r H av H 2.2 水轮机选型 根据该水电站的水头工作范围 71.5109.97m，查水电站水轮机系列型 谱表选择合适的水轮机型有 HL200、HL180 型两种。现将这两种水轮机作为初选 方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。 本电站 4 台机组，装机容量 N=170000kW，发电机效率=97，则水轮机单 机出力 N=43814.43kW m N 97 . 0 4 170000 2.2.1 HL200 型水轮机方案的主要参数选择 2.2.1.1 转轮直径 1 D 假定=90%，查型谱表得在限制工况下单位流量=0.95m 1 Q s/ 3 转轮直径=2.39 m rr 1 r 1 HH81Q . 9 N D 式中 - 水轮机额定出力,kW； r N - 水轮机限制工况下单位流量，； 1 Q sm3 - 设计水头，m； r H - 发电机效率，%。 选用与之接近而偏大的标称直径=2.5m。 1 D 2.2.1.2 转速 n 查型谱表得最优工况下单位转速min/68 10 rn 10av 1 nH n264.6r min D 式中 n - 水轮机转速，r/min； - 原型最优单位转速，r/min； 10 n - 加权平均水头，m； av H - 标称直径，m。 1 D 选用与之接近而偏大的标准同步转速 n=300r/min 。 2.2.1.3 效率及单位参数修正 查型谱表得最优工况下模型最高效率，模型水轮机直径% 7 . 90 max M ，效率修正值mD M 46 . 0 1 015 . 0 原型最高效率 1M 5 maxMmax 1 D 1 (1)93.4% D 效率修正值 Mmaxmax 0.6% （与上述假定相同） M 90% 3% 1 maxMmax 10 n 11.5% n 单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正。 1 Q 2.2.1.4 工作范围的检验 =0.863 r 1max 2 1rr N Q 9.81D HH sm3 水轮机最大引用流量： =52.46 2 max1max1r QQDHsm3 与特征水头相对应的单位转速： 1 1min max nD n71.5r min H 1 1max min nD n88.7r min H 1 1r r nD n77.1r min H 在 HL200 型水轮机模型综合特性曲线图上画出工作范围。 2.2.1.5 水轮机吸出高度 Hs 计算 由,0.863,在该型号水轮机模型综合特性曲线中minr 1 . 77n r1 max1 Qsm3 查得模型气蚀系数=0.105.根据设计水头 Hr=94.6m 查水电站图 2-26 得气蚀 系数修正值=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得=115.74m， 故水轮机吸出高度 Hs=10-（）H=-1.764m。 900 式中-水轮机安装位置的海拔高程，m； -气蚀系数； -气蚀系数修正值； H水轮机水头，取为设计水头，m。 2.2.2 HL180 型水轮机方案的主要参数选择 2.2.2.1 转轮直径 1 D 假定=90%，查型谱表得在限制工况下单位流量=0.86m 1 Q s/ 3 转轮直径=2.5m，取标称直径=2.5m rr 1 r 1 HH81Q . 9 N D 1 D 2.2.2.2 转速 n 查型谱表得最优工况下单位转速min/67 10 rn ，取 n=250r/min 10av 1 nH n260.7r min D 2.2.2.3 效率及单位参数修正 查型谱表得最优工况下模型最高效率，模型水轮机直径%92 max M ，效率修正值mD M 46 . 0 1 018 . 0 原型最高效率 1M 5 maxMmax 1 D 1 (1)94.3% D 效率修正值 maxmax 0.5% M （与上述假定相同） M 90% 3% 1 maxMmax 10 n 11.3% n 单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正。 1 Q 2.2.2.4 工作范围的检验 =0.863 r 1max 2 1rr N Q 9.81D HH sm3 水轮机最大引用流量： =52.46 2 max1max1r QQDHsm3 与特征水头相对应的单位转速： 1 1min max nD n59.6r min H 1 1max min nD n73.9r min H 1 1r r nD n64.26r min H 在 HL180 型水轮机模型综合特性曲线图上绘出工作范围。 2.2.2.5 水轮机吸出高度 Hs 由,0.863,在该型号水轮机模型综合特性曲线中minr26.64n r1 max1 Qsm3 查得模型气蚀系数=0.086.根据设计水头 Hr=94.6m 查水电站图 2-26 得气蚀 系数修正值=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得=115.74m， 故水轮机吸出高度 Hs=10-（）H=10-（0.086+0.018） 900 900 74.115 94.6=0.033m 表 21 水轮机方案参数对照表 序号 项目 HL200HL180 1推荐使用的水头范围(m)9012590125 2 模型转 轮参数 最优单位转速 （r/min） 10 n 68.067.0 3 最优单位流量 （L/s） 10 Q 800720 4 限制工况单位流量 sLQ/ max1 950860 5 最高效率 % Mnax 90.792.0 6气蚀系数 0.1050.086 7 工作水头范围（m） 71.510 9.97 71.510 9.97 8 转轮直径（m）1 D 2.5 25 9转速（r/min）n 300250 10 最高效率（%） max 93.494.3 11 额定出力（kW）r N 43814.4343814.43 12 原型水 轮机参 数 最大引用流量（ max Q ）sm / 3 52.4652.46 13 吸出高度（m） s H -1.7640.033 根据水轮机方案参数对照表可看出，两种不同机型方案在同样水头下满足额 定出力情况下，HL180 型具有工作范围好，气蚀系数小，安装高程高等优点，故 选择 HL180 型水轮机。 2.3 调速设备及油压设备选择 2.3.1 调速功计算 3 r max N Q45.13m s 9.81H 30000NmNm10)1.875 . 1 ( DHQ250200A 5 1max 式中 最高水头 ，m； max H Q最大水头下额定出力时的流量，；sm / 3 水轮机直径，m。 1 D 属于大型调速器，接力器调速柜和油压装应分别进行计算和选择 2.3.2 接力器选择 2.3.2.1 接力器直径计算 选额定油压为 2.5MPa，则每个接力器直径为 s d 1 0 s1max b dDH352mm D 式中 标准正曲率导叶参数，由，查得； 0 16Z 0.03 最高水头 ，m； max H -导叶相对高度。 0 1 b D 由此，在水电站机电设备表 4-4 中选择与之接近而偏大的的375mmds 标准接力器。 232.2 接力器最大行程 max0max 8 . 14 . 1aS 式中 水轮机导叶最大开度，mm。 0max a 00M 0max0Mmax 0M0 D Z aa175mm DZ 式中 -原型和模型水轮机导叶轴心圆直径； 00 , M D D -原型和模型水轮机导叶数目； 00 , M ZZ -模型水轮机导叶最大开度。 0maxM a 采用系数 1.8，则315m . 0 1758 . 1Smax 2.3.2.3 接力器容积计算 两个接力器的总容积 s V 23 ssmax Vd S0.07m 2 2.3.3 调速器的选择 大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径 ，导叶关闭时间，管内油流速，则 ms s VT V d13 . 1 sTs4smVm/5 . 4 mm VT V d ms s 7113 . 1 选择与之相邻而偏大的 DT-80 气液压型调速器。 2.3.4 油压装置 此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积 3 KS V(18 20)V1.26 1.4m 由此，在水电站机电设备表 4-2 种选则与之相邻而偏大的 YZ-1.6 分离 式油压装置。 2.4 水轮机安装高程 一台水轮机额定流量 Q=52.46m /s,查获青水位流量关系曲线得设 Hr N 81 . 9 3 计尾水位 =115.5m。 w 水轮机安装高程 Zs= +Hs+b /2=115.783m,取为 115.8m。 w0 式中 -设计尾水位，m； w Hs水轮机安装高程，m； b -导叶高度，m。 0 2.5 水轮机蜗壳及尾水管 金属蜗壳，断面为圆形，座环蝶形边切线与水平中心线夹角=55 ，蜗壳包 角=345 。 0 通过任一断面 i 的流量 Q =Q/360 ，断面半径 imaxi = i c i v Q 360 max 式中 蜗壳断面流速 ，根据水轮机设计水头查水电站图 2-8 得 c V v =7.5m/s； c -断面半径，m； i 蜗壳包角； i 相应的最大流速，。 max Q 3 /ms 由水轮机转轮直径查得：座环外径=410cm，内径=340cm ，则 a D b D r =D /2=2.05m，r =D /2=1.7m aabb 断面中心距 a =r +,断面外半径 R =r +2 iai iai 表 2-2 涡壳计算表格 从蜗壳鼻端 至断面 i 的 包角 （） i 断面半径 （m） i 断面中心 距(m) i a 断面外半 径(m) i R 345 1.463.514.97 300 1.363.414.77 255 1.263.314.57 210 1.143.194.33 165 1.013.064.07 120 0.862.913.77 75 0.682.733.41 30 0.432.482.91 尾水管尺寸的确定： 采用弯肘形尾水管： a.进口直锥段 单边扩散角=8 b.中间弯肘段 h =1.35D =3.375m, D =1.35D =1.352.5=3.375m, 4141 h =0.675D =1.6875m, L =1.82D =4.55m 6111 c.出口扩散段 尾水管水平长度 L=4.5D =11.25m，尾水管高度 1 h=2.6D =6.5m，h =1.22D =3.05m，顶板仰角=15 ，B =2.72D =6.8m。由于下 151 51 游布置副厂房，尾水管加长至 15.55m。 2.6 水轮机进水阀和起重设备 采用蝴蝶阀，直径 D，进口断面直径 D 0 D f 671 . 0 0687 . 0 1 3 max H =3.5m，D =，选用蝴蝶阀直径 D。 0f m3 . 4 671 . 0 5 . 3 m f 6 . 4 最重吊运部件重量 162t，机组台数 4 台，选用一台双小车桥式起重机，名义 起重量 2100t，跨度 Lm k 14 第三章 发电机 由 N=42500kW 和 250r/min，套用水电站机电设备附表 8，选择 SF42.5- 24/520 型发电机。 3.1 主要尺寸 定子内径=4600mm，定子铁芯长度 t l =1820mm，定子铁芯外径 a D =5200mm， i D 定子机座外径 6390mmD1 ，风罩内径 D2 =8800mm，转子外径=4572mm，下机 3 D 架最大跨度 4100mmD4 ，定子机座高度= 2980mm，上机架高度=1250mm， 1 h 2 h 永磁机高度=600mm，定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离 6 h =540mm，下机架支承面主主轴法兰底面距离=1105mm，转子磁轭轴向高度 8 h 9 h =2550mm，发电机主轴高度=6968mm，定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距 10 h 11 h =3180mm 12 h 3.2 水轮发电机重量 水轮发电机的总重量 G =318t，发电机转子重量 G =162t FZ 第四章 混凝土重力坝 4.1 枢纽工程等级 水电站装机容量 17 万 kW，水库校核洪水位 239.0m，查水库水位容积关系曲 线得水库总库容，故工程规模为大（1）型，主要建筑 38 10 6 . 1995m 38 1010m 物级别：1 级，次要建筑物：3 级，临时建筑物：4 级。 4.2 剖面设计 重力坝剖面设计的任务在于选择一个既满足稳定回去强度要求，又使体积最 小和施工简单、运行方便的剖面。 4.2.1 基本剖面 重力坝的基本剖面，一般指在主要载荷作用下满足坝基面稳定和应力控制条 件的最小三角剖面。因此，基本剖面分析的任务是在满足强度和稳定的要求下， 根据给定的坝高求得一个最小的坝底宽度，也就是确定三角形的上下游坡度。HB 为分析方便计，沿坝轴线方向取单位长度的坝体进行研究，其上下游面的水平投 影长度分别为和。假定上游库满水位平三角形顶点水深为，下游无 B B1 H 水。坝的载荷只考虑上游水平压力、水重和坝体自重以及扬压力，在此P Q GU 情况下，讨论及应如何取值才能满足安全和经济的要求。 B 按在主要荷载作用下剖面满足坝基面稳定和应力控制条件确定坝底最小宽度。 联立求解 B/H=，B=。 1 21 1 r rc 1 r r f kH c 式中 B坝底宽度，m； H基本剖面坝高，m； 坝体材料容重，； c 3 /mkN 水的容重，； 0 3 /mkN 扬压力折减系数,按规范坝基面取 0.25；1 摩擦系数，由资料可得本设计采用 0.68； f k 基本组合安全系数。 其中 H=239-115=124m，坝体材料容重 r =24kN/m ，水容重 r =10kN/m ，坝 c 3 3 基摩擦系数 f=0.68，扬压力折减系数=0.25，基本组合安全系数 k=1.0. 1 解得，B=84.66m004 . 0 4.2.2 实用剖面 4.2.2.1 坝顶高程 a.设计洪水位情况 山区峡谷受台风影响，取计算风速 V =14m/s,有效吹程 2000m，采用官厅水 库计算公式。 1/3 1/12 22 0.00760.0284 ghgD v vv 故 h=0.0284m57 . 0 81 . 9 /142 1/3.75 1/2.15 22 0.3310.3313 m gLgD v vv 故平均波长 L =0.3313 m m62 . 6 81 . 9 /142 由于，h 相当于累积频率 5%的波高。查水工建筑物表 2-12 1 . 100 2 v gD 得 h=0.71m。波浪中心线高出计算静水位 h。安全超 %1 2 1% 2 0.24 z mm hH cthm LL 高查水工建筑物表 4-5 得 h =0.7m，故坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位 c 高度。 1% 1.65 zc hhhhm 设 坝顶上游防浪墙顶高程=设计洪水位+mh15.23965 . 1 5 . 237 设 b.校核洪水位情况 h=0.71m，h,安全超高查得 h,故坝顶上游防浪墙顶应超出 %1 m z 24 . 0 m c 5 . 0 水库静水位高度。坝顶上游防浪墙顶mhhhh cz 45 . 1 5 . 024 . 0 71 . 0 %1 校 高程=校核洪水位+mh45.24045 . 1 239 校 比较上述两种情况得坝顶防浪强顶高程为 240.5m，防浪墙高度取 1m，最后 确定坝顶高程为 239.5m，查坝轴线工程地质剖面图得可利用基岩最低点高程 115m， 故最大坝高=239.5-115=124.5m。 其中坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度 cz hhhh %1 2 式中累积频率为 1%波浪高度，m； %1 2h 波浪中心线高出静水位的高度，m； z h 安全超高，m。(基本组合：=0.7m，特殊组合：=0.5m) c h c h c h ， ，h 3/1 2 12/1 2 0076 . 0 v gD v v gh 75 . 3 /1 2 15 . 2 /1 2 331 . 0 v gD v v gLm mm z L H cth L h2 2 %1 式中计算风速，m/s； v h -波高，m； D -风区长度，m； L -平均波长，m； m h-累积频率 1%的波高，m； %1 H -坝前水深，m。 4.2.2.2 坝顶宽度 坝顶宽度 b=（8%10%）H，且不宜小于 3m，取 10m。 4.2.2.3 剖面形态 由上可知，采用上游坝面上部铅直、而下部呈倾斜，这样可利用部分水重来 增强坝的稳定性。采用的折坡高程为 175.0m，坡度为 1:0.1，下游坡 m=0.8，坝 底宽度 B=105.2m。 最终确定的剖面如下图所示： 图 4-1 非溢流坝剖面 4.3 稳定与应力校核 本设计采用定值安全系数法进行抗滑稳定分析，采用材料力学法进行应力分 析。 混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水 工建筑物结构安全级别，见下表。 表 4-1 水工建筑物结构安全级别 水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别 1 2、3 4、5 按照承载能力极限状态作用基本组合设计时应考虑的基本作用一般包括： a1.坝体及其上永久设备自重； b1.静水压力； c1.相应正常蓄水位或防洪高水位时的扬压力； d1.淤沙压力； e1.相应正常蓄水位或防洪高水位的重现期 50 年一遇风速引起的浪压力； f1.冰压力（与浪压力不并列） ； g1.相应于防洪高水位时的动水压力。 偶然作用一般包括： a2.校核洪水位时的上下游静水压力 b2.相应于校核洪水位时的扬压力 c2.相应于校核洪水位时的浪压力 d2.相应于校核洪水位时的动水压力 e2.地震作用 基本组合 1:正常蓄水位情况，作用包括 a1，b1，c1，d1，e1 基本组合 2:防洪高水位情况，作用包括 a1，b1，c1，d1，e1，f1 偶然组合 1:校核洪水位情况，作用包括 a1，d1，a2，b2，c2，d2 偶然组合 2:地震情况，作用包括 a1，b1，c1，d1，e1，e2 抗滑稳定安全系数：k= P UWf 滑动力 阻滑力 式中作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和；W 作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和；P U -作用于滑动面上的扬压力； f -滑动面上的抗剪摩擦系数； K -抗滑稳定安全系数。 表 4-2 抗滑稳定安全系数 K 荷载组合1 级坝2 级坝3 级坝 基本组合 1.101.051.05 特殊组合 1 1.051.001.00 特殊组合 2 1.001.001.00 假定任一水平截面上的垂直应力呈直线分布，采用材料力学偏心受压公式 y 计算。 2 6 B M B W y 2 6 B M B W y 式中作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力总和；W 作用于计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和；M B - - 计算截面沿上下游方向的宽度。 4.4 混凝土坝的材料与构造 4.3.1 材料 采用的混凝土编号为 20 C 4.3.2 构造 4.3.2.1 坝顶结构 采用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备，坝顶 宽 10m，坝顶高程为 239.5m。 4.3.2.2 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，间距 30m。 为了加强坝体的整体性，缝面设置键槽，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。 4.3.2.3坝内廊道 为进行帷幕灌浆，集中与排除坝体和坝基渗水，安装观测设备以及监视坝体 运行情况等，设置纵向排水检查廊道和横向检查廊道，每隔 30m 高差设置一层， 廊道宽 2.5m，高 3m，基础横向和纵向排水廊道，宽 2m,高 2.5m。 4.5 地基处理 4.5.1 开挖与清理 左岸有断层破碎带贯穿整个山坡，故需进行灌浆加固处理，除适当国深表层 砼塞外，仍需在较深的部位开挖若干斜井和平洞，然后用砼回填密实，形成由砼 斜塞和水平塞所组成的刚性支架，用以封闭该范围内的破碎填充物，限制其挤压 变形，减小地下水对破碎带的有害作用。 河床段及右岸靠近河床段了裂隙，采用砼梁和砼拱进行加固，具体分法是将 软弱带挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地区的承载力。 4.5.2 坝基帷幕灌浆 在靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂缝和孔隙 等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。以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，即防止基岩裂缝中的充填物被 带走或溶滤。 4.5.3 坝基排水设施 基础灌浆廊道下游侧设主排水孔，孔距 3m，孔径 15cm。 第五章 混凝土溢流坝 5.1 溢流坝孔口尺寸的确定 5.1.1 溢流坝下泄流量的确定 通过溢流坝顶的下泄流量为： Q=Q 引 Q S 式中 通过枢纽下泄流量，m； s Qs/ 3 经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量，m； 引 Q s/ 3 安全系数，正常运用时取 0.750.9，校核情况取为 1.0。 则设计洪水下通过溢流坝的下泄流量 Q=Q5248.4 m，校核洪水 引 Q S s/ 3 下通过溢流坝的下泄流量 Q=Q9505.16m 引 Q S s/ 3 5.1.2 溢流孔口尺寸确定和布置 单宽流量 50100 m，分别计算设计和校核情况下孔口宽度。s/ 3 表 5-1 孔口净宽计算 计算情况 流量 Q（m）s/ 3 单宽流量 q（m）s/ 3 孔口净宽 B（m） 设计情况5248.4 50100104.96852.484 校核情况9505.16 50100190.195.05 溢流坝孔口宽度取 60m，每孔宽度 10m，孔数 n=6，初拟闸墩厚度为 3m，则 溢流坝总长度 L =nb+（n-1）d=60+15=75m 0 式中 溢流段总宽度，m； 0 L n孔数； b每孔净宽，m； 闸墩宽度，m。 d 5.1.3 堰顶高程的确定 由 q=m计算堰顶水头，计算水位减去相应堰上水头即为堰顶高程。2 3 0 2 Hg 式中 m流量系数； 重力加速度，m； g 2 /s 坝顶溢流的堰顶水头，m。 0 H 表 5-2 堰顶高程计算 计算情况流量 （m）s/ 3 流量系数孔口净宽 （m） 堰顶水头 （m） 堰顶高程 （m） 设计情况5248.40.5026011.57225.93 校核情况9505.1