紧水滩水电站及尾水管结构设计计算书

-1- 目目 录录 第一章第一章 机组选型机组选型.4 1.1 特征水位.4 1.1.1Hmax 可能出现情况4 1.1.1.1 校核洪水位（=291.8m） ，四台机组全发电,4 1 H 1.1.1.2 设计洪水位（=289.94m） ，四台机组全发电4 1 H 1.1.1.3 正常蓄水位（284.0m） ，一台机组发电5 1.1.2 Hmin 可能出现情况5 1.1.3可能出现情况.6 av H 1.2 HL220 工作参数确定.6 1.2.1 转轮直径 D16 1.2.2 转速 n7 1.2.3 效率修正.7 1.2.4 工作范围检验.7 1.2.5 吸出高度 Hs8 第二章第二章 大坝基本剖面拟定及稳定与应力校核大坝基本剖面拟定及稳定与应力校核.9 2.1 基本剖面的拟定9 2.2 非溢流坝段坝基面稳定及应力校核10 2.2.1 设计洪水位（持久状况）.10 2.2.2 校核洪水位（偶然状况）11 第三章第三章 溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核.13 3.1 溢流坝段剖面基本尺寸13 3.1.1 堰顶高程的确定.13 3.1.2 上游段曲线：.13 3.1.3 WES 曲线段：14 3.1.4 反弧段：.14 3.1.5 水舌挑距:14 3.2 溢流坝段坝基面抗滑稳定校核.15 3.2.1 设计洪水位（持久状况） .15 3.2.2 校核洪水位（偶然状况）16 第四章第四章 发电机选型及主要尺寸发电机选型及主要尺寸.18 4.1 主要尺寸估算（单位：mm）.18 4.2 外形尺寸 （单位：mm）.18 4.2.1 平面尺寸.18 4.2.2 轴向尺寸.18 第五章第五章 调速器及油压装置选择与尺寸调速器及油压装置选择与尺寸.20 5.1 调速功计算：水轮机的调速功20 5.2 接力器选择.20 5.2.1. 接力器直径 ds20 -2- 5.2.2 最大行程 Smax=(1.41.8).20 max0 a 5.2.3 接力器容积计算.20 5.3 油压装置选择.21 第六章第六章 金属蜗壳尺寸金属蜗壳尺寸.23 第七章第七章 尾水管尺寸尾水管尺寸.24 第八章第八章 起重设备选择与尺寸起重设备选择与尺寸.25 第九章第九章 厂房轮廓尺寸估算厂房轮廓尺寸估算.26 9.1 厂房长度确定.26 9.1.1 机组段长度26 9.1.2 端机组段长度26 9.1.3 装配场长度26 9.2 主厂房宽度确定.26 9.3 主厂房顶高程确定27 9.3.1 水轮机安装高程：27 9.3.2 尾水管底板高程27 9.3.3 基岩开挖高程： =192 m28 3 9.3.4 水轮机层地面高程28 4 9.3.5 定子安装高程28 9.3.6 发电机层地面高程（定子埋入式）28 9.3.7 吊车轨顶的高程28 9.3.8 厂房顶部高程28 9.3.9 装配厂地面高程28 第十章第十章压力钢管设计压力钢管设计29 10.1 引水管道的布置：29 10.2 闸门及启闭设备：.29 10.3 压力钢管结构设计：.30 10.3.1 确定钢管厚度：30 10.3.2 承受内水压力的结构分析：.30 10.3.2.1 应力及传力计算：30 10.3.2.2 混凝土开裂情况的判别：.32 专题设计专题设计.34 尾水管结构设计和计算尾水管结构设计和计算 .34 选出最危险截面下最危险状况来进行弯矩计算，以求得配筋选出最危险截面下最危险状况来进行弯矩计算，以求得配筋 .37 讨论边墩的配筋情况。讨论边墩的配筋情况。 .39 讨论顶梁和地基梁。讨论顶梁和地基梁。 .41 -3- 第一章 机组选型 1.11.1 特征水位特征水位 20 万 KW 属大型电站，A8.4，N9.81QHAQH，考虑 2%水头损失 1.1.1Hmax1.1.1Hmax 可能出现情况可能出现情况 1.1.1.11.1.1.1 校核洪水位（校核洪水位（=291.8m=291.8m） ，四台机组全发电，四台机组全发电, , 1 H =45/97%=20.61 万 kw r N 假定=275 =203m =291.8-203=88.8m 1 Qsm3 2 H 毛 H =88.80.98=87.024 净 H N=AQ=2758.487.024=20.1 万 kw 净 H 取=87.024m max H 1.1.1.21.1.1.2 设计洪水位（设计洪水位（=289.94m=289.94m） ，四台机组全发电，四台机组全发电 1 H =45/97%=20.61 万 kw r N 假定=280 =203m =289.94-203=86.94m 1 Qsm3 2 H 毛 H =86.940.98=85.2m 净 H N=AQ=2808.485.2=20 万 kw 净 H 取=85.2m max H -4- 1.1.1.31.1.1.3 正常蓄水位（正常蓄水位（284.0m284.0m） ，一台机组发电，一台机组发电 =45/97%=20.61 万 kw r N 假定=80 =202m =284-202=82m 1 Qsm3 2 H 毛 H =820.98 净 H N=AQ=8.480820.98=5.4 万 kw 净 H 假定=300 =203m =80.9m 1 Qsm3 2 H 毛 H =80.90.98=79.282m 净 H N=AQ=79.2828.430020 万 kw 净 H 取=79.282m max H 综上选取=87.024m max H 1.1.21.1.2 HminHmin 可能出现情况可能出现情况 设计低水位（264.0m） ，四台机组全发电 =45/97%=20.61 万 kw r N 假定=350 =203.3m =264-203.3=60.7m 1 Qsm3 2 H 毛 H =60.70.98 净 H N=AQ=8.435060.70.98=17.49 万 kw 净 H 假定=400 =203.5m =60.5m 1 Qsm3 2 H 毛 H =60.50.98m 净 H N=AQ=4008.460.50.98205 万 kw 净 H 综上选取= 60.50.98=59.29m min H -5- 1.1.31.1.3可能出现情况可能出现情况 av H 正常蓄水位（284.0m） ，四台机组发电 =45/97%=20.61 万 kw r N 假定=80 =202m =284-202=82m 1 Qsm3 2 H 毛 H =820.98 净 H N=AQ=8.480820.98=5.4 万 kw 净 H 假定=300 =203m =80.9m 1 Qsm3 2 H 毛 H =80.90.98=79.282m 净 H N=AQ=79.2828.430020 万 kw 净 H 取=79.282m max H 加权平均 Hav=87.02430%59.2920%79.28250%=75.636 坝后式电站 Hr= 0.95Hav=71.854m 已知水电站最大水头=87.024m max H 加权平均水头=75.636m av H 设计水头=71.854m r H 最小水头=59.29m min H 由工作水头范围查表得：选用 HL220 水轮机 1.21.2 HL220HL220 工作参数确定工作参数确定 1.2.11.2.1 转轮直径转轮直径 D1D1 查表得限制工况 Q1/m1.15 m3/s，m89.0% 初设 Q1/ 1.15m3/s，m90.9% Nr50000/96%52083kw，Hr71.854m -6- m HrHrQ Nr D892 81 . 9 1 1 取相邻较大值 D13m 1.2.21.2.2 转速转速 n n 查表得 HL220 型在最优工况下单位转速为： n10/m70.0r/min 设 n10/ n10/m70.0r/min Hav75.636m n10/70.0r/min D13m 取相邻较大值 n214.3r/min P14 min/ 9 . 202 1 1 r D Hn n av 对 1.2.31.2.3 效率修正效率修正 查表得 HL220 型在最优工况下的模型最高效率 mmax91% 模型转轮直径 D1m0.46m max1（1mmax）（D1m/D1）1/593.8% 93.8%90.9%2.9% 考虑制造工艺上的差异在 值中减去一个修正值 1.0% 1.9% maxmmax+91%+1.9%92.9% m+89.0%+1.9%91.9% 与假定值相同 n10/ n10/m（max/mmax）1/211%3% n、Q1/可不加修正 1.2.41.2.4 工作范围检验工作范围检验 在选定=3m n=214.3r/min 后，水轮机的及各特征水头相对应 1 D max1 Q 的即可以计算出来。 1 n 1.065 m3/s1.15 m3/s 2 3 2 1 max1 81 . 9 HrD Nr Q -7- 最大引用流量 Qmax Q1/max D12Hr1/21.0659=81.2m3/s854.71 各特征水头相对应的单位转速为： n1/minnD1/Hmax1/268.9r/min n1/maxnD1/Hmin1/283.5r/min n1/rnD1/Hr1/275.8r/min 由 Q1/max、n1/min、n1/max 在 HL220 综合特性曲线上绘出工作范围 1.2.51.2.5 吸出高度吸出高度 HsHs 由 n1/r75.8r/min，Q1/max1.65 m3/s 查曲线得：0.125 由 Hr71.854m 查得：0.019 水轮机安装海拔高程203m Hs10/900（+）Hr-0.57m4.0m -8- 第二章 大坝基本剖面拟定及稳定与应力校核 2.12.1 基本剖面的拟定基本剖面的拟定 多年平均风速 Vf（1.52.0）1.151.7252.3m，取 Vf2.3m 吹程由地形图上量得 D0.7km 套用官厅水库公式得： 波高 2hl2h10.0166Vf5/4D1/30.016625/40.71/30.04m 浪高 2Ll10.4（2hl）0.810.40.040.80.791m =0.006m， 1 1 2 0 2 4 L H cth Ll hl h h设2h1+ h0+hc0.04+0.006+0.50.546 h校2h1+ h0+hc0.04+0.006+0.40.446 坝顶max h设+h设，h校+h校 max289.94+0.546，291.8+0.446 max290.486,292.246 取坝顶293m 图 1-1 初定下游坡比 1：0.75，上游坡比 0，坝底高程 194m，坝顶高程 293m。 如右图： -9- 2.22.2 非溢流坝段坝基面稳定及应力校核非溢流坝段坝基面稳定及应力校核 2.2.12.2.1 设计洪水位（持久状况）设计洪水位（持久状况） 1、自重 G11/2640242880 G210992423760 G31/263.35/0.7563.352475260 M1 G1(79.35/2-2/36)102744 M2 G2（79.35/2-6-5）681318 M3 G32/3(73.35-10)- 79.35/2493580 2、静水压力 上游：Px1/29.8197.8246915.5 Py1/29.816（97.8+57.8）4579.3 MxPx1/397.81529445.3 MyPy（39.675e）168770 e（57.82+97.8）/（57.8+97.8）6/32.36m 下游：Px/1/29.8127.323655.6 Py/1/29.8120.47527.32741.7 Mx/ Px/1/327.333265.96 My/ Py/（39.6751/320.475）90064.8 3、扬压力 U179.3527.39.8121251 U21/20.2563.35（97.8-27.3）9.815332 U30.259.81(97.8-27.3)162693.4 U41/29.81(97.8-27.3)160.75=4040 M10 M2U2（2/363.35-79.35/2）13649.9 M3U3（79.35/28）85326.9 M4U4（79.35/216/3）138733.6 W-U2880+23760+75260+4579.3+2741.7-21251-5332-2693.4-4040 75824.3 M102744+681318+493580-1529445.3+168770+33265.96-90064.8- 13649.9-85326.9-138733.6-227552.6 稳定分析 S=P=46915.5-3655.6=43259.9 -10- f/1.0/1.3 c/490.5/3 01.1 0.95 rd1.2 A79.35 （f/W+c/A）/44424.25 0 S=44341.9 d r 稳定满足要求 2.2.22.2.2 校核洪水位（偶然状况）校核洪水位（偶然状况） 1、自重 G11/2640242880 G210992423760 G31/263.35/0.7563.352475260 M1 G1(79.35/2-2/36)102744 M2 G2（79.35/2-6-5）681318 M3 G32/3(73.35-10)- 79.35/2493580 2、静水压力 上游：Px1/29.8195.94245148 Py1/29.816（95.94+55.94）4499 MxPx1/395.941444736 MyPy（39.675e）166148 e（55.942+95.94）/（55.94+95.94）6/32.74m 下游：Px/1/29.8124.422920 Py/1/29.8124.420.752190 Mx/ Px/1/324.423749.3 My/ Py/（39.6751/318.3）73529.5 3、扬压力 U179.3524.49.811899.3 U21/20.2563.35（95.94-24.4）9.814148 U30.259.81(95.94-24.4)162095.4 U41/29.81(95.94-24.4)160.75=3143 M10 M2U2（2/363.35-79.35/2）10618.9 M3U3（79.35/28）66382.3 M4U4（79.35/216/3）107930.6 W-U2880+23760+75260+4499+2190-18993.5-4148-2095.4-3143 80209.1 M102744+681318+493580-1444736+166148+23749.3-73529.25-10618.9- -11- 66382.3-107930.6-235657.8 稳定分析 S=P=45148-2920=42228 f/1.0/1.3 c/1.2/3 01.1 0.85 rd1.2 A79.35 （f/W+c/A）/43659.37 0 S=40464.28 d r 稳定满足要求 第三章 溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核 3.13.1 溢流坝段剖面基本尺寸溢流坝段剖面基本尺寸 3.1.13.1.1 堰顶高程的确定堰顶高程的确定 1. 溢流坝孔口尺寸拟定 通过溢流坝下泄的流量 -12- Q=Qs=11700 m3/s 取 q=120 m3/s 则 L=(QQ)/q=(11700-280)/120=95.17m 取 L=96m 由于厂房布置在溢流坝后，压力钢管要放在闸墩上， 所以 取四孔，b=8m d=6m 取五孔, b=13m d=4m 则 L0=nb+(n-1)d=136m H H0v2/2g14.86m 堰顶设H275.08m 2. 校核工况下 q（QQ）/L152.34m2/s QLm（2g）1/2 H03/2 H017.62m vq/A1.55m/s H H0v2/2g17.5m 堰顶校H274.3m 所以，堰顶274.3m 3.1.23.1.2 上游段曲线：上游段曲线： 定型设计水头Hd=（75%95%）Hmax=13.12516.625M 取 Hd15m 上游段曲线根据规范采用 3 段圆弧 R1=0.5Hd=7.5M 对应的圆弧末端距原点的水平距离为 0.175Hd=2.625M R2=0.2Hd=3M 对应的圆弧末端距原点的水平距离为 0.276Hd=4.14M R3=0.04Hd=0.6M 对应的圆弧末端距原点的水平距离为 0.282Hd=4.23M 3.1.33.1.3 WESWES 曲线段：曲线段： 曲线方程 yx1.85/（2Hd0.85） dy/dx1.85x0.85/（2Hd0.85）1/0.75 切点 x23.06m y16.62m 表 3-5 -13- X（m） 5101523.06 Y（m） 0.983.547.516.62 3.1.43.1.4 反弧段：反弧段： 由水力学公式 T0hc0+q2/（2g2hc02） 61.73hc0+1460.3/hc02 试算得：hc0 5.1m R（410）hc0（20.451）m 取 R30m 反弧段最低到坝底距离=36m h 反弧段最低到鼻坎距离=3.6m “ h 鼻坎高程 230.05+3.6=233.65m 下游最高水位 220.4m,厂房顶高程为 226.224m，满足要求。 3.1.53.1.5 水舌挑距水舌挑距: : =20 h1=hc0cos20=4.792 h2=31.12m 坝顶水面流速： 坝顶平mhgv946.3365.2338 .29181 . 9 292 . 0 1 . 121 . 1 1 均水深在铅直方向的投影= =4.792m 1 hcos co h 坝顶至河床表面高差=31.12m 2 h =144.27m 21 22 11 2 1 2sincossincos/1hhgvvvgL 导墙高 掺气水深 ha=h/(1-c) c=0.538(Ae-0.02) Ae=nv/R3/2=0.014*90.92/2.1725/2=0.183 c=0.188 ha=2.38m h导=2.38+1.5=3.88m 取 h导=4.0m -14- 3.23.2 溢流坝段坝基面抗滑稳定校核溢流坝段坝基面抗滑稳定校核 3.2.13.2.1 设计洪水位（持久状况）设计洪水位（持久状况） 图 1-2 非溢流坝段典型剖面图 1、自重 G=24 (3939.85-218.5)=89312.4 2、静水压力 上游 Px1/29.81(274.3-194.05)（95.89+15.64）43901.14 下游 Px/2956.26 3、动水压力 Px0qv（cos2cos1） /g130.85630.73（coscos）1278.42 。 21 。 52 Py0qv（sin1+sin2）/g130.85630.73（sin+sin） 。 52 。 21 4609.82 4、扬压力 U124.55749.8117821.827 U21.11/2（1+0.3）9.8171.3452501.9 U31.21/20.371.34699.8186692.08 U29015.85 表 1-7 坝基面持久状况（设计洪水位） -15- 名称荷载方向 自重 89312.4 43901.14 上游 0 静水压力 下游 2956.26 1278.42 动水压力 4609.82 扬压力 29015.85 64901.37 合计 39666.46 SP43901.141.0-2956.261.0-1278.421.1 f/1.0/1.3 c/490.5/3 01.1 0.95 rd1.2 A74 （f/W+c/A）/51689.1 0 S=41451.451 d r 满足要求 3.2.23.2.2 校核洪水位（偶然状况）校核洪水位（偶然状况） 1、自重 G=89312.4 2、静水压力 上游 Px1/29.81(274.3-194.05)（97.75+17.5）45093.4 下游 Px/3669.05 3、动水压力 V=0.9=31.32gh2)05.230 8 . 291(81 . 9 2 Px0qv（cos2cos1） /g167.57431.32（coscos）1662.71 。 21 。 52 Py0qv（sin1+sin2）/g167.57431.32（sin+sin） 。 52 。 21 5995.54 -16- 4、扬压力 27.35749.8119854.459 浮 U =1.11/2（1+0.3） 渗 U 9.8170.45+1.21/20.370.4699.8111046.53 表 1-8 坝基面偶然状况（校核洪水位） 名称荷载方 向 自重 89312.4 45365.43 上 游 0 静水压 力 下 游 3669.05 1162.71 动水压力 5995.54 扬压力 30900.98 58411.42 合计 40033.67 SP45365.43 1.0-3669.15 1.0-1662.71 1.1 f/1.0/1.3 c/490.5/3 01.1 0.85 rd1.2 A74 (f/w +c/A)/ rd51369.010 S=37431.48 满足要求 第四章 发电机选型及主要尺寸 4.14.1 主要尺寸估算（单位：主要尺寸估算（单位：mmmm） 极距 Kj（Sf/2P）1/41050000/（0.85214） 1/467.7cm -17- Sf50000/0.85 飞逸线速度 VfKf（1.72.0）67.7115.09135.4m/s 定子铁芯内径 Di2P/603.7cm 定子铁芯长度 ltSf/（CDi2ne） 50000/（0.856106603.72214.3）125.5cm Di/（ltnN）603.7/（125.5214.3） 0.0220.035 为悬 式 定子铁芯外径 DaDi+671.4 4.24.2 外形尺寸外形尺寸 （单位：（单位：mmmm） 4.2.14.2.1 平面尺寸平面尺寸 定子机座外径 D11.20Da800cm 风罩内径 D2 D1+2401040cm 转子外径 D3Di2Di600cm 下机架最大跨度 D4 D5+0.6480cm 水轮机机坑直径 D5420cm 推力轴承外径 D6600cm 励磁机外径 D7240cm 4.2.24.2.2 轴向尺寸轴向尺寸 定子机座高度 h1lt+2261cm 上机架高度 h20.25Di151.1cm 推力轴承高度 h3150cm 励磁机高度 h4200cm 副励磁机高度 h5100cm 永励磁机高度 h680cm 下机架高度 h70.12Di72.4cm 定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板间距离 h80.15Di90.6cm 下机架支承面至主轴法兰底面间距 h9100cm 转子磁轭轴向高度 h10lt+80205.5cm 发电机主轴高度 h11（0.70.9）H800cm -18- H h1+ h2+h4+ h5+ h6+ h8+ h91132.6cm 第五章 调速器及油压装置选择与尺寸 5.15.1 调速功计算：水轮机的调速功调速功计算：水轮机的调速功 A=（2228）Q=（ 2.883.67）N.m30000N.m 1 DmaxH 5 10 Hmax最高水头 -19- D1水轮机直径 Q最高水头对应的发电流量 5.25.2 接力器选择接力器选择 5.2.1.5.2.1. 接力器直径接力器直径 dsds 采用两个接力器，取额定油压为 2.5MPa，式中（由导叶数03 . 0 ，为标准正曲率导叶，在表中查得）导叶相对高度 =0.25 24Z0 1 0 D b bo=0.75m 直径 ds=D1mmH D bo 420max 1 在水利机械表 5-4 选择与之相近且偏大的 ds=450mm 的标准接力器。 5.2.25.2.2 最大行程最大行程 Smax=(1.41.8) max0 a 水轮机导叶最大开度 max0 a a0max= a0 Mmax 5 . 26 0 DoMZo MDoZ 采用计算系数 1.4-1.8，则 Smax=310mm 5.2.35.2.3 接力器容积计算接力器容积计算 22 099 . 0 max 2 mSdsVS TsvmVSd/13 . 1 选用 Ts=4S Vm=4.5m/s mmd845 . 44/099 . 0 13 . 1 故选用 DT-100 型电气液压型调速器 -20- 5.35.3 油压装置选择油压装置选择 D1 D0 m H K Ln 图 5-2 压力油罐尺寸 VK=（1820）VS=1.7821.98m3 选用相近而偏大的 YZ-2.5 型分离式油压装置。 表 5-1 压力油罐尺寸： V0（m3 ） D1（mm ） D0（mm ） H（mm）H（mm） 2.51132139036542732 表 5-2 回油箱尺寸： m（mm）n（mm）k（mm）L（mm） 1916190014402435 -21- -22- 第六章 金属蜗壳尺寸 包角 345由 Hr71.85m 查得：Vc8.7m/s 由 Hr71.85m，D13m 查得：Db4000mm，Da4750mm 。 i c i i V Q 360 72 . 1 360 max aira+i2.375+ 360 72 . 1 i Rira+2i2.375+ 360 44 . 3 i Rira+2i2.375+ 360 7 . 3 i 表 6-1 金属蜗壳尺寸： i（） 3075120165210255300345 i（m ） 0.480.881.081.311.401.611.771.98 ai（m） 2.8553.2553.4353.6853.6453.7753.9894.355 Ri（m） 3.3254.1354.3954.9955.0855.4255.8416.335 -23- 第七章 尾水管尺寸 尺寸由计算得出： D1D2 标准砼肘管 D13m （单位：m） 表 6-2 尾水管尺寸： hLB5D4h4h6L1h5 7.82613.58.2504.0574.0572.0285.463.711 -24- 第八章 起重设备选择与尺寸 起重机的额定起重量一般为发电机转子重量、平衡梁重以及专用吊具重量之 和 本设计额定起重量：选择与之接近而偏大的 2*100 桥机tGr 7 . 183 1、设备型号 台数选择：最大起重量 183.7t，机组台数 4 台，选用一台双小车起重机，跨 度 16m 。 表 8-1 工作参数表 单台小车起重量 （t） 名义起重量 t 主钩副钩 跨度 lk m 起重 高度 m 2100 100201425 极限位置 吊钩至轨道吊钩至轨道 hh1中心距离 推荐用 大车轨 道 轻道中心距起重机 外端距离 B1 轨道面至起重机顶端距 离 H 主钩副钩L1L2Qu-100 124070011001600 4603700 平衡梁吊点至大车轨顶极限位置 146mm 表 8-2 平衡梁参数 吊钩起重量 （t） 平衡梁起重量 (t) aa1a2a3bhh1 自重 (t) 2100 25037803100145070013009406504.578 -25- 第九章 厂房轮廓尺寸估算 9.19.1 厂房长度确定厂房长度确定 9.1.19.1.1 机组段长度机组段长度 a.由蜗壳层决定的机组段长度 L=涡壳宽度 +2=14.0m b. 尾水管层 L=尾水管出口断面宽度+2=10.56m c. 发电机层 L=风罩直径+尾水管边墩厚+2*风罩边净距=14.0m 尾水管边墩砼厚度 取 1.01.5m 发电机风罩壁厚，一般取 0.30.4m 两台机组之间风罩外壁的净距，一般取 1.52.0m 综上考虑取机组段长度 14m 。 9.1.29.1.2 端机组段长度端机组段长度 端机组段的附加长度：.根据需要取为mDL)36 . 0(*)0 . 12 . 0( 1 1.0m 则端机组段的长度为：L=14+1=15m 9.1.39.1.3 装配场长度装配场长度 同时考虑到 水轮机顶盖 D=3.8m 水涡轮 D=2.7m 上机架 D=6.6m 下机架 D=4.6m 发电机转子 D=4.8 因装配厂高程与发电机层同高，可以占用发电机层空间，取mL16 9.29.2 主厂房宽度确定主厂房宽度确定 a. 由涡壳层决定的厂房宽度： 上游侧宽度：=机组中心线至上游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙 1 l 厚 -26- 下游侧宽度：=机组中心线至下游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙 2 l 厚 主厂房宽度：L=7.2+11.5=17.4m 21 ll b. 由发电层决定的厂房宽度 L=风罩直径+2*通道宽度+外墙厚=17.3m 。 c. 由桥吊机决定的厂房宽度：由 2100 桥机的规格，=14m 得， k l L=+2*B+2*外墙厚+桥吊工作裕度=18m 。 k l d. 装配厂宽度：采用与主厂房宽度相同 18m 。 综上考虑，取主厂房宽度为 18m 。 9.39.3 主厂房顶高程确定主厂房顶高程确定 9.3.19.3.1 水轮机安装高程水轮机安装高程： 对于 HL220-LJ-300 型水轮机 2 b HswZs 0 式中为设计尾水为：由于本水电站装机四台，故取一台水轮机满发电 时的额定流量，从下游水位流量关系曲线中查得=202m 。吸出高度 Hs-0.57m，=0.375m 。 2 b0 得到水轮机的安装高程 Zs=201.1m。 9.3.29.3.2 尾水管底板高程尾水管底板高程 mh b Zs.524.192826 . 7 375 . 0 1 . 201 2 1 0 1 h1尾水管高度（m） bo导叶高度（m） 尾水管顶部高程：=196.5m 2 -27- 9.3.39.3.3 基岩开挖高程：基岩开挖高程： =192 m 3 9.3.49.3.4 水轮机层地面高程水轮机层地面高程 4 =ZS+ d=201.7+0.75/2+3.5=204.975m 4 2 b0 d蜗壳顶板厚度和外包混凝土厚度，取 2.03.5M 9.3.59.3.5 定子安装高程定子安装高程 =+（1.82.0）+1.9=209m 5 4 9.3.69.3.6 发电机层地面高程（定子埋入式）发电机层地面高程（定子埋入式） =抬高+h1+h2=211.3m 6 5 9.3.79.3.7 吊车轨顶的高程吊车轨顶的高程 =发电机层楼板高程+转子轴长+工作裕度+定子外露高度+吊钩极限位置 7 = 219.5m 9.3.89.3.8 厂房顶部高程厂房顶部高程 =+吊车总高度+小车至天棚必要距离+屋顶厚=224.5m 。 8 7 9.3.99.3.9 装配厂地面高程装配厂地面高程 为方便安装并减小装配厂长度采用发电机层和安装场层同高方案，装配 厂层与发电机层地面同高，高程 224.5m。 -28- 第十章第十章压力钢管设计压力钢管设计 10.110.1 引水管道的布置：引水管道的布置： 压力钢管的型式：采用坝内埋管的型式。 1、 管轴线布置： 1)进水口高程，根据前面坝体剖面设计中对上游坡折点的叙述，进水口高 程死水位临界淹没水深257.96 米。 2)钢管直径根据管中经济流速和发电设计流量确定，定为 4.2 米。 3)钢管轴线沿主应力方向。 3、进水口： 1） 、进口段设计为平底，上唇收缩曲线为四分之一椭圆，长轴取为 6.0 米， 短轴取为 2.0 米。 2） 、拦污栅鉴于本枢纽是坝后式水电站，拦污栅的立面布置采用垂直式。平 面布置采用平面拦污栅。栅条厚度取为 10mm ,宽度取为 200mm,间距取为 128mm。 4、渐变段是由矩形闸门段到圆形管道的过渡段，采用圆角过渡，长度规范规 定不少于一倍管径，取 6.0 米。 5、上弯段及下弯段设计： 上弯段及下弯段转弯半径不得小于 23 倍的管径，取为 13 米。 10.210.2 闸门及启闭设备闸门及启闭设备： 1、闸门处净过水断面为隧洞断面的 1.1 倍，坝式进水口为了适应坝体的结构 要求，进水口长度要缩短，进口段与闸门段常合而为一。坝式进水口一般都做成 矩形喇叭口状，水头较高时，喇叭开口较小，以减小闸门尺寸以及孔口对坝体结 构的影响；渗透较低时，孔口开口较大，以降低水头损失。 2、启闭设备安放在坝顶。 -29- 10.310.3 压力钢管结构设计：压力钢管结构设计： 10.3.110.3.1 确定钢管厚度：确定钢管厚度： 拟定三个断面进行计算，分别为进水口中心线高程 74.57 米处；压力钢管中 心线高程为 55.0 米处以及压力钢管末端处高程 35.0 米。 计算公式为： R aPWa a rHr t )cos( ; f d R 0 1 KHHP 式中:0为结构重要性系数取为 1.1 ra钢管内径为 2.80 米 设计状况系数，持久状况为 1.0 d结构系数，考虑钢管及混凝土联合受力和焊缝系数（0.95）取为 1.3 f钢材强度设计值，采用 16Mn 钢 f315mpa H为上游水位到钢管中心线高程的距离； K为考虑水锤作用以后的系数，三段分别为 1.06、1.15 和 1.3 表 6-1 截面 钢管厚 11 截 面 22 截 面 33 截 面 备注 Ta(mm)1010.417.2 小于 10mm 的取为 10mm 10.3.210.3.2 承受内水压力的结构分析：承受内水压力的结构分析： 10.3.2.110.3.2.1 应力及传力计算：应力及传力计算： 外包混凝土厚度拟定为 4.0 米 0.8D，考虑混凝土和钢管联合受力。 钢管径向位移计算公式： )1( 2 2 a aa a a tE ap u -30- 式中：Pa钢管承受的内水压力； ta钢管厚度； Ea钢材弹模，采用 16Mn 钢，为 2.10105N/mm2; a泊松比，取为 0.3； a钢管半径； b外包混凝土外缘距离 混凝土径向位移计算公式: c c c c c p a b a ba E u) ) 1( )1 (2 ( 1 2 2 22 式中：Pc混凝土承受的内水压力； Ec混凝土弹模，取为 3.0104N/mm2; c泊松比，取为 0.17 根据位移协调条件和内水压力守恒条件可计算出各个截面混凝土所受到的内水压 力 Pc 结果如下： 表 6-2 内水压力 Pc 结果 截面 内水压力 11 截面22 截面33 截面 Pc(mpa)0.3440.6321.01 根据拉梅公式可以计算处外包混凝土各点的应力，公式如下： cc p r b ab a )1( 2 2 22 2 其中应力大于 ct的那部分应力由外包混凝土所配的钢筋承担。 ct为判断混凝土开裂的拉应力值（N/mm2）按素混凝土计算公式为： dc tmc ct f 0 式中：mc为截面抵抗矩塑性系数可按 DL/T5057-1996 规范采用，为 1.563； ct为混凝土拉应力限制系数为 0.7； ft为混凝土抗拉强度。 经计算 ct1.429mpa 计算简图如下： -31- 图 6-1 剖面图 经计算三个断面最终的配筋情况为： 11 截面，Ct =1.429 mpa c =0.471 mpa, 按最小配筋率配置钢筋; 22 截面, Ct =1.429 mpa c =0.786 mpa, 按最小配筋率配置钢筋; 33 截面，Ct =1.429 mpa c =1.19 mpa,经计算得配筋面积为 942mm2， 选配 518200（As=1272mm2） 。 故，三个断面均按 33 截面配置钢筋，即为：每米管混凝土内配置 5 根 直径为 18mm 的一级钢筋；构造立筋取为 728250（As=3622mm2） ，混凝土保护 层厚度取 60mm，则立筋环向半径 r=2860mm。 10.3.2.210.3.2.2 混凝土开裂情况的判别：混凝土开裂情况的判别： 按照弹性力学厚壁圆筒多管法计算，钢管外包混凝土开裂情况分为未开裂、 内圈部分开裂和裂穿三种情况。 (1)内水压力设计值 PPMAX1时，为混凝土未开裂情况，是坝内埋管允许的情况， PMAX1由下式计算。 2 320 2 002 2 21 1max )( C ctS C ct CC ctSS E tEB t E CBEE p 式中：PMAX1混凝土未开裂时的情况，是坝内埋管所能承受的最大内水压力 （N/MM2） ； 1钢管与混凝土间缝隙值（mm） ； ES2平面应变问题的钢材弹性模量（N/mm2） ES钢材的弹性模量（N/mm2） S钢材泊松比； 钢管内半径（mm） ； B0参数，； 2 2 0 1 )1( C CC B -32- C混凝土层相对开裂深度，取 C=，在混凝土未开裂的情况下，取 5 4 r r 5 r r c r4混凝土开裂区半径（mm） ； r5混凝土圈外半径（mm） ； C0参数， 2 2 2 0 1 )1( C C C C C2平面应变问题的混凝土泊松比，； c c c 1 2 C混凝土泊松比； Ct判别混凝土开裂的拉应力取值（mpa） ，按素混凝土抗弯构件计算取 ，或按钢筋混凝土构件计算正截面抗裂验算取， dc tmc ct f 0 0 tkctmc ct f 可由设计者视具体情况而定，设计状况系数 =1.0 故未计入公式； MC截面抵抗矩的塑性系数， ft混凝土轴心抗拉强度设计值（mpa） ； dc素混凝土结构受拉破坏的结构系数 ct混凝土拉应力限制系数采用 2.0 ftk混凝土轴心抗拉强度标准值（mpa） ； EC2平面应变问题的混凝土弹性模量（N/mm2） ； EC混凝土弹性模量（N/mm2） ； t钢管管壁厚度（mm） ； t3混凝土内部钢筋折算层厚度（mm） ，孔口实际配筋应由同时承受内水压 力和坝体应力确定。 (2)内水压力设计值 PMAX1PPMAX2时，为混凝土部分开裂情况，是坝内埋管允许 的情况，PMAX2由下式计算。 2 21max05 2max r tE r Ar p sct (3)内水压力设计值 PMAX2P 时，为混凝土裂穿情况，是坝内埋管不允许的情况。 此时内水压力完全由钢管和钢筋承担。发生这种情况就要校核钢管和钢筋的承载 力是否满足强度要求。 经计算得：PMAX1=0.873mpa，PMAX2=0.957mpa。 11 截面属于混凝土未开裂的情况,22 截面属于混凝土未开裂的情况，3 3 截面属于混凝土部分开裂情况，内水压力完全由钢管和钢筋承担而钢管和钢筋 的承载力满足强度要求，钢管能保持稳定。 -33- 专题设计专题设计 尾水管结构设计和计算尾水管结构设计和计算 发电机重量：G=370t 取 1-1 截面进行计算。 顶板荷载：自重： 1 48.25 /qt m 外荷载： 2 40 /qt m 12 48.25 /qqt m 边墩自重： 1 15.35Nt 2N=30.875t 中墩自重： 2 3.75Nt 底板荷载： 自重： 3 3.75 /qt m 扬压力：（此处讨论检修状况，即放空情况下） 地基反力： 5 55 /qt m 不平衡剪力的计算： Q=9.225yt -34- 截面形心位置：（3.3*14+1.9*2.25+1.9*1+1.5*14） y=2.3*14*（1.9+1.5+3.3/2）+ (1.9*3.25*2+1.9*1)*(1.9/2+1.5)+1.5*14*1.5/2 推出：y=3.83m 求截面惯性距：J=14*2.833/3+14*3.833/3+0.433*6.5/3- 6.5*2.333/3 =345.01 求各高程的 y S 顶板处： 1 0 y S 顶板上： 3 2 59.03 y Sm 底板以上： 3 3 64.6Sm 底板处：为 0 根据公式 1 y y QS b J 计算各处的b 经计算 1 2.29b 2 3 4 1.54 2.25 1.73 b b b 求得各部分分担的剪力： 顶板部分： 1 1 2.57 0.18 / Qt qt m 墩子部分： 2 2 4 6.03