紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计计算书

- 1 - 目 录 第一章第一章 水轮机水轮机 - - 1 1 - - 1.11.1 特征水头的确定特征水头的确定 - - 1 1 - - 1.21.2 水轮机选型水轮机选型 - - 3 3 - - 1.31.3 水轮机蜗壳及尾水管水轮机蜗壳及尾水管 - - 5 5 - - 1.3.1 蜗壳尺寸确定.- 5 - 1.3.2 尾水管尺寸确定.- 5 - 1.41.4 调速设备及油压设备选择调速设备及油压设备选择 - - 5 5 - - 1.4.1 调速功计算.- 5 - 1.4.2 接力器选择.- 6 - 1.4.3 调速器的选择.- 6 - 1.4.4 油压装置.- 6 - 第二章第二章 发电机发电机 - - 8 8 - - 2.12.1 发电机的尺寸估算发电机的尺寸估算 - - 8 8 - - 2.1.1 主要尺寸估算.- 8 - 2.1.2 外形尺寸估算.- 8 - 2.22.2 发电机重量估算发电机重量估算 - - 1010 - - 第三章第三章 混凝土重力坝混凝土重力坝 - - 1111 - - 3.13.1 剖面设计剖面设计 - - 1111 - - 3.1.1 坝高的确定- 11 - 3.1.2 坝底宽度的确定- 13 - 3.23.2 稳定与强度校核稳定与强度校核 - - 1313 - - 3.2.1 作用大小- 13 - 3.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算- 16 - 3.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算- 22 - 第四章第四章 引水建筑物布置引水建筑物布置 - - 2424 - - - 2 - 4.14.1 压力钢管布置压力钢管布置 - - 2424 - - 4.1.1 确定钢管直径- 24 - 4.24.2 进水口布置进水口布置 - - 2424 - - 4.2.1 确定有压进水口的高程- 24 - 4.2.2 渐变段尺寸确定- 25 - 4.2.3 拦污栅尺寸确定- 25 - 4.2.4 通气孔的面积确定- 25 - 第五章第五章 主厂房尺寸及布置主厂房尺寸及布置 - - 2727 - - 5.15.1 厂房高度的确定厂房高度的确定 - - 2727 - - 5.1.1 水轮机安装高程- 27 - 5.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程- 27 - 5.1.3 基岩开挖高程- 27 - 5.1.4 水轮机层地面高程- 27 - 5.1.5 发电机层楼板高程- 27 - 5.1.6 吊车轨顶高程- 28 - 5.1.7 厂房顶高程- 28 - 5.25.2 主厂房长度的确定主厂房长度的确定 - - 2828 - - 5.2.1 机组段长度确定- 28 - 5.2.2 端机组段长度- 29 - 5.2.3 装配场长度- 29 - 5.35.3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定主厂房宽度和桥吊跨度的确定 - - 2929 - - 第六章第六章 混凝土溢流坝混凝土溢流坝 - - 3131 - - 6.16.1 溢流坝段总宽度的确定溢流坝段总宽度的确定 - - 3131 - - 6.1.1 单宽流量 q 的选择- 31 - 6.1.2 确定溢流前缘总净宽 L - 31 - 6.1.3 确定溢流坝段总宽度- 32 - 6.26.2 堰顶高程的确定堰顶高程的确定 - - 3232 - - 6.2.1 堰顶高程的确定- 32 - 6.2.2 闸门高度的确定- 32 - 6.36.3 堰面曲线的确定堰面曲线的确定 - - 3232 - - 6.3.1 最大运行水头和定型设计水头的确定 - 33 - max H d H 6.3.2 三圆弧段的确定- 33 - - 3 - 6.3.3 曲线段的确定- 33 - 6.3.4 直线段的确定- 33 - 6.3.5 反弧段的确定- 34 - 6.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定- 35 - 6.3.7 溢流坝倒悬的确定- 35 - 6.46.4 溢流坝强度和稳定验算溢流坝强度和稳定验算 - - 3535 - - 6.4.1 作用大小- 36 - 6.4.2 承载能力极限状态强度和稳定验算- 37 - 6.4.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算- 40 - 6.56.5 消能与防冲消能与防冲 - - 4040 - - 6.5.1 挑射距离和冲刷坑深度的估算- 40 - 第七章第七章 压力钢管应力分析及结构设计压力钢管应力分析及结构设计 - - 4141 - - 7.17.1 水力计算水力计算 - - 4141 - - 7.1.1 水头损失计算- 41 - 7.1.2 水锤计算- 46 - 7.27.2 压力钢管厚度的拟定压力钢管厚度的拟定 - - 4949 - - 7.37.3 钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析 - - 5151 - - 7.3.1 混凝土开裂情况判别- 51 - 7.3.2 应力计算- 55 - - 1 - 第一章 水轮机 1.1 特征水头的确定 1. 在校核洪水位下, 四台机组满发，下泄流量 Q=14100m3/s,由厂区水位流量关 系可得，尾水位尾=220.54m，库=291.8m H1=0.99(库尾)=0.99(291.8220.54)=70.54m 2, 在设计洪水位下，四台机组满发，下泄流量=11000 m3/s,由厂区水位流量关 系得, 尾水位尾=217.82m, 库=289.94m H2=0.99(库尾)=0.99(289.94217.82)=71.40m 3, 在设计蓄水位下,一台机组满发，由下列式子试算出该情况下对应的下泄流量 和水头 N=9.81QH H=0.99(库尾) 尾=f (Q) =水电=0.950.9 列表试算，得 Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw) 60284201.8881.3040916.35 65284201.9181.2744309.18 70284201.9481.2447699.42 67.5284201.9281.2646004.63 当下泄流量为 67.5 m3/s 时，一台机组满发，对应水头为 81.26m.，即 H3=81.26m. 4.在设计蓄水位下，四台机组满发，试算该情况下对应的下泄流量和水头，列表 试算 Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw) 300284203.279.99201281.07 250284203.0380.16168080.21 270284203.180.09181377.16 - 2 - 274284203.180.08184033.9 当下泄流量为 274 m3/s 时，四台机组满发，对应水头为 80.08m，即 H4=80.08m。 5.在设计低水位下，四台机组满发，试算该情况下对应的下泄流量和水头，列表 试算 Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw) 300264203.260.19151459.02 400264203.5359.87200838.21 350264203.3760.02176217.81 362264203.4159.97184000 当下泄流量为 362m3/s 时，四台机组满发，对应水头为 59.79m，即 H5=59.79m. 6.在设计低水位下，一台机组满发，试算该情况下对应的下泄流量和水头，列表 试算 Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw) 8026420261.3841186.23 90264202.0661.3246287.80 8526461.3561.3543738.31 89.4526461.3261.3246006.33 当下泄流量为 89.45m3/s 时，一台机组满发，对应水头为 61.32m，即 H6=61.32m. max123456 maxHHHHHHH =max 70.5471.4081.2680.0859.7961.32 =81.2 min123456 minHHHHHHH =min 70.5471.4081.2680.0859.7961.32 =59.79 maxmin 0.60.4 av HHH - 3 - 0.6 81.260.4 59.79 =72.74 =69.110.95 rav HH0.95 72.74 由 H1=70.54m,H2=71.40m,H3=81.26m,H4=80.08m,H5=59.79m,H6=61.32m，确 定：最大水头 Hmax=81.2m ,最小水头 Hmin=59.79m,加权平均水头 Hav=0.6Hmax+0.4 Hmin 0.681.2+0.459.79=72.74m,设计水头 Hr=0.95 Hav=0.9572.74=69.11m 1.2 水轮机选型 根据水头变化范围 59.79m81.26m,在水轮机系列型谱表 33.表 34 中查出 合适的机型为 HL220. HL220 型水轮机的主要参数选择 1. 转轮直径 D1计算 查水电站表 36 和图 312 可得 HL220 型水轮机在限制工况下单位流 量 Q11M=1150L/s，效率 =89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下单位 流量 Q11= Q11M=1150L/s，效率 =90%。 发电机的额定效率取为 gr=96%,Nr=Ngr/gr=46000/96%=47916.67kw D1=2.866m r 11rr N 9.81Q HH 47916.67 9.81 1.15 69.1169.11 90% 选用与之接近而偏大的标称直径 D1=3.0m. 2. 转速 n 计算 查水电站表 34 可得，HL220 型水轮机在最优工况下单位转速 n110M=70.0 r/min,初步假定 n110=n110M=70.0r/min,Hav=72.74m,D1=3.0m. n=199.00r/min 110 1 av nH D 70.072.74 3.0 选择与上述计算值相近而偏大的同步转速 n=214.3r/min。 3. 效率及单位参数修正 查表 36 可得 HL220 型水轮机在最优工况下的模型最高效率为 Mmax =91% 模型转轮直径 D1M=0.46m - 4 - max=1-(1-Mmax)=1-(1-91%)=93.8% 1 5 1 M D D 5 0.46 3.0 则效率修正值为 =93.8%-91%=2.8%。考虑到模型与原型水轮机在制造上的差 异。常在已求得的 值中再减去一个修正值 ，现取 =1.0%，可得修正值 为 =1.8%，原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 max=Mmax+=91%+1.8%=92.8% =M+=89%+1.8%=90.8%90% 与假定不符 重新假定效率 =90.8%，采用上述过程，得出 D1=3.0m,n=214.3r/min, max=93.8% =93.8%-91%-=93.8%-91%-1%=1.8% max=Mmax+=91%+1.8%=92.8% =M+=89%+1.8%=90.8% 与上述假定值相同 单位转速的修正值 =(-1)=（-1）=0.98% 110 110M n n max maxM 0.928 0.91 由于150r/min，选择悬式发电机。查表，对应 SF65-28/640, 功率因数 cos=0.90.则发电机额定容量 Sf为 Sf=Nf/cos=46000/0.9=51111.11kVA 2.1.1 主要尺寸估算 1. 极矩 =58.83cm 4 4 51111.11 9 22 14 f j S K p 由极矩 ，计算转子的飞逸速度 Kf=nf/n=410/214.3=1.91 Vf=KfV=1.9158.83=112.55m/s 2. 定子内径 Di - 9 - Di=524.33cm 22 14 58.83 p 3. 定子铁芯长度 lt lt=157.73cm (查表 71，C 取 5.510-6) 26 51111.11 5.5 10214.3 f ie S CD n lt/=157.73/58.83=2.68 定子铁芯长度 lt主要受发电机的通风冷却和运输条件的限制。当 lt/3 时， 通风较困难；当 lt/2.5m 时，一 般采用现场叠装定子。 4 定子铁芯外径 Da ne166.7rpm Da=Di+=524.33+58.83=583.16cm 2.1.2 外形尺寸估算 2.1.2.1 平面尺寸估算 1.定子基座外径 20000kVA） 3. 转子外径 D3= Di-2= Di=524.33cm （ 为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计） 4. 下机架最大跨度 D4=D5+0.6=4.2+0.6=4.8m 5. 水轮机基坑直径 D5=4.2m 6. 推力轴承外径 D6=3.4m 7. 励磁机外径 D7=2.4m 2.1.2.2 轴向尺寸计算 - 10 - 1. 定子机座高度 h1= lt+2=157.73+258.83=275.34cm (ne214.3r/min) 2. 上机架高度 h2=0.25 Di=0.2558.83=131.08cm （悬式承载机架） 3. 推力轴承高度 h3=1600mm 励磁机高度 h4=2100mm=2.1m （包括励磁机架，高度 900mm） 副励磁机高度 h5=900mm=0.9m 永磁机高度 h6=700mm=0.7m 4. 下机架高度 h7=0.12 Di=0.12524.33=62.92cm （悬式非承载机架） 5. 定子支座支承面至下机架支承面的距离 h8=0.15 Di=0.15524.33=78.65cm 6. 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离 h9=1m （按以生产的发电计资料，一般为 7001500mm，取 1000mm=1m） 7. 转子磁轭轴向高度 h10= lt+（500600）mm=1.58+0.52=2.1m (无风扇时) 8. 发电机主轴高度 h11= （0.70.9）H=（0.70.9）10.45=7.329.41 取 h11=7.5m - 11 - 1 9. 定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离 h12=0.46h1+h10 2.2 发电机重量估算 水轮发电机的总重量 Gf=K1=346.13t 2 2 3 3 51111.11 9 214.3 f e S n 发电机转子重量约为 0.5Gf=0.5346.13=173.1t 第三章 混凝土重力坝 - 12 - 3.1 剖面设计 水库总库容 13.71 亿 m3，工程规模为大（1）型，一等。主要建筑物为 1 级， 次要建筑物为 3 级，临时性建筑物为 4 级。 3.1.1 坝高的确定 水库总库容 13.71 亿 m3，工程规模为大（1）型，一等。主要建筑物为 1 级， 次要建筑物为 3 级，临时性建筑物为 4 级。 坝顶超出静水位高度 h=2h1%+hz+ hc 坝顶高程=设计洪水位+h设=289.94+h设 坝顶高程=校核洪水位+h校=291.80+h校 计算风速 V0，正常运用条件（正常蓄水位/设计洪水位） ，取多年平均最大风 速的 1.52.0 倍；非常运用条件（校核洪水位） ，取洪水期多年平均最大风速。 1 1 3 12 0 22 00 1 1 3.75 2.15 0 22 00 0.0076 0.331 m ghgD V VV gLgD V VV 设=289.94 =27.13（20，250） 2 0 gD V 2 9.81 1400 22.5 h= 1 12 3 0 12 0 2 0 0.0076 VgD V Vg =0.0076 1 12 3 12 2 9.81 140022.5 22.5 22.59.81 =0.91m h 为累计频率 5%的波高,hm/Hm0 44357.8435864.8 77.61003.63 RRR RR WM T AJ 满足要求。 3.2.3.2 坝体选定截面上游端点的拉应力验算 正常蓄水位 - 25 - =29326KN =27097.6 c W c M KN m =626.60 2932627097.6 45.3342 cCc cc WM T AJ 满足要求。 设计洪水位 =28930.3 KN， =-56300.5 c W c M KN m =4740 28930.356300.5 45.3342 cCc cc WM T AJ 满足要求。 3.2.3.3 施工期坝体下游面拉应力验算 坝址处 83173.5 c WKN 860549.8 c MKN m : 214.4100 cCc cc WM T kPa AJ 满足要求 选定截面下游端点 32585 c WKN 257228.2 c MKN m : 32.8100 cCc cc WM T kPa AJ 满足要求 第四章 引水建筑物布置 引水建筑物设立在溢流坝段，采用坝式进水口，压力钢管引水，压力钢管采 用坝内埋管形式。 （具体可见坝内埋管专题部分） 4.1 压力钢管布置 本电站采用压力钢管引水，钢管直接埋入坝体混凝土中，二者结为总体，共 - 26 - 同承担水压力。 4.1.1 确定钢管直径 钢管的经济直径为 33 max 77 5.25.2 77.84 4.47 69.11 Q Dm H 坝内埋管的经济流速为 57 ，蜗壳进水口的直径为 3.4m，综合考虑经/m s 济流速和蜗壳进水口直径，确定坝内埋管的直径为 3.8m，对应管内流速 V 的大小 为 max 22 44 77.84 6.86/ 3.8 Q Vm D 满足经济流速要求。 管道由上水平段、弯管段、倾斜段、弯管段和下水平段组成，弯管段曲率半 径一般为直径的 23 倍，即（7.6m11.4m） ，取为 9m。倾斜段斜率为 0.77. 与 坝体下游倾斜面斜率一致。 4.2 进水口布置 进水口采用坝式进水口。进水口长度较短，进口段与闸门段合而为一。 4.2.1 确定有压进水口的高程 闸门孔口为矩形，其宽度一般等于或稍小于压力管道直径 D,本设计取其宽度 等于压力管道直径 D，3.8m。高度稍大于压力管道直径，取为 4.4m 闸门断面流速： max 77.84 4.66/ 4.4 3.8 Q Vm s A 闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度： 0.6 4.664.45.86 cr Scv dm 进水口高程为 H=最低水位-=264-5.86=258.14m cr S 取闸门门顶高程 256.2m。压力钢管起始水平段中心线的高程为 254m。 进口段为平底，上唇收缩曲线为四分之一椭圆，方程为， 22 22 1 xy ab - 27 - （3.85.7）, （1.31.9）,确定椭圆曲线方程为11.5aD : 11 32 bDD: 22 22 1 4.11.6 xy 4.2.2 渐变段尺寸确定 渐变段水平是由矩形闸门段到圆形钢管的过渡段，采用圆角过渡。渐变段 的长度一般为引水道宽的 1.02.0 倍，即 3.8m7.6m，取为 5m。 4.2.3 拦污栅尺寸确定 拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出，过栅流速 以不超过 1.0m/s 为宜 2 77.84 77.84 1 Q Am V 本设计取拦污栅高度为 7.2m，半径 3.5 米，A=79.17 。 2 m 拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承。拦污栅框架由柱及横梁组成，横 梁间距一般不大于 4 米，本设计取 2.4 米 拦污栅由若干栅片组成，每块栅片的宽度一般不超过 2.5 米，取 1.8m，高 度不超过 4 米，取 1.8 米。 栅条的厚度由强度计算决定，通常厚 8 至 12mm，对混流式水轮机, 栅条厚 度，本设计取 10mm。 1/30 bD 4.2.4 通气孔的面积确定 通气孔的面积常按最大进气流量除以允许进气流速得出。最大进气流量出现 在闸门紧急关闭时，可近似认为等于进水口的最大引用流量。允许进气流速与引 水道形式有关，对坝内埋管可取 7080m/s。 max Q V A 通气孔的直径取为 1.2m，面积为，对应的进气流速为 68.8 m/s.通气孔顶 2 1.13m 端高出上游最高水位，防止水流溢出。 - 28 - 第五章 主厂房尺寸及布置 5.1 厂房高度的确定 根据厂房各部位之间的关系，可以从下到上一层一层确定，在确定过程中， 坚持符合规范和条件以及节省的原则。 - 29 - 5.1.1 水轮机安装高程 Zs=w+Hs+b0/2=202+0.03+0.75/2=202.41m 5.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程 尾水管顶部高程为 Zs- b0/2=202.41-0.75/2=202.04m 尾水管顶部高程=尾水管顶部高程-尾水管高度 =202.04-7.8 =194.24m 5.1.3 基岩开挖高程 基岩开挖高程=尾水管底部高程-底板厚 =194.24-2 =192.24m 5.1.4 水轮机层地面高程 水轮机层地面高程=水轮机安装高程+蜗壳进口断面半径+蜗壳上部混凝土厚 =202.41+1.68+1 =205.09m 5.1.5 发电机层楼板高程 发电机层楼板高程=水轮机层地面高程+水轮机井进人孔高度（2m）+进人孔顶部 深梁（1m）+定子高度+上机架高度 =205.09+2+1+2.75+1.31 =212.15m 5.1.6 吊车轨顶高程 吊车轨顶高程=发电机层楼板高程+吊运物与固定物间垂直安全距离+起吊设备高 度 =202.15+1+7.5+0.146 - 30 - =220.80m 5.1.7 厂房顶高程 厂房顶高程=轨顶高程+轨道面至起重机顶距离+房顶净高+混凝土厚度 =220.80+3.7+0.3+3 =227.8m 5.2 主厂房长度的确定 5.2.1 机组段长度确定 机组段长度 1 L 1maxmaxxx LLL 式中、机组段沿厂房纵轴线方向，在机组中心线两侧的最大尺 max x L max x L 寸。 蜗壳层 max max 345 165 xi xi LR LR 式中 、蜗壳沿厂房纵轴线方向，在机组中心线345 i R 165 i R 两侧的最大尺寸 蜗壳四周的混凝土厚度，取为 1m。 1maxmax 4.685.71 1 112.39 xx LLLm 尾水管层 max max 2 2 x x B L B L 式中 尾水管宽度度，；B8.16Bm 尾水管混凝土边墩厚，。1m - 31 - 1maxmax 8.16 1 110.16 xx LLLm 发电机层 max max 22 22 x x b L b L 式中 发电机风罩内径，=9.4m 发电机风罩壁厚，=0.5m 两台机组之间风罩外壁净距，一般取 1.52.0m，若两机组间设楼b 梯取为 34m，本设计取为 3.6m。 1maxmax 9.43.62 0.514 xx LLLm 经比较，确定机组段长度为 14m。 5.2.2 端机组段长度 端机组段的附加长度：L=（0.21.0）D1 式中 转论直径，m。 （=3.0m） 1 D 1 D 考虑到下部块体在端部设置了检修集水井和渗漏集水井，根据需要，附加长度取 为 1.5m 5.2.3 装配场长度 装配场长度 L=（1.01.5.）L =（1421）m ，考虑发电机转子，发电机上机 1 架，水轮机转轮，水轮机顶盖的尺寸，确定装配场的宽度为 17m 5.3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定 主厂房宽度 B B= B1+ B2 式中 B1机组中心线至上游侧的宽度，m； B2机组中心线至下游侧的宽度，m。 - 32 - 由下部块体决定的厂房最小宽度 上游侧宽度 B1： B1=机组中心线至上游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚 =5.24+1+2=7.24m 下游侧宽度 B2： B2=机组中心线至下游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚 =3.92+1+2=6.92m 则下部块体宽度方向的最小尺寸为： B= B1+ B2=7.24+6.92=14.16m 由发电层决定的厂房宽度 B=风罩直径+2通道宽度+外墙厚 =9.4+22+3=16.4m 。 选择桥吊跨度为 16m，根据前面算出的发电机转子重量 173.1t，选择 2100（t） ，跨度为 16m 的双小车桥式起重机。 本设计中，发电机转子在上游侧起吊，考虑到发电机转子与周围建筑物及设 备之间的最小间隙，水平方向为 0.4m，垂直方向 0.61.0m，若采用刚性吊具， 垂直间隙可减为 0.250.5m，通过画图，为保证发电机转子在水平方向的安全距 离，发电机主轴在垂直方向与发电机层楼板距离取为 1.0m。机组中心线距上游距 离为 7.5m，据下游距离为 8.5m。 主厂房总宽度为 7.5+8.5+1.5+1.5=19m。 装配厂宽度：采用与主厂房宽度相同 19m 。 第六章 混凝土溢流坝 6.1 溢流坝段总宽度的确定 - 33 - 6.1.1 单宽流量 q 的选择 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 150 。 3 /ms m 6.1.2 确定溢流前缘总净宽 L 6.1.2.1 初拟溢流前缘总净宽 L 初步确定溢流前缘总净宽 L =94m Q L q 14100 150 6.1.2.2 溢流孔口和闸墩的尺寸确定和布置 我国目前大中型混凝土重力坝，溢流孔净宽一般常用 812m。本设计采用 溢流式厂房，其四个压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下，这种布置方式进 水口闸门及拦污栅的提降与溢流坝顶闸门的操作互不干扰，布置和运行都比较方 便，采用这种布置方式时，闸墩的厚度必须考虑布置进水口闸门井和拦污栅的需 要，厚度需要增大，四个闸墩的尺寸相应的加宽定为 6m，根据之前确定的一个 机组段长度为 14m，确定这四个闸墩间的溢流孔净宽为 8m，根据初步确定的溢 流前缘的宽度 94m，再设置六个净宽为 12m 的溢流孔。其余的四个闸墩宽度取为 3m，边墩宽度取为 2m。 6.1.2.3 确定的溢流前缘总净宽 最后确定的溢流前缘总净宽为 =96m8 3 12 6 对应的单宽流量 =146.88150 Q q L 14100 96 3 /ms m 6.1.3 确定溢流坝段总宽度 溢流段总宽度 0 L =136m 0 8 3 12 66 43 42 2L - 34 - 6.2 堰顶高程的确定 6.2.1 堰顶高程的确定 堰顶水头 0 H 3/2 0 2qmgH 3 2 0 96 17.58 20.9 0.52 9.81 q Hm mg 行近流速 0 11000 0.44/ 280 89.94 Q Vm s A 堰上总水头 =17.57m 22 0 0 0.44 17.5817.57 22 9.81 V HHm g 堰顶高程 设计洪水位-H=289.94-17.57=272.37m 6.2.2 闸门高度的确定 闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高 =284-272.37+（0.30.5）=12m 选择平面闸门，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 1.5m。 6.3 堰面曲线的确定 溢流堰采用 WES 型剖面，上游堰面铅直，其堰顶上游部分由三段圆弧连接， 下部与一倾斜直线相连接，再由圆弧与下游河床相连接。堰面曲线的确定与最大 运行水头和定型设计水头有关。 max H d H 6.3.1 最大运行水头和定型设计水头的确定 max H d H - 35 - 最大运行水头 max H =291.8-272.37=19.43m max H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 WES 剖 d H 面设计，常取=（0.750.95），即，14.57m18.46m，取=18m d H max H d H 6.3.2 三圆弧段的确定 1 2 3 0.1750.175 183.2 0.2760.276 185.0 0.2820.282 185.1 d d d bHm bHm bHm 1 2 3 0.50.5 189 0.20.2 183.6 0.040.04 180.72 d d d RHm RHm RHm 6.3.3 曲线段的确定 yKHX n d n1 式中 定型设计水头 d H K、n 与上游坝面坡度有关的系数和指数（查设计手册知 k=2, n=1.85） 即： 1.850.85 2 18Xy 6.3.4 直线段的确定： 直线段采用与非溢流坝段剖面一样的坡度，直线段方程为： 0.77 X yC 联立方程 1.850.85 2 18 0.77 Xy X yC 0.85 0.85 1.85 2 18 1 0.77 yX y - 36 - 曲线段与直线段的切点的坐标为:(26.83m, 18.83m) X=5 1.851.85 0.850.85 5 0.84 2 182 18 X y X=10 1.851.85 0.850.85 10 3.03 2 182 18 X y X=15 1.851.85 0.850.85 15 6.42 2 182 18 X y X=20 1.851.85 0.850.85 20 10.94 2 182 18 X y X=25 1.851.85 0.850.85 25 16.53 2 182 18 X y （5，0.84） （10，3.03） （15，6.42） (20,10.94) (25,16.53) 6.3.5 反弧段的确定 选择挑流消能, 总有效水头为 2 0 0 200 2g V T 校核洪水位 2 2 1 14100 291.8020091.82 282 91.82 9.81 22 000 2222 00 146.88 91.82 22 9.81 0.95 cc cc q Thh ghh 0 3.6 c h 2 0 22 146.88 3.692.91 2 9.81 0.953.6 T 0 3.65 c h 2 0 22 146.88 3.690.53 2 9.81 0.953.65 T 0 3.62 c h 2 0 22 146.88 3.6291.85 2 9.81 0.953.62 T 经试算，临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深） 0 3.62 c h - 37 - 反孤段半径，取 0 4 1014.48 36.2 c Rhm30Rm 6.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定 鼻坎挑角，取 3520 30 坎顶高程距下游水位一般为 12m，校核洪水位对应下游水位为 220.54m， 坎顶高程定为 22m。 6.3.7 溢流坝倒悬的确定 曲线段与直线段的切点的坐标为:(26.83m, 18.83m)，溢流坝直线段与非溢 流坝下游坝面齐平 切点的高程为 272.37-18.83=253.54m 对应相同高程非溢流坝的宽度为 （非溢流坝坝顶高程-切点的高程）0.77 =（293.88-253.54）0.77 =31.06m 3 0.2820.282 185.08 d bHm 溢流坝超出非溢流坝的宽度为 5.08+26.83-31.06=0.85m 0.6 d H倒悬长度应 0.60.6 1810.8 d Hm 倒悬长度取为 11m。 6.4 溢流坝强度和稳定验算 混凝土溢流坝同非溢流坝一样，分别按承载能力极限状态和正常使用极限状 态进行强度和稳定的计算和验算。 6.4.1 作用大小 编 号 荷载 垂直水平力臂力矩 - 38 - 正常蓄水位溢流坝坝体所受的作用 作用的大小为 W1=23.53818.38=89731.9 P1=0.5（11.63+84）72.379.81=33946.2 P2=0.53.13.19.81=47.1 P3=375.949.81=3766.4 U1=3.194.59.81=2965.1. U2=9.8120.212=8471.4 U3=9.8120.212=2377.9 U4=0.560.7129.81=3572.8 校核洪水位溢流坝坝体所受的作用 m 1 自 重 89731.910.57948331.9 33946.227.06918485.1 47.11.0348.672 水 压 力 3766.446.02 169720.4 2965.1.0 8471.48.2569889.1 2377.942.75101655.2 3 扬 压 力 3572.844.75159882.8 垂直水平力臂力矩 编 号 荷载 m 1 自 重 89731.910.57948331.9 40029.428.34 1134434. 2 2069.46.814168.3 2 水 压 力 4324.7445.8198073 196460 7464.98.25615855.9 2095.442.7589579 3 扬 压 力 3146.744.75140812.8 1491.918.627749.3 4 动 水 压 力 7675.1623.95183820.1 - 39 - 作用的大小为 W1=23.53818.38=89731.9 P1=0.5（19.43+91.8）72.379.81=40029.4 P2=0.520.5420.549.81=2069.4 P3=9.81440.85=4324.74 U1=20.5494.59.81=19646 U2=0.59.8185.517.8=7464.9 U3=9.8117.812=2095.4 U4=0.553.46129.81=3146.7 D1=146.8840.57（cos30-cos52）=1491.9 D2=146.8840.57（sin30+sin52）=7675.16 6.4.2 承载能力极限状态强度和稳定验算 承载能力极限状态强度和稳定验算包括 1.坝体与坝基接触面抗滑稳定计算； 2.坝址的抗压强度验算； 6.4.2.1 坝体与坝基接触面抗滑稳定计算 正常蓄水位下， 1.作用效应函数 33899.1KN( ) R SP 2.抗滑稳定抗力函数 RRRR RfWc A 3 1.21.2 73148.281094.5 1.33.0 106521.5KN KN 0 ( )1.1 1.0 33899.137289.01S KN 106521.5 88767.9 1.2 d R - 40 - 0 ( ) d R S 满足要求。 校核洪水位下 1.作用效应函数 36319.79KN( ) R SP 2.抗滑稳定抗力函数 RRRR RfWc A = 3 1.21.2 67604.951094.5 1.33.0 101404.57KN =33959KN 0 ( )1.1 0.85 36319.79S =84503.81KN 101404.57 1.2 d R 0 ( ) d R S 满足要求。 6.4.2.2 坝趾抗压强度承载能力极限状态： 正常蓄水位 1.作用效应函数 =73148.28KN R W =-198096.6 R M KN m 2 2 1m J TM A W S R RR R R 2 73148.28198096.6 1 0.77 94.51584.38 - 41 - =1394.22KN 2.抗压强度极限状态抗力函数 = / Cm Rf 2 9000/KN m d R 2 5000/KN m =1533.64kp 0 ( )1.1 1.0 1394.22S 0 ( ) d R S 满足要求 校核洪水位 1.作用效应函数 =67604.95KN R W =-1161036.12 R M KN m 2 2 1m J TM A W S R RR R R 2 67604.951161036.12 1 0.77 94.51584.38 =2271.8kp 2.抗压强度极限状态抗力函数 = / Cm Rf 2 9000/KN m =1.10.852363.0=2124.11kp 0 ( )S d R 2 5000/KN m - 42 - 0 ( ) d R S 满足要求 6.4.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算 正常使用极限状态应进行坝踵拉应力验算； 正常蓄水位 =76032.7KN R W =-131811.19 R M KN m 76032.7131811.19 696.630 94.51584.38 RRR RR WM T AJ 满足要求。 6.5 消能与防冲 6.5.1 挑射距离和冲刷坑深度的估算 平均坎顶流速V 0 14100 29.51 13236.2 132 c Q V h m s 坎顶水面流速 1 V 1 1.11.1 29.5132.46VVm s 坎顶平均水深在铅直方向的投影 h = 1 cos3.62 cos30hh 3.14m 坎顶至河床表面高差 2 32hm 水舌挑距 222 11112 1 sincoscossin2Lvvvg hh g - 43 - 222 1 32.46sin30 cos3032.46cos3032.46 sin 302 9.813.143.2 9.81 = 102.94m 上下游水位差 =291.80-220.54=71.26mH 下 上 冲刷坑深度 =21.71m 0.50.5 rr tk qHt 第七章 压力钢管应力分析及结构设计 本电站采用压力钢管引水，钢管直接埋入坝体混凝土中，二者结为总体，共 同承担水压力。管道由上水平段、弯管段、倾斜段、弯管段和下水平段组成，上 水平段的长度为 1.16m，弯管段曲率半径为 9m，转角为，长度为52 =8.17m。倾斜段斜率为 0.77. 与坝体下游倾斜面斜率 52 9 180180 lR 一致，长度为 56.4m，下水平段长度为 14.6m。 7.1 水力计算 7.1.1 水头损失计算 7.1.1.1 正常蓄水位对应的水头损失 在正常蓄水位下，一台机组的引用流量为 68.5m3/s 1. 拦污栅水头损失系数 1 44 33 12 112 12 sin SS bb = 33 44 160 2.420.92sin90 10130 =0.441 过栅流速 - 44 - 1 68.5 0.8/ 3.57.2 Vm s 拦污栅处水头损失 1 h =0.44=0.017m 2 1 11 2 V h g 2 0.8 2 9.81 2. 喇叭段最小断面平均流速 =4.1m/s 2 68.5 4.4 3.8 Q V A 有压进水口喇叭段水头损失 2 h =0.069m 22 2 22 4.1 0.08 22 9.81 V h g 3. 闸门槽断面平均流速 =4.1 m/s 3 68.5 4.4 3.8 Q V A 闸门槽水头损失 3 h =0.086m 2 3 33 2 V h g 2 4.1 0.1 2 9.81 4. 压力管道渐变段最小断面平均流速 =6.04 m/s 4 2 68.5 1.9 Q V A 压力管