瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构的设计说明书

1 摘 要 瓯江水电站即紧水滩电站在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。瓯江流域处浙东南沿海山区， 属于年调节水库。 本次设计的水库死水位为 264m，正常蓄水位为 285m。根据历史洪水资料设 计洪水（P=0.1%） ，水库的设计洪水位 291m。校核洪水位（P=0.01%）为 293m。 水电站装机容量为 20 万 kW，四台机组单机 5.0 万 kW。水轮机型为为 HL- 220-LJ-330 坝后地面式厂房，开关站布置在左岸。主厂房宽 20m，长 74.6m 进场 公路布置在右岸。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。 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。此外，电站的建设，将带动当地工 农业发展，为当地居民创造就业条件，改善当地社会经济，促进当地以及周围地 区的发展。 2 Abstract Oujiang plant (JinSshuiTan plant)is the first step hydropower station in upper reaches of the Oujiang River. The main purpose of the project is to generate electricity, but also considered the woods of the shipping and protect floods. Oujiang River basin located in the southeast area which is near the say in Zheijang Province, and the plant is a year adjust reservoir This design determined the dead water level is 264m, the normal water level is 284m. According to the historical flood date (P=0.1%), the designed flood level is 291m, the proofread level is 293m (P=0.01%). According to the characteristics of geology and topography, gravity dam was chosen. The total electric capacity is 200,000kW,and four generates whose capacity is 50,000kW was installed. The type of the turbine is HL-220-LJ-330. The power house is situated behind dam.The width of the main power house is 20 m,the length is 74.6m. All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house. When the plant is constructed, it regulates the electric network of the southeast of China, and it also supple electricity to Lishui and Wenzhou. It will connect the Lishui and Wenzhou electricity nets. At last a electricity net will be formed. Additionally, the construction of the hydropower station will spur on the development of the industry and agricultures in the area. It will also spur on the job improvement of the economic condition . 3 目录目录 摘摘 要要 1 1 AbstractAbstract 2 2 第一章第一章 基本设计资料基本设计资料 6 6 1.1 地理位置6 1.2 水文与气候6 1.3 地形与地质8 1.3.1 水库区工程地质.8 1.3.2 坝址地质.8 1.4 天然建筑材料9 1.4.1 土料：.9 1.4.2 砂石料：.9 1.5 既给设计控制数据9 第二章第二章 枢纽布置及挡水、泄水建筑物枢纽布置及挡水、泄水建筑物 1010 2.1 枢纽布置.10 2.2 挡水及泄水建筑物10 2.2.1 坝高确定10 2.2.2 挡水建筑物砼重力坝11 2.2.3 泄水建筑物混凝土重力坝溢流坝.14 2.3 坝内构造19 2.3.1 坝顶结构19 2.3.2 纵缝：19 2.3.3 坝内廊道19 2.3.4 坝基地基处理20 2.4 溢流坝消能抗冲刷措施20 2.4.1 消能方式采用挑流消能20 2.4.2 冲坑.20 2.4.3 导墙高度21 第三章第三章 水能规划水能规划 2222 3.1 水头 Hmax、Hmin、Hr 选择22 3.1.1 Hmax 可能出现情况22 3.1.2 Hmin 可能出现情况22 3.1.3 设计水头.23 3.2 水轮机选型比较23 3.2.1 HL220 水轮机方案的主要参数选择23 3.2.2 水轮机安装高程.25 4 第四章第四章 引水建筑物引水建筑物 2626 4.3 压力钢管结构设计：26 4.3.1 确定钢管厚度：26 4.3.2 承受内水压力的结构分析：.26 第五章第五章 水电站厂房水电站厂房 3030 5.1 电站厂房的布置设计.30 5.2 厂房内部结构30 5.2.1 发电机.30 5.2.2 水轮机蜗壳及尾水管.32 5.2.3 调速系统、调速设备选择.34 5.2.4 起重机设备选择.36 5.3 厂房各层高程确定38 5.3.1 水轮机安装高程.38 5.3.2 尾水管底板高程.38 5.3.3 水轮机层地面高程.38 5.3.4 定子安装高程.38 5.3.5 发电机层（装配场）地面高程（定子埋入式）.38 5.3.6 吊车轨顶的高程.38 5.3.7 厂房顶部高程.38 5.4 主厂房各层布置及轮廓尺寸39 5.4.1 发电机层.39 5.4.2 水轮机层.39 5.4.3 蜗壳层.40 5.5 副厂房布置40 5.6 采光、通风.40 5.6.1 采光40 5.6.2 通风40 5.7 防潮、防火.40 5.7.1 防潮40 5.7.2 防火41 5.8 厂坝连接的结构方式41 581 厂坝下部的连续结构41 第六章第六章 吊车梁机构设计专题吊车梁机构设计专题 4242 6.1 截面设计及荷载计算.42 6.1.1 截面选择：42 6.1.2 吊车梁荷载42 6.2 内力计算.43 5 6.3 荷载计算.44 6.3.1 竖向正截面44 6.3.2 竖向斜截面45 6.3.3 横向正截面46 6.3.4 抗扭计算47 6.4 抗裂验算.49 6.5 挠度验算.49 6.6 吊装验算.49 结结 语语 5050 参考文献参考文献 5151 6 第一章第一章 基本设计资料 1.1 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 2761km2。龙泉溪发 源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度 153km，直线长度 77km，平均宽度 36km。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 1921m，流域平均高度 662m，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。 1.2 水文与气候 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） 。 流域内气候湿润，历年平均相对湿度 79%，其中以 6 月份的 87%为最大，1 月 份的 84%为最小，实测最小相对湿度仅 8%。 本流域距东海仅 120180km，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为 1833.8mm，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 1/3，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 236.8mm。79 月间台风侵袭，也有暴雨出 现，最大 24 小时雨量曾达 145.4mm。 流域多年平均降水日数为 172 天，最多达 201 天，最少 145 天。 7 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 1.15m/s，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 32m/s。 紧水滩坝址与石富站流域面积仅差 41km2，占控制流域面积的 15%，故坝址处 流量资料均不加改正，直接采用石富站资料。泥沙对紧水滩水库使用不会有严重 的影响。 表 1-1 厂区水位流量关系： 水位（m） 202203204205206207208209210 流量 （m3/s） 8024054088012801740230029003620 水位（m） 211212213214215216217218219 流量 （m3/s） 4380520060607000794089801008 0 1120 0 1234 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 200205210215220 图 1-1 表 1-2 水库面积、容积： 高程（m） 205215220225230235240 面积 （km2） 01.32.33.95.77.79.7 容积 （108m3） 00.050.20.350.60.9251.375 高程（m） 245250255260265270275 8 面积 （km2） 11.613.615.918.321.324.527.7 容积 （108m3） 1.92.53.24.055.056.257.575 高程（m） 280285290295300 面积 （km2） 31.235.240.348.158.4 容积 （108m3） 9.1010.7512.715.0517.7 0 50 100 150 200 250 300 350 05101520 容积V 高程H 图 1-2 1.3 地形与地质 1.3.1 水库区工程地质 水库周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬较完整，虽有部分断层延伸库 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。由于 库岸有第四系松散地层分布，岩石节理发育，水库暂时渗漏损失甚小，对水库蓄 水无影响。 库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体居多，蓄水后小型的边坡 再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。本地区地震烈度为 6 度，可不考 虑抗震设计，不计地震荷载。 1.3.2 坝址地质 坝区位于 90km2的“牛头山”花岗斑岩岩技的南缘，其中有后期的细粒花岗 岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉、辉缘岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。 9 混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数 0.7，凝聚力 5kg/cm2，抗剪断摩擦系数 1.0。混凝土/混凝土抗剪断摩擦系数 1.25，凝聚力 1.45103KPa。 根据坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，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。 1.4 天然建筑材料 1.4.1 土料： 下村料场：位于平缓的山坡上，高程 300 以下，主要为壤土，料场距坝址 0.5km，有效储量 426700m3。 油坑料场：位于 500550m 高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝 址 1.5km，有效储量 747600m3。 1.4.2 砂石料： 局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址 16.5km。 局村至坝址区十个料场，左岸 4 个，右岸 6 个，最远距坝址 9km。 坝址至赤石区七个料场，最远距坝址 12.2km。 共计 23 个料场，有效储量水下 557000m3，水上 3094600m3，合计 3651600m3。 1.5 既给设计控制数据 a .校核洪水位：293.00m，校核最大洪水下泄流量 8840m3/s b .设计洪水位：291.00m，设计洪水最大下泄流量 7920m3/s c .设计蓄水位：284.00m d .设计低水位：264.00m e .装机容量：45 万 kw，即 20 万 kw 10 第二章 枢纽布置及挡水、泄水建筑物 2.1 枢纽布置 枢纽由非溢流坝段、厂房溢流坝段及非厂房溢流坝段组成。 溢流坝段（3#8#）布置在河谷中央，宽 110m，分 6 孔，其中下游立视图， 每孔宽 15 米，闸墩宽 4 米。采用鼻坎挑流消能，反弧半径 24m，闸墩与非溢流坝 同高。非溢流坝段布置在河谷两岸。 关于发电机层、装配场和进厂公路的高程，设计时考虑过三个方案： 方案一：若将装配厂放在厂房左侧，则进厂公路高程约 260m，而发电机层高 程仅 213.74m，所以不宜使装配厂与公路同高。 方案二：若使装配厂与发电机层同高，则需要挖一条隧洞进厂，由于隧洞宽 度受限制，机组运输和检修不便，且做隧洞费用较高，故不采取上述方案。 方案三：将装配厂放在厂房右侧，顺尾水方向做一条进厂公路，后接一条跨 过尾水渠的桥。此时，进厂公路、装配场和发电机层同高，均高于下游校核尾水 位。这样既方便装配场工作，也减小了公路的工作量。 综合考虑后选择方案三。 厂房全部采用地面式，厂房左侧开挖一高边坡。这样做虽增加了开挖量，但 也减小了厂房结构设计的难度，使厂房受力简单明了。且由于现在施工技术的改 进，这种高边坡和大开挖量已经能很好地解决了。 坝轴线垂直水流方向。坝顶高程 294m，坝基面高程 200.00m。 电站厂房机组段长 14.20m，边机组长度为 7m，总长 74.60m。单独设公路上 尾水平台。 2.2 挡水及泄水建筑物 2.2.1 坝高确定 根据水电站装机 20 万 kw，水库总库容 15108m3，取工程规模为中型，主要 建筑物级别：3 级，次要建筑物：4 级，临时建筑物：5 级。 2.2.1.1 坝顶超出静水位高度h h = 2hl+ho+hc 2hl波浪涌高 ho波浪中线高出静水位高度 11 hc安全超高 a. 2hl=0.166vf5/4D1/3 vf 风速 D 吹程 该水库缘地势高峻，故采用官厅水库计算公式 vf =2m/s，D=0.7km 2hl=10.4(2hl)0.8 2ll波长 b. ho=cth Ll hl 2 4 2 Ll Hl c. hc-查水工建筑物 （上）河海大学出版社 P53表 2-8 基本组合： hc=0.538m，特殊组合 hc=0.438m 设计洪水位+h设=291.538m 2.2.1.2 坝顶高程=max 校核洪水位+h校=293.438m 取坝顶高程为 294m 2.2.1.3 d. 查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程 200.00m，由此知大 坝实际高度为 294.00-200.00=94.00m 2.2.2 挡水建筑物砼重力坝 2.2.2.1 实用剖面 12 图 2-1 上游折坡的起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程 来选定。一般在坝高的 1 /3 2 /3 的范围内。为尽量利用水重，在满足应力要求 前提下，上游坡应尽可能缓。同时考虑电站进水口闸门拦污栅和操作便利，为尽 量利用水重，在满足应力要求的前提下，折坡点高程定在 240.00m 处。 坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢 流坝的坝顶宽度一般可取坝高的 810 %，并不小于 2m，如作交通要道或有移动式 启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝 顶最小宽度还应满足强度的要求。根据坝顶双线公路交通要求，坝顶 B 取为 15m。 坝顶高程 294m，坝底高程 200.00m，折坡点高程 240.00m，上游坝坡坡度 1：0.15，下游坝坡坡度 1：0.75，坝顶宽 15.00m。 灌浆廊道距坝底 4m，距上游坝面 5.4m，廊道宽 3.0m，高 6.0m。 2.2.2.2 非溢流坝段稳定应力计算 13 表 2-1 坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 自重 88177996937.5 44267.61401807.3 上 游 3751.6133707 2697.321083.9 静 水 压 力 下 游 2024.466670.2 扬压力 31792.3236133.5 62160.7 合计 41570.3 552882.6 表 2-2 坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 自重 88177996937.5 46151.11490680.5 上 游 3846.7140558.4 3189.527110.8 静 水 压 力 下 游 2389.077403.6 扬压力 33534.9259383.6 60877.8 合计 42961.6 662861 满足坝趾抗压强度要求及坝基抗滑稳定，且坝踵不出现拉应力 14 表 2-3 折坡面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNM）方向 自重 41615.4357149.9 静水压力 19283403014.7 扬压力 5479.765889.4 36135.7 合计 19283 111754.2 表 2-4 折坡面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNM）方向 自重 41615.4357149.9 静水压力 20532.8442824.1 扬压力 5654.667990.3 35960.8 合计 20532.8 153664.5 满足折坡面下游端点抗压要求及坝体砼层面抗滑稳定，且坝体上游面垂 直应力不出现拉应力。 2.2.3 泄水建筑物混凝土重力坝溢流坝 2.2.3.1 堰顶高程 设 NAQ0H Q0 设N/AH200000 /（8.591）247.8 m3/s QQSA Q088400.9247.88616.8 m3/s 取 q100 m2/s LQ/q8616.8/10086.1m 根据以上计算，溢流坝孔口宽度取为 90m 设没孔宽度为 10m，则孔数 n 为 15 9，闸门采用立式平面钢闸门，初定闸墩厚度为 4m，则溢流坝段总长度 L nb+(n-1)d=90+48=122 0 L =122m100m(主河道宽)考虑泄洪隧洞的开挖或者适当开挖河道，考虑下 0 游河床地形地质条件，以适当拓宽河道较好 坝后式地面厂房 8616.8900.50.95（29.81）1/2 H03/2 H012.75 堰顶效H293.0012.75280.2m 闸门高度正常高水位堰顶高程+超高（0.10.2） =285280.2+0.25.0m 堰上最大水头 H=校核水位堰顶高程=293280.2=12.8m max 定型设计水头 H =（75%95%）H9.612.16m dmax 取为 10.5m,堰面可能出现的最大负压为 0.28 H =2.94m,小于允许值(最大不 d 超过 36m 水柱) 根据堰流公式计算 Q ,若满足%小于等于 5%,则设计的孔口符合要 QQQ/ )( 求,经计算,符合要求. 16 2.2.3.2 溢流坝实用剖面设计 图 2-2 溢流坝段剖面图 设计堰上水头 Hd=10.50m a . 溢流面曲线采用 WES 曲线 Xn=KHdn-1y Hd定型设计水头 Kn 与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知 k=2, n=1.85） 表 2-5 Y=x1.85/(2120.85) X（m） 5101518.13 Y（m） 1.214.359.2013.6 堰顶点上游椭圆曲线： +=1 2 2 )(ahd x 2 2 )( )( bHy ybHd a=0.2580.3 取 a=0.282 17 b=a/(0.87+3a)=0.164 反孤段设计 查水力学 （下）P53 取 q=100m3/s 2 2 2 0 2 co co hg q hT To- 总有效水头 Hco-临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深） 流速系数 查表取 0.95 下游尾水位 218.45m。 则反孤段半径 R（610）hco=24m ，鼻坎挑角 30 坝顶高程 294m，坝底高程 200.00m，折坡点高程 240.0m，上游坡比 1：0.15，下游坡比 1：0.75。 坝顶闸墩宽 4.00m，检修门槽与工作门槽均宽 1.0m，深 0.50m，两门槽间距 1.0m，门槽均位于坝轴线上游侧，其上布置轨道供门机行走。闸门高 6.60m，宽 12m。 堰顶高程 280.20m，上游采用 1/4 椭圆曲线，方程为+=1，下游采 2 2 32 . 3 x 2 2 93 . 1 y 用 WES 曲线,方程为 x1.85=2Hd0.85y。切点坐标为（17.5，13.5） 18 图 2-3 2.2.3.3 溢流坝段稳定应力计算 表 2-6 坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） 名称荷载(KN)方向 自重 90600 42809.3 上游 3665.9 静水压力 下游 0 1137.3 动水压力 3358.9 扬压力 28076 69548.8 合计 41672 表 2-7 坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位） 名称荷载(KN)方向 自重 90600 44441.7 上游 3761.1 静水压力 下游 0 1469.1 动水压力 4338.7 扬压力 29581.3 69118.5 合计 42972.6 表 2-8 坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） 名称荷载(KN)方向 自重 113280 42809.3 上游 3665.9 静水压力 下游 2697.3 动水压力 1137.3 19 3358.9 扬压力 37313.7 82991.1 合计 38974.7 表 2-9 坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位） 名称荷载(KN)方向 自重 113280 44441.7 上游 3761.1 静水压力 下游 3189.5 1469.1 动水压力 4338.7 扬压力 39405 81974 合计 39783.1 满足坝基抗滑稳定要求 2.3 坝内构造 2.3.1 坝顶结构 2.3.1.1 非溢流坝 坝顶宽 15m，两边设 0.2m 的栏杆，路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于 排水，道路两旁设排水管。 2.3.1.2 溢流坝 溢流坝段顶总宽为 18m，坝上布置门机轨道，溢流堰上设置两个闸门，上游 侧事故检修闸门，堰顶布置工作闸门。闸门门槽深 1.0m 宽 1.0m。闸墩宽度 4m， 中间设进水口闸门。事故检修闸门在前，工作闸门在后。 2.3.2 纵缝： 纵缝设置在溢流坝和非溢流坝上，纵缝的设置注意压力钢管，和压力钢管相 交时，纵缝应与压力钢管垂直，以更好的满足压力钢管的受力和稳定。 20 2.3.3 坝内廊道 沿灌浆廊道向上，间隔 30m 左右布置一层廊道，共分 2 层，每层纵向廊道布 置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流 坝段除底层廊道横向不贯穿至下游外，其余横向廊道均贯穿，非溢流坝段横向廊 道连接两排纵向廊道。 廊道尺寸宽 3.0m，高 6.0m，由于上游坝面倾斜，故廊道上下并非垂直布置， 而是向下游倾斜，这使得排水管亦倾斜布置，但角度不大，在允许的范围内。 2.3.4 坝基地基处理 由于坝址处岩基抗渗性较好，故防渗帷幕灌浆处理比较简单。 2.4 溢流坝消能抗冲刷措施 2.4.1 消能方式采用挑流消能 连续式挑流鼻坎的水舌挑距 L=1/g 21 22 11 2 1 2sincoscossinhhgvvv =30 h1=hc0cos30=2.54 h2=216-200=16m 6 . 33216 2 . 28081 . 9 295. 02 1 h gv =95.3m 21 22 11 2 1 2sincossincos/1hhgvvvgL 式中：L水舌距(m) V1坎顶水面流速（m/s）可取坎顶平均流速 V 的 1.1 倍 鼻坎挑射角度 H1坎顶平均水深在铅直方向的投影 H2坎顶至河床表面高差（m） g重力加速度 计算得 L130.4m 2.4.2 冲坑 挑流冲坑深度估计采用 T，其中 kr=0.9 鼻坎单宽流量决 11 . 0 89 . 0 44 . 2 /zhkr k 定的临界水深h =9.1 k 3 2 / gq 32 81 . 9 / 1 . 86 tr=2.44krhk0.89H0.11 =2.440.99.10.8974.20.11 21 =25.2 m 5 35.10200216 2 . 25 3 . 95tTL 故泄水建筑物不受冲坑影响 tr冲刷坑深度(m) H上下游水位差(m) hk取决于出坎单宽流量 q 的临界水深，,g 为重力加速度。 3 2 g q hk 取决于岩石抗冲刷能力的无因次参数，对于坚硬岩石 Kr1=0.71.1 r K 此处取 1.0 计算得 tr7.97 m 由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只 需在溢流坝与非溢流坝交界处设 2m 宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。 2.4.3 导墙高度 掺气水深 ha=h/(1-c) c=0.538(Ae-0.02) Ae=nv/R3/2=0.183 c=0.188 ha=2.38m h导=2.38+1.5=3.88m 取 h导=4.0m 22 第三章 水能规划 3.1 水头 Hmax、Hmin、Hr 选择 Nf9.81QH总 位位 1 设计洪 厂房下游尾水位2 H上下游水头差 Nf9.81Q（hh） 总8.5HQ 3.1.1 Hmax 可能出现情况 3.1.1.1 校核洪水位（293m） ，四台机组全发电 由 Q泄8840m3/s 查厂区水位流量曲线得：H下215.87m Hmax293215.8777.13m 3.1.1.2 设计洪水位（291m） ，四台机组全发电 由 Q设7920m3/s 查厂区水位流量曲线得：H下214.98m Hmax291214.9876.02m 3.1.1.3 设计蓄水位（285.0m） ，一台机组发电 20 万 KW 属中型电站，A8.5，N9.81QHAQH，考虑 2%水头损失 设 Q180m3/s，查得 H下202m N8.580（285202）98%5.531 万 KW 设 Q2100m3/s，查得 H下202.125m N8.5100（285202.125）98%6.903 万 KW 设 Q370m3/s，查得 H下201.75m N8.550（285201.75）98%4.889 万 KW 由 Excell 试算 N5 万 KW 可得：Q71.62 m3/s 再由 Q71.62 m3/s 查得：H下201.79m Hmax285201.7983.21m 总之，Hmax83.21m 3.1.2 Hmin 可能出现情况 23 设计低水位（264.0m） ，四台机组全发电 设 Q1200m3/s，查得 H下202.6m N8.5200（264202.6）98%10.23 万 KW 设 Q2500m3/s，查得 H下203.9m N8.5500（264203.9）98%25.03 万 KW 设 Q3700m3/s，查得 H下204.5m N8.5700（264204.5）98%34.69 万 KW 由 Excell 试算 N5 万 KW 可得 Q394.1m3/s 再由 Q394.1 m3/s 查得：H下203.51m Hmin264203.5160.49m 3.1.3 设计水头 Hav1/2（Hmax+Hmin）1/2（60.7+82.2）71.45m 坝后式 Hr0.95Hav67.88m 3.2 水轮机选型比较 根据水头工作范围 60.4983.21m 查资料，选择水轮机型为 HL220 3.2.1 HL220 水轮机方案的主要参数选择 1、转轮直径 D1 查表水电站3-6 得限制工况下单位流量查表得限制工况 Q1/m1.15 m3/s，m89.0%，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量初设 Q1/ Q1/m1.15 m3/s，m90.9% 水轮机额定出力 Nr50000/96%52083.3kw 设计水头 Hr67.88m m HrHrQ Nr D02 . 3 81 . 9 1 1 取与之相近而偏大的标称直径 D13.3m 2、转速 n 计算 HL220 最优工况下转速 n10/m70.0r/min 设 n10/ n10/m70.0r/min Hav71.85m n10/70.0r/min D13.3m min/ 3 . 179 1 1 r D Hn n av 24 取 n187.5r/min P16 对 3、效率修正 mmax91% D1m0.46m 原型效率 max1（1mmax）（D1m/D1）1/593.9% Mmax模型最优工况下效率 D1m模型转轮直径 效率正修正值93.9%91%2.9% 取 1% 1.9% maxmmax+91%+1.9%92.9% m+89.0%+1.9%90.9% 与假定值相同 n10/ n10/m（max/mmax）1/210.98%3% n、Q1/可不加修正 最后求得 90.9%，D13.3m，n=187.5r/min 水轮机型号：HL220LJ330 4、工作范围检验 0.971 m3/s1.15 m3/s 2 3 2 1 1 81 . 9 HrD Nr Q 最大引用流量 Qmax Q1/max D12Hr1/287.36 m3/s n1/minnD1/Hmax1/267.83r/min n1/maxnD1/Hmin1/279.56r/min n1/rnD1/Hr1/274.89r/min 由 Q1/max、n1/min、n1/max 在 HL220 综合特性曲线上绘出工作范围： 图 3-1 25 吸出高度 Hs 计算由 n1/r74.89r/min，Q1/max0.96 m3/s 查曲线得： 0.115 由 Hr68.26m 查得：0.02 查下游水位流量关系曲线得水轮机安装海拔高程210m Hs10/900（+）Hr0.6m4.0m，吸出高度满足要求 水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔 m-模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得 m0.09 -气蚀系数修正值，查表得0.018 m m Hr水轮机设计水头 3.2.2 水轮机安装高程 2/ 0 bHZ sws ZS水轮机安装高程 -设计尾水位， b0 -导叶高度 mbDb825 . 0 3 . 325 . 0 25 . 0 / 010 Hs-吸出高度 求得 ZS203.01m 26 第四章 引水建筑物 坝后式厂房采用坝式进水口，引水建筑物为压力钢管，由经济流速算出压力 钢管内径 4.2m。 4.3 压力钢管结构设计： 4.3.1 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 252.26 米处；压力钢管中 心线高程为 225 米处以及压力钢管末端处高程 203.1 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 4.20 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 4-1 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 4.3.2 承受内水压力的结构分析： 4.3.2.1 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 式中：Pa钢管承受的内水压力； ta钢管厚度； 27 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 4-2 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： 28 图 4-1 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。 4.3.2.2 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 C混凝土层相对开裂深度，取 C=，在混凝土未开裂的情况下， 5 4 r r 取 5 r r c r4混凝土开裂区半径（mm） ； 29 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 ，可由设计者视具体情况而定，设计状况系数 0 tkctmc ct f =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， 33 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。 因河谷地形高程变化大，设计时考虑过部分采用坝内钢管，部分采用坝后背 管，由于做出的坝后背管与坝内钢管比较接近，且坝基岩石为坚固的花岗斑岩， 故都做成坝内埋管。 30 闸门设在进口上游侧闸墩内，总宽 5m，设置拦污栅，检修闸门门槽宽 1m，工作 闸门门槽宽 1m。 31 第五章 水电站厂房 5.1 电站厂房的布置设计 由于坝址处河谷狭窄，山体陡峭，采用一般坝后式厂房，土石方开挖量较大， 故将副厂房布置在主厂房的上游侧，减少坝段总长，合理利用空间，减少对坝体 的削弱和土石方的开挖。底部设有吊钩，供检修伸缩节时使用，副厂房长 74.60m，厂用配电室和电缆层宽 5.7m，母线层宽 4.0m。 装配场设在厂房出口处，和厂房同宽，为 17.0m，长 18.0m（包括墙壁厚度） 。 主厂房四个机组段布置在装配场右侧，机组段长 14.2m。 装配厂与进厂公路同高。另设一条公路通上发电厂房尾水平台 。 5.2 厂房内部结构 5.2.1 发电机 5.2.1.1 发电机主要尺寸 1、极距 cm P S K f j 48.65 2 4 sf发电机额定客量（KVA） kj取 810 此时取 10 P磁极对数 P=16 2、飞逸线速度 VfKf124.412m/s 3、定子铁芯内径 Di=2P/=667cm 4、定子铁芯长度 cm necDi st lt04.141 2 C系数 查表 C=510-6 ne额定转速=187.5r/min Di/（ltnN）0.0250.035 为悬式 5、定子铁芯外径 DaDi+1.2745.58cm 发电机型号为：SF 5032/745.6 5.2.1.2 平面尺寸 32 1、定子机座外径 D11.18Da869.78cm 2、风罩内径 D2 D1+2401114.78cm 3、转子外径 D3Di2Di667cm 4、下机架最大跨度 D4 D5+0.6520cm，水轮机机坑直径 D5460cm 5、推力轴承外径 D6310cm，励磁机外径 D7210cm 5.2.1.3 轴向尺寸 1、定子机座高度 h1lt+2+20291cm 2、上机架高度 h20.25Di166.75cm 3、推力轴承高度 h3150cm，励磁机高度 h4200cm（其中机架高度 80cm） ， 副励磁机高度 h580cm，永励磁机高度 h660cm