紧水滩水电站及坝内埋管设计说明书

-1- 摘摘 要要 紧水滩电站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。 该工程采用高水头大坝，挡水建筑物为混凝土重力坝，泄水建筑物为溢 流坝，在洪水季节，河流最大泄流量为 20000m3/s,此时用溢流堰泄流。 设计洪水位为 289.9m，校核洪水位为 291.8m，正常蓄水位为 284m,设 计死水位为 264m,坝顶高程 293.7m，坝基开挖至高程 192m，整个坝高 93.7m，坝底高程 200m。上游坝坡坡度 1:0.2，下游坝坡坡度 1：0.75，溢 流坝堰顶高程 274.3m。 本枢纽河谷底宽 90m 左右，坝顶高程处坝轴线长 285m，根据布置，溢 流坝段布置在河床中间偏右岸，厂房布置在左岸。因左岸比较平缓，可布置 开关站，电厂办公管理用房设施。 。 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， 其直径为 3m,转速为 214.3r/min。发电机为 SF45-28/653.9。安装水轮发电 机组 4 台， 单机容量 5 万千瓦，总装机容量为 200000kw。厂房宽为 20m， 长为 71.8m, 水轮机安装高程 201.352m，发电机层高程 211.84m，装配场层 高程 211.84m（与进厂公路同高程） 。各个枢纽建筑之间由公路相连，它连 接了包括安装场、尾水平台、大坝和闸门启闭室等设施。 另外，本设计还对机墩进行了布置和专门的配筋设计。 关键词关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；稳定；应力；水轮机；发电 机；选型；厂房；机墩。 -2- ABSTRACT Jin-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 adopts high-lift dam, which use concrete gravity dam to prevent the water and overflowing dam to sluicing. When it occurs flood, overflowing weir is used to spill over the flood, whose biggest rate of flow reaches 20000ms/s. According to the design of dam, the details are as following: designed flood level is 289.8m; revised flood level is 291.8m; the normal level of storing water is 284m; the designed lowest level of water is 264m; the top height of dam is total 293.7m; the foundation of dam arrives to 192m height; the total height of dam is 93.7m; The upstream dam slope is 1:0.2 ,the downstream dam slop is 1:0.75 the width of of bottom of river vale to this hinge is about 90m; the length of axis on top of dam is 285m; According to disposal, the overflowing dam lies near the right shore of riverbed, whereas factory lies on left shore, because the left shore is much flater which can lay the switch station and facilities of office. This engineering uses such disposal that the hydroelectric station is behind the dam. Via calculation, we choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3m and r.p.m is 214.3r/min. Generator is SF45-28/653.9 hydraulic turbine generators are installed, one of which has 50,000 kw electricity. It is ensured to generate 200000kw electricity. The width of factory is 20m, however its length is 71.8m. the turbine setting is 201.352m，generator setting is 211.84m，assembly yard setting is 211.84m（the same to the road leading to the power house）. And its height is equal to that of machinery group. Each main construction is linked with road which joint including installation site, draft tube deck, dam, control room of sluice -3- gate and other facilities. Otherwise, this project approach decorate the generator frustu and approach its specially blending concrete iron. Keyword：hydro-junction; water retaining structure ; rapid flood structure; stabilize; strain; turbine; generator; power house; generator frustu. -4- 目 录 摘 要.1 第一章 自然地理及工程地质.6 1.1 流域概况6 1.2 水文与气候6 1.3 地形与地质7 1.3.1 水库区工程地质.7 1.3.2 坝址地质.8 1.4 天然建筑材料8 1.4.2 砂石料：.8 第二章 经济、水利与动能.9 2.1 工程效益9 2.2 特征水位及机组型号9 第三章 枢纽布置及挡水、泄水建筑物.9 3.1 枢纽布置.9 3.2 挡水建筑物10 3.2.1 坝高确定10 3.2.2 挡水建筑物的形式、尺寸和布置11 3.2.3 非溢流坝段稳定应力计算12 3.3 泄水建筑物-砼溢流坝的形式、尺寸与布置13 3.3.1 堰顶高程的确定.13 3.3.2 溢流坝实用剖面设计.13 3.3.3 溢流坝段稳定应力计算.15 3.4 坝内构造16 3.4.1 坝顶结构.16 3.4.1.1 非溢流坝16 3.4.1.2 溢流坝16 3.4.1.3 坝内廊道.17 3.4.2 坝基地基处理17 3.5 溢流坝消能抗冲刷措施17 3.5.1 消能方式采用挑流消能17 3.5.2 冲坑18 3.5.3 导墙高度18 第四章 水能规划.18 4.1 特征水位.18 4.1.1 Hmax 可能出现情况.19 4.1.2 Hmin 可能出现情况.19 -5- 4.1.3 的取值20 av H 4.2 HL220 工作参数确定.20 4.2.1 转轮直径 D1 .20 4.2.2 转速 n20 4.2.3 效率修正.21 4.2.4 工作范围检验.21 4.2.5 吸出高度 Hs21 第四章 引水建筑物.22 第五章 水电站厂房.22 5.1 电站厂房的布置设计概述：.22 5.1.1 装配厂层：23 5.1.25.1.2 发电机层发电机层：23 5.1.3 水轮机层.23 5.1.4 蜗壳层：24 5.2 厂房内部结构24 5.2.1 发电机.24 5.2.2 调速器及油压装置选择与尺寸.26 5.2.3 金属蜗壳尺寸.28 5.2.4 尾水管尺寸.28 5.2.5 起重设备选择与尺寸.29 5.2.6 厂房各层高程确定30 第六章压力钢管设计.31 6.1 引水管道的布置：.31 6.2 闸门及启闭设备：32 6.3 压力钢管结构设计：32 6.3.1 确定钢管厚度：32 6.3.2 水锤压力系数的计算：33 6.3.3 判断混凝土开裂情况： 34 6.3.3.1 未开裂情况： 34 6.3.3.2 内圈部分开裂情况： 37 6.3.4 抗外压稳定校核： 38 -6- -7- 第一章 自然地理及工程地质 1.1 流域概况流域概况 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。 1.2 水文与气候水文与气候 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 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 -8- 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。 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。 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） 438052006060700079408980100801120012340 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 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 -9- 1.3 地形与地质地形与地质 1.3.1 水库区工程地质水库区工程地质 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 坝址地质坝址地质 坝区位于 90 平方公里的“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。 混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数 0.7，凝聚力 5 公斤/平方厘米，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 0.5 公 里，有效储量 426700 立方米。 油坑料场：位于 500550 米高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝址 1.5 公里，有效储量 747600 立方米。 1.4.2 砂石料：砂石料： 局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址 16.5 公里。 局村至坝址区十个料场，左岸 4 个，右岸 6 个，最远距坝址 9 公里。 -10- 坝址至赤石区七个料场，最远距坝址 12.2 公里。 共计 23 个料场，有效储量水下 557000 立方米，水上 3094600 立方米，合计 3651600 立方米。 第二章 经济、水利与动能 2.12.1 工程效益工程效益 本工程以发电为主，同时兼顾防洪、航运、渔业等综合利用。 电站建成后联入华东电力系统，作为系统调峰电源之一。 水库建成后，可减轻洪水对丽水县城和碧湖平原的影响。在水库遇五年一遇 和二十年一遇洪水时，紧水滩洪峰流量，由原来的 4270、6260 秒立方米，分别 削减为 2270、3560 秒立方米。 水库建成后，库区可通航机动船，由于水库的调节作用，坝址至丽水河段枯 水期的最小流量可由原来的 2.23 秒立米提高到 50 秒立米， （保证率 8085%）水 深增加 0.6 米左右。从而改善了航运条件。 水库建成后，经水库调节，流放竹木条件可大为改善，有效流放时间可大为 增长。流放量可由目前的 14 万立方米提高到 27.4 万立方米。 水库建成后，正常蓄水位时，水库面积达 34.2 平方公里，为发展养渔业及 其他水产养殖事业创造有利条件。 2.22.2 特征水位及机组型号特征水位及机组型号 校核洪水位 291.80 米，校核洪水最大下泄流量 9520 秒立方。 设计洪水位 289.90 米，设计洪水最大下泄流量 8410 秒立方。 设计蓄水位 284.0 米，设计低水位 264 米。 装机容量 20 万千瓦（45 万千瓦） 水轮机机型：HL220LJ300 -11- 第三章 枢纽布置及挡水、泄水建筑物 3.13.1 枢纽布置枢纽布置 枢纽由非溢流坝段、溢流坝段及坝后式地面厂房组成。 溢流坝段布置在河谷中央，长 136 米，分 7 孔，其中 4 孔 164m，3 孔 7.44 m，采用鼻坎挑流消能，反弧半径 15m，闸墩与非溢流坝同高。左岸坝后 布置坝后式厂房， 非溢流坝段布置在河谷两岸，坝轴线垂直水流方向。坝顶高程 293.7 米，坝 基面高程 200 米。 电站厂房机组段长 14.4 米，总长 74 米。装配厂放在厂房左侧，则进厂公路 高程约 300 米，而发电机层高程仅 211.84 米，所以使装配厂与发电机层同高， 需要在洪水期从坝顶进场。 3.23.2 挡水建筑物挡水建筑物 3.2.1 坝高确定坝高确定 根据水电站装机 20 万 kw，取工程规模为大型，主要建筑物级别：1 级，次要 建筑物：3 级，临时建筑物：4 级。 3.2.1.1 坝顶超出静水位高度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 hc安全超高 3 1 2 12 1 2 )(0076 . 0 f f f V gD V V gh vf 风速 D 吹程 -12- 该水库缘地势高峻，故采用官厅水库计算公式，D=0.7km 2hl=10.4(2hl)0.8 2ll波长 a. ho=cth Ll hl 2 4 2 Ll Hl b. hc-查水工建筑物 （上）河海大学出版社 P53表 2-8 基本组合： hc=0.7m，特殊组合 hc=0.5m 3.2.1.2 坝顶高程坝顶高程=max 设计洪水位+h设=291.78m 校核洪水位+h校=293.68m 取坝顶高程为 293.67m 3.2.1.3 查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程 200m，由此知大坝实际高度为，由此知大坝实际高度为 293.68-200=93.68m 3.2.23.2.2 挡水建筑物的形式、尺寸和布置挡水建筑物的形式、尺寸和布置 挡水建筑物为混凝土重力坝，典型剖面如下图： 图 3-1 非溢流坝剖面 -13- 坝顶高程 293.68 米，坝底高程 200 米，上游坡比 1:0.2，下游坡比 1：0.75，坝顶宽 8.00 米，坝底宽 77.1 米.经过一系列的试算得出在坝内开经过一系列的试算得出在坝内开 挖不合适，腹孔高挖不合适，腹孔高 10M10M，宽，宽 24M24M，基本起不到工程作用，所以采用实体重力坝，基本起不到工程作用，所以采用实体重力坝。 灌浆廊道距坝底 5m，距上游坝面 3m，廊道宽 2.1m，高 2.4m。 3.2.3 非溢流坝段稳定应力计算非溢流坝段稳定应力计算 表 3-1 坝基面偶然状况（校核洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 自重 88714.639771223.89 39642.261187946.39 上 游 4971.71175650.51 1170.846029.83 静 水 压 力 下 游 878.3230465.99 扬压力 28059.8124201.12 70363.549 合计 38471.42 587450.93 表 3-2 坝基面持久状况（设计洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 自重 88714.639771223.89 39642.261187946.39 上 游 4971.71175650.51 1170.846029.83 静 水 压 力 下 游 878.3230465.99 -14- 扬压力 28059.8124201.12 70363.549 合计 38471.42 587450.93 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 3.3 泄水建筑物泄水建筑物-砼溢流坝的形式、尺寸与布置砼溢流坝的形式、尺寸与布置 3.3.1 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 Q=Qs=8410 m3/s 取 q=120 m3/s 则 L=(QQ)/q=(8410-195.06)/100=81.74m 取 L=86.2m 由于厂房布置在溢流坝后，压力钢管要放在闸墩上， 则 L0=nb+(n-1)d=123.2m H H0v2/2g11.68m 堰顶设H278.22m 2. 校核工况下 q（QQ）/L152.34m2/s QLm（2g）1/2 H03/2 H017.62m vq/A1.55m/s H H0v2/2g12.73m 堰顶校H279.07m 所以，堰顶279.07m 3.3.2 溢流坝实用剖面设计溢流坝实用剖面设计 泄水建筑物为混凝土溢流坝，典型剖面如下图： -15- 图 3-2 溢流坝剖面 3.3.2.1 1/4 椭圆段：椭圆段： 定型设计水头Hd=（75%95%）Hmax=9.512.09M 取 Hd12m 上游段曲线采用椭圆 算得椭圆方程+=1 2 2 6 . 3 x 2 2 028. 2 y 3.3.2.2 WES 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 x18.44m y20.76m 表 3-5 WES 曲线段计算结果 X（m） 36912 Y（m） 0.65 2.35 4.98 8.48 -16- 3.3.2.3 反弧段：反弧段： 由水力学公式 T0hc0+q2/（2g2hc02）试算得：hc0 2.281m 取 R15m 鼻坎高程 232m 下游最高水位 216.45m ，因为厂房顶高程为 230m，所 以满足要求。 坝顶高程 293.68 米，坝底高程 200 米，上游坡比 1:0.2，下游坡比 1：0.75。 堰顶高程 279.07 米，上游椭圆弧，下游采用 WES 曲线,方程为 x1.85=2Hd0.85y，切点（18.44，20.76） 坝后采用挑流消能，反弧段坎上水深 hco=2.281 米，反弧半径 R=（410）*2.281=13.68622.81 米，取 R =15 米，鼻坎挑射角=30。 3.3.3 溢流坝段稳定应力计算溢流坝段稳定应力计算 表 3-6 坝基面持久状况（设计洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 自重 88714.639771223.89 448181470921 静 水 压 力 上 游 3877.4150776.53 扬压力 31330.68228592.35 62667.5 合计 44818 299762.5 表 3-7 坝基面偶然状况（校核洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 -17- 自重 88714.639771223.89 463211559922 静 水 压 力 上 游 3977.5154683.42 扬压力 32778224636 61321.26 合计 46321 380901 满足坝基抗滑稳定要求。 3.43.4 坝内构造坝内构造 3.4.1 坝顶结构坝顶结构 3.4.1.1 非溢流坝非溢流坝 坝顶宽 8m，两边设 1 m 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。 3.4.1.2 溢流坝溢流坝 溢流坝段坝顶较非溢流坝段向上游伸出 3m，故坝顶总宽为 24m，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 墩宽度 7.4m，故溢流坝段总长 123.2m，闸门门槽深 1m 宽 1m。 3.4.1.3 坝内廊道坝内廊道 沿灌浆廊道向上，间隔 30m 布置一层廊道，共分 3 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 2.1m，高 2.4m。 -18- ,3.4.2 坝基地基处理坝基地基处理 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。 3.53.5 溢流坝消能抗冲刷措施溢流坝消能抗冲刷措施 3.5.1 消能方式采用挑流消能消能方式采用挑流消能 =30 坝顶水面流速： 9 . 362 1 h gv =163.62m 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 L144.27m 3.5.2 冲坑冲坑 tHhKt Krr 11 . 0 89 . 0 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 33.8 m r t -19- L/=8.395 安全 r t 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 1.5m 宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即 可。 3.5.3 导墙高度导墙高度 掺气水深 ha=h/(1-c) c=0.538(Ae-0.02) Ae=nv/R3/2=0.24 c=0.122 ha=2.38m h导=2.38+1.5=3.88m 取 h导=4.0m 第四章第四章 水能规划水能规划 4.14.1 特征水位特征水位 20 万 KW 属中型电站，A8.268，N9.81QHAQH，考虑 2%水头损失 4.1.1 Hmax 可能出现情况可能出现情况 设计洪水位（=289.9m） ，四台机组全发电, 1 1 H =45/98%=20.40 万 kw r N =8410 =215.45m =289.9-215.45=74.45m 泄 Qsm3 2 H 毛 H =74.450.98=72.96.m 净 H 校核洪水位（=291.8m） ，四台机组全发电 2 1 H =20.40 万 kw r N -20- =216.45m =75.31m 2 H 毛 H =75.310.98=73.8m 净 H 正常蓄水位（284m） ，一台机组发电 3 =20.40 万 kw r N =300 =201.97 m =82.03m 1 Qsm3 2 H 毛 H =82.030.98=80.389M 净 H N=AQ=80.3898.26875.220 万 kw 净 H 综上选取=80.389m max H 4.1.2 Hmin 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 =408 =203.56m =60.44m 1 Qsm3 2 H 毛 H =60.440.98=59.23m 净 H N=AQ=4088.26860.440.9820 万 kw 净 H 综上选取= 60.440.98=59.23m min H 4.1.3 的取值的取值 av H Hav50% H设 max +30%Hmax+20%Hmin=70.81 Hr= 0.95Hav=67.2695m 水头范围 59.2380.389m 由工作水头范围查表得：选用 HL220 水轮机 -21- 4.24.2 HL220HL220 工作参数确定工作参数确定 4.2.1 转轮直径转轮直径 D1 查表得限制工况 Q1/m1.15 m3/s，m89.0% 初设 Q1/ 1.15m3/s，m90.8% Nr52083kw，Hr67.2695m m HrHrQ Nr D03 . 3 81 . 9 1 1 取相邻较大值 D13m 4.2.2 转速转速 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 Hav70.81m n10/70.0r/min D13m 取相邻值 n214.3r/min P14 对min/35.196 1 1 r D Hn n av 4.2.3 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）1/594.6% 94.6%91.3%3.3 % 考虑制造工艺上的差异在 值中减去一个修正值 1.0% 2.3% maxmmax+91%+2.3%93.3% m+89.0%+3.3%91.3% 与假定值相同 n10/ n10/m（max/mmax）1/210.97%3% n、Q1/可不加修正 -22- 4.2.4 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的即可以计算出 1 D max1 Q 1 n 来。 1.071 m3/s1.15 m3/s 2 3 2 1 max1 81 . 9 HrD Nr Q 最大引用流量 Qmax Q1/max D12Hr1/21.0719=79.06m3/s2695.67 各特征水头相对应的单位转速为： n1/minnD1/Hmax1/271.70r/min n1/maxnD1/Hmin1/283.54r/min n1/rnD1/Hr1/280.82r/min 由 Q1/max、n1/min、n1/max 在 HL220 综合特性曲线上绘出工作范围 4.2.5 吸出高度吸出高度 Hs 由 n1/r80.82r/min，Q1/max1.071m3/s 查曲线得：0.133 由 Hr67.2695m 查得：0.02 水轮机安装海拔高程,初始计算取下游平均水位的高程202.5m Hs10/900（+）Hr-0.5174.0m 符合要求。 第四章 引水建筑物 坝后式厂房采用溢流式厂房，引水建筑物为压力钢管，由经济流速算出压力 钢管内径 3.8m，进口采用三面收缩，底部水平的方式，顶部采用 1/4 椭圆曲线， 方程为 +=1 又算出最小淹没深度为 8.18 米，进水口中心线高程为 2 2 2 . 4 x 2 2 6 . 1 y 256.9 米。 渐变段水平，由矩形闸门段到圆形钢管段采用圆角过渡，渐变段长度为 6 米。 -23- 后接压力钢管圆弧转弯段，进口中心线高程为 256.9 米，转弯半径=10 米， 转角= 53。后接直管段，与下游坡平行，再接圆弧转弯段，转弯半径=10 米， 转角=53。后经 14 米长接水平段至蜗壳，水平段中心线高程为 201.352 米。 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钢斑岩， 故都做成坝内埋管，靠近岸边的钢管埋在坝基的岩石内。 闸门高度等于管道内径，宽度一般稍小于压力管道内径，取 3m。 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二为一，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，孔口开口较小，以 降低水头损失。拦污栅立面垂直，在 平面上为半圆弧形，其总面积由电站的引用流量及过栅流速推得。 拦污栅弧形半径 3.5 米，高 7.5 米 斜直段钢管轴线与下游坝坡平行，即基本上与坝体最大主压应力的方向一致， 这样也可以减小坝体荷载在孔口边缘引起的应力。本设计中将钢管直接埋置在坝 体混凝土中，二者结为整体，共同承受内水压力 第五章第五章 水电站厂房水电站厂房 5.15.1 电站厂房的布置设计概述：电站厂房的布置设计概述： 整个厂房布置在溢流坝段后方，全部采用地面式厂房，开挖量较大，但厂房 结构受力情况简单明确，且现代施工工艺已经能满足大量开挖及高边坡的处理要 求，故本电站采用地面式厂房。将副厂房布置在主厂房的上游侧，合理利用空间， 底部设有吊钩，供检修伸缩节时使。坝后式地面厂房，长宽高 =71.82030m3。主厂房由一个装配场及四个机组段组成，宽 20 米。副厂房由 三层组成。 装配场紧贴溢流坝段导墙，宽 20 米，长 14.4 米。 主厂房四个机组段布置在装配场右侧，机组段长 14.4 米，宽 20 米。 -24- 5.1.1 装配厂层：装配厂层： 装配厂与发电机层同高，需要设置挡水，汛期从坝顶进。 5.1.25.1.2 发电机层发电机层： 高程 207.602 米，总长 71.8 米，宽 20 米。每个机组段长 14.4 米，从左至 右 1#4#机组总长 57.6 米。 装配场长 14.4 米，可放下 4 大件（上机架，发电机转子，水轮机转轮，水 轮机顶盖） ，供安装检修设备时使用。装配场大门朝左岸，正对进厂公路 。 发电机上盖板六块钢板，下面焊接角钢，使受力均匀，以增加盖板刚度。 每台发电机第二象限放置一台调速器，一个油压装置。 装配场与机组段间设有伸缩缝，四个机组段正中也设有一条伸缩缝， 第一和第三个机组段均在第 3 象限靠墙处设有一个楼梯，通往水轮机层，楼 梯宽 1.00 米，每个踏步高 20 厘米，长 30 厘米。由于楼梯较长，设为 L 形转弯 的楼梯，转弯处平台宽 2.4 米，长 1.0 米。 5.1.3 水轮机层水轮机层 高程 204.602 米，长 57.6 米，宽 20 米。每个机组段长 14.4 米，从左至右 1#4#机组总长 57.6 米。 每个水轮机 x 坐标轴有一楼梯从水轮机层下到水轮机顶盖上方的钢板上，楼 梯宽 1.0 米。 水轮机第一象限上方处出线至副厂房母线层，与发电机层下挂的回油箱避开， 避免漏油滴到电线上引发电火灾。 水轮机第三象限有楼梯上至发电机层。 厂房上下游侧均为墙，不开窗，墙后由于尾水连续墙连系的框架结构，宽 1.4 米，厚 0.5 米，长 3 米。尾水连续墙要挡水，所以上游侧位变截面墙。水轮 机层墙厚 1.5 米，水轮机层往上墙厚 1.5 米，蝸壳层墙厚 1.5 米。 连续墙中开孔供尾水闸门起吊，孔洞为“凸”字形，下宽 0.5 米，长 4.10 米，上宽 0.3 米，长 3.5 米。每个机组段两孔间距 0.4 米，关于中心线对称布置， 孔洞下游侧与尾水连续墙下游侧间距为 1.4 米，尾水连续墙在尾水闸门处开洞， -25- 以泄放发电尾水。 水轮机型号：HL220LJ300 特性参数：转轮直径 D13.0m，转速 n214.3r/min 5.1.4 蜗壳层蜗壳层： 安装高程 201.352 米，Db4100mm，Da4700mm D1D2 标准砼肘管 D13m （单位：m） 金属蝸壳尺寸通过计算得出： 主厂房上下游柱子外侧均为一期混凝土，内侧为二期混凝土。 尾水管采用标准混凝土肘管，尺寸通过计算得出： 尾水闸门处连续墙设有一斜坡，便于闸门关闭时压紧止水。 闸墩前方后圆，宽 1 米，半圆直径 1 米。 尾水管底高程 193.177 米，开挖高程 192.177 米。尾水管侧面设有楼梯从 尾水管上方下至尾水管进人孔。 压力钢管在进厂前设有一个伸缩节，开一长 2 米，宽 6 米，高 6 米的空腔， 伸缩节直径 4.2 米，空腔内设有直径 1 米的蝸壳进人孔。 厂坝之间在坝脚处设伸缩缝，尾水管闸墩与尾水渠之间设伸缩缝。 5.2 厂房内部结构厂房内部结构 5.2.1 发电机发电机 5.2.1.1 发电机主要尺寸估算（单位：发电机主要尺寸估算（单位：mm） 极距 Kj（Sf/2P）1/460.92cm Sf50000/0.85 飞逸线速度 VfKf1.960.92115.748m/s 定子铁芯内径 Di2P/542.96cm 定子铁芯长度 ltSf/（CDi2ne）166.2cm Di/（ltnN）0.0220.035 为悬式 定子铁芯外径 DaDi+1.2603.88 -26- 5.2.1.2 平面尺寸平面尺寸 定子机座外径 D11.20Da724.656cm 风罩内径 D2 D1+240965cm 转子外径 D3Di2Di542.96cm 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 D6300cm 励磁机外径 D7200cm 5.2.1.3 轴向尺寸轴向尺寸 定子机座高度 h1lt+2288.04cm 上机架高度 h20.25Di135.74cm 推力轴承高度 h3180cm 励磁机高度 h4220cm 副励磁机高度 h5100cm 永励磁机高度 h680cm 下机架高度 h70.12Di65.16cm 定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板间距离 h80.15Di81.44cm 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+90216.2cm 发电机主轴高度 h11（0.70.9）H8200cm H h1+ h2+h4+ h5+ h6+ h8+ h91185.22cm 5.2.1.4 发电机重量估算发电机重量估算 )(85.337 3 2 1 t n S KG e f f K1系数，悬式 K1=810， -27- 发电机转子重=Gf=168.925t 2 1 5.2.2 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 5.2.2.1 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=（2025）Q=（ 2.162.7）N.m30000N.m 1 DmaxH 5 10 Hmax最高水头 D1水轮机直径 Q最高水头对应的发电流量 5.2.2.2 接力器选择接力器选择 （1）接力器直径）接力器直径 ds 采用两个接力器，取额定油压为 2.5MPa，式中（由导叶数，为标准正03 . 0 24Z0 曲率导叶，在表中查得）导叶相对高度 =0.25 bo=0.75m 1 0 D b 直径 ds=D1mmH D bo 430max 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。 （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 Mmax7 .19 0 DoMZo MDoZ -28- 采用计算系数 1.4-1.8，则 Smax=296mm （3）接力器容积计算）接力器容积计算 22 094 . 0 max 2 mSdsVS TsvmVSd/13 . 1 选用 Ts=4S Vm=4.5m/s mmd7754/094 . 0 13 . 1 故选用 DT-80 型电气液压型调速器 5.2.2.3 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 V0（1820）V（1.6921.88）m3 选用相近而偏大的 YZ-2.5 型分离式油压 表 5-1 压力油罐尺寸： V0（m3 ） D1（mm ） D0（mm ） H（mm）H（mm） -29- 2.51132139036542732 表 5-2 回油箱尺寸： m（mm）n（mm）k（mm）L（mm） 1916190014402435 5.2.3 金属蜗壳尺寸金属蜗壳尺寸 包角 345由 Hr67.2695m 查得：Vc6.8m/s 由 Hr67.2695m，D13m 查得：Db4100mm，Da4700mm 。 i c i i V Q 360 72 . 1 360 max aira+i2.35+ 360 2 i Rira+2i2.35+ 360 4 i 表 5-3 金属蜗壳尺寸 i（）30 75120165210255300345 i（m ） 0.4940.7810.9881.1581.3071.4401.5621.675 ai（m） 2.8443.1313.3383.5083.6573.7903.9124.025 Ri（m） 3.3383.9124.3264.6664.9645.235.4745.7 ： 5.2.4 尾水管尺寸尾水管尺寸 尺寸由计算得出： D1D2 标准砼肘管 D13m （单位：m） -30- 表 5-4 尾水管尺寸： hLB5D4h4h6L1h5 7.54137.893.923.921.965.283.54 5.2.5 起重设备选择与尺寸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tGr925.168 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 5-5 工作参数表 单台小车起重量 （t） 名义起重