毕业设计：青海省玉树州查隆通水电站厂房设计.doc

毕业设计 题 目：青海省玉树州查隆通水电站厂房设计 （方案二）姓 名： 陈笑彭学 号： 0903105032 指 导 教 师： 解宏伟 万英正专 业 年 级： 09级水利水电工程所在学院和系： 水利电力学院完 成 日 期： 2013/6/6答 辩 日 期： 2013/6/14 青海省玉树州查隆通水电站厂房设计（方案二）摘要本毕业设计承担查隆通水电站工程中水电站厂房设计的工作。根据已有的原始资料和该处地形图进行设计，主要内容有：综合各种因素进行水电站站址的选择，水电站厂房选型及布置，通过水力计算确定水轮机组的主要参数，对比可选机组性价比及相关影响因素选择最优水轮机组，水力计算还确定了冲砂孔、压力管道、尾水渠等尺寸，进一步计算并确定厂房各层水平方向的尺寸及厂房各重要层面的高程，然后根据厂房尺寸对其中交通桥、吊车梁、厂房地板、厂房主梁、柱、闸墩等主要构件进行强度配筋计算，并对其进行抗裂、挠度等方面的验算，由于厂房地基安全性要求较高，在对其进行抗剪稳定性计算之后采用ansys软件对地基设计进行分析，进一步验算其稳定性。最后根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图以及厂房主要构件的配筋图。玉树州是青海省唯一没有被主电网覆盖的地区，电力供应主要依靠地方小水电，电源供应能力差，保证率低。电网电压等级分别为35kv、10kv、0.4kv，各水电站大多独立运行自成一片，网架尚未形成，供电线路主要为10kv单回路，除玉树县与称多县、治多县与曲麻莱县分别联网外，囊谦县和杂多县为独立电网，由于电源容量小，电网主要覆盖在县城及周边村社，大部分乡镇村社尚未通电。查隆通电站装机容量10500kw，多年平均发电量4329.64104kwh，是子曲河上规划的第三座梯级电站。查隆通电站上马后可基本解决玉树州目前的电力电量不足问题，为玉树电网提供支撑电源，同时给其他河流电站提供施工电源。该电站建成后可实现110kv电网与结古、囊谦、杂多联网运行，保证全州的电力供应，提高供电的保证率和可靠性，从而将大力推动玉树州经济和各项事业的发展。查隆通水电站具有较好的开发建设条件、良好的经济效益和社会效益。为了尽快改善该地区的贫困落后面貌，推动地区经济快速发展，充分开发和利用丰富的水电资源，建设查隆通水电站工程是十分必要的。本电站的设计水头为17米，单机容量3500kw，共三台机组，总装机容量10500kw。 关键词：选型、布置、尺寸及高程、装机容量、强度、抗裂、稳定性。yushuzhou charlon water power station in qinghai province plant design (plan ii)abstractgraduation bear out long passes of hydropower hydropower engineering design work. according to has some original information and the department topographic maps for design, main content has: integrated various factors for hydropower station station site of select, water power station plant selection and the layout, through hydraulic calculation determines hydro-unit of main parameter, contrast can selected unit cost and the related effect factors select optimal hydro-unit, hydraulic calculation also determines has rushed sand hole, and pressure pipeline, and tail canal, size, further calculation and determines plant the layer level direction of size and the plant the important level of elevation, then according to plant size on which traffic bridge , crane beams, factory floor, building girders, columns, piers and other major component strength reinforcement calculation and checking computation of crack resistance, deflection, and other aspects of it, because of the higher plant foundation security requirements, to shear stability calculation using the ansys software to analyze the foundation design, further checking it is stable. upon request, the final draw a floor plan and corresponding reinforcement diagram of the main components of profiles as well as building. yushu is only covered in main grid area, qinghai province, relies mainly on local small hydropower electricity supply, poor power supply, guaranteed low rates. grid voltages of 35kv, respectively, 10kv, hydropower stations mostly operate independently from, and grid has not been formed, mostly 10kv one-circuit of power supply line, apart from yushu county and chenduo county, outside the zhiduo county networking with qumalai county respectively, nangqian county and zaduo county as an independent power, due to the small capacity, power major coverage in the town and the surrounding villages, the majority of township village is not powered up. charlon flux power station installed capacity 10500kw, 4329.64x104kw annual average generating capacity h, is planning on a child: taking daqu third cascade hydropower station. charlon-pass power plant on a horse can resolve the current electricity shortage in yushu state, support for yushu power grid power, and construction of power plants provide power to other rivers. 110kv power network can be realized after the completion of the power station with the jiegu, nangqian and heteropoly networking operation, guarantees the state of power supply, guarantee rate and reliability of power supply, so as to vigorously promote yushu prefectures economic and development of various undertakings. charlon-way with better conditions for development and construction of hydropower stations, good economic and social benefits. poverty as soon as possible in order to improve the regions backward look, promote regional economic development, full development and utilization of rich hydropower resources, charlon-building water power station project is essential. head 17 m power station design, single capacity 3500kw, all three units, the total installed capacity of 10500kw. key words: selection, layout, size and height, capacity, strength and crack resistance and stability.绪论目 录43水利电力学院 前言21 绪论31.1项目建设背景及任务31.2设计基本资料31.3原始资料42 厂房布置52.1考虑因素52.2厂房形式52.3 交通条件52.4 开挖方量52.5施工场地的选择52.6 泄洪产生的影响52.7生活区和管理区位置的协调52.8对其他工程的协调影响63 水轮机组选择及其水头损失计算63.1 水头计算63.2水轮机主要参数的确定63.3 泄洪冲砂孔水力计算83.4 压力管道直径及蝶阀的确定93.5 尾水渠设计93.6 损失计算104 水电站厂房尺寸设计124.1 主厂房高程的确定124.2 主厂房长度l的确定144.3 主厂房宽度确定155 水电站厂房强度设计175.1、交通桥设计175.2主厂房吊车梁设计205.3厂房地板设计255.4厂房主梁设计：285.5主厂房柱设计315.6闸墩设计：335.7 基础处理346 结论和建议406.1 结论406.2建议40参考文献41致谢42前 言水电站厂房是水工建筑物、机械及电气设备的综合体，是水能转化为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺的引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。水电站厂房设计的发展随着生产力的发展而不断发展,且随着人们生活水平的提高有新的发展趋向,近年向以人为本的方向发展，厂房设计的方法随着计算机的发展有很大的发展和改善。毕业设计是我们在校期间的最后一门必修课，也是一次全面性总结性的实践环节，对我们走向工作岗位起着承上启下的作用。它是在老师指导下，综合运用四年来所学知识和科学研究的基本内容和基本工作程序，树立较强的团队概念、工作概念、工程概念、经济概念，培养分析问题和解决问题的能力，完成作为一个工程师的基本训练，是为将来顺利走向工作岗位提供业务知识和能力的保证。这次设计是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”，它可以巩固、联系、充实、加深、扩大我们所学的基础知识和专业知识，提高运用所学知识，解决实际问题的能力，培养我们敢于创新的精神，并能正确地将独创精神和科学的态度相结合，使我们初步掌握专业设计的流程和方法，熟练运用计算机等工具，以提高其工作效率。重要的是让我们养成了严肃认真，刻苦钻研、实事求是的工作作风和良好的工作、学习习惯。通过同学们在一起的交流与协作,培养大家的协同合作的工作作风。毕业设计对于我们来说，是一个独立设计、创作的过程，其中的每一步和每一个环节都是对我们的考验和锻炼，它将成为我们今后的学习和工作做铺垫，提高我们多方面的能力。水电站设计是水利水电工程建设设计工作的重要组成部分，其中站址的选择是个很复杂的问题，这主要是因为方案选择要考虑多方面的因素。此外，厂房中各设备的布置也要考虑众多因素。我们就是要针对设计中所遇到的具体问题，运用所学知识，参考相应的书籍、规范以及一些实际工程资料，找到其解决方法。在对设计图的处理上，运用了autocad的基本知识，使得绘图更加方便，快捷，从而避免了手工绘图得种种不便，提高了工作效率。同时，也运用了word知识，使得我们对计算机知识更加巩固。在解宏伟老师的悉心指导下，在同组同学张勇等同学的帮助下，经过三个月的努力，毕业设计才得以顺利完成，在此谨表衷心的感谢！限于本人水平，也限于时间，涉及中难免存在疏漏和不妥之处，敬请老师和同学们批评指正。 编者：陈笑彭 2013年6月1 绪论1.1 项目建设背景及任务电是现代社会的基本保证。玉树州是青海省唯一没有被主电网覆盖的地区，电力供应主要依靠地方小水电，电源供应能力差，保证率低。本电站基本没有综合利用功能，电站所发出的电接入规划中的玉树电网。电站的主要任务是解决玉树州的电力电量不足问题，尤其解决冬季发电量的严重不足，从根本上改善玉树州的生产生活状况。因此，本电站的开发任务单一，以发电为主，同时具有发展渔业养殖、观光旅游的潜力。供电范围为整个玉树州地区。本毕业设计承担水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。1.2设计基本资料1.2.1水库特征水位正常蓄水位：3881m设计洪水位：3881m1.2.2坝址水位流量关系 坝址水位流量关系见表5-1。表1-1 坝址水位流量关系表水位38623863386438653867386938713873流量,m3/s025.5155.3431.61537.53363.25760.68714.41.2.3调洪成果该电站运行方式为一来洪水就开闸门泄洪，水库水位一直保持正常蓄水位。1.2.4下游水位下游正常尾水位：3863.5下游最低尾水位：3862.5m下游最高尾水位为：3865.2m1.2.5水文、泥沙和气象资料坝址以上流域面积：4137km2坝址多年平均流量：42.3m3/s坝址多年平均径流量：13.4108m310年一遇洪峰流量：373m3/s50年一遇洪峰流量：505m3/s200年一遇洪峰流量：615m3/s多年平均输沙量：47.2104t多年平均悬移质输沙量：39.3104t多年平均推移质输沙量：7.86104t多年平均气温：3.70多年极端最高气温：28.6多年极端最低气温：-24.1多年最大风速：17m/s1.2.6地质资料地震烈度：抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度为0.15g。1.3原始资料设计说明书一份，地形图一张。图1-1总平面布置图厂房布置2 厂房布置2.1考虑因素站址选择要考虑：厂房形式的选择、交通条件、开挖方量、施工场地的选择、泄洪产生的影响、生活区和管理区位置的协调、及对其他工程的协调影响。2.2厂房形式根据已知资料，电站正常蓄水位为3881米，下游河道最低水位为3862.5米。所以最大水头差约为18.5米。水头厂房低于30-40米,首选河床式厂房,坝后式厂房相对河床式厂房在投资、冲砂等诸多方面存在不利因素，所以采用河床式厂房。2.3 交通条件由资料知，在枢纽左岸山，修一条至泄洪洞出口的简易道路，路面宽4米、长185米；枢纽的右岸修一条四级公路沿河向下游大约2千米处和214国道主干相交。若将厂房设在大坝的左岸，就需要修建一条盘山公路与2千米外的214国道主干公路相衔接，工程量较大。若不修路而改架桥通向右岸的公路，这样又不太经济，所以应考虑将厂房设在大坝右岸。2.4 开挖方量根据钻孔揭露，厂址区覆盖层厚度12m左右，上部冲积粉土厚约3m，下部砾石层厚9m。根据抽水试验，砾石层渗透系数为1.9510-3 cm/s，属中等透水层；下伏基岩为灰白色灰岩，基岩顶板高程3857.6m左右，强风化岩体厚度约1m，呈碎块状结构，完整性较差。 厂房集水廊道底板设计高 程3858.0m，基础部分在基岩强风化上，部分在冲积砾石层上。强风化基岩稳定性较好。砂砾石结构较密实，以该层作为厂房地基，承载力较高，地基较稳定。厂房最大挖深约9m左右，水上2.5-3.3，水下5.7-6.5m。厂房基础开挖后砂砾石边坡容易失稳，建议边坡开挖不宜过陡，并对开挖后的边坡进行支护。开挖边坡值:水上1:0.75-1:1，水下1:1-1:1.25。2.5施工场地的选择在左岸由于坝下游地形较为平缓处，易于布置施工设备，进行厂房施工备料。2.6 泄洪产生的影响站址确定在河床右岸，距坝轴线的距离应适当，否则泄洪产生的水雾可能会影响发电机组的正常运转，厂房应面对下游布置，可以避免大坝泄洪时的水流不稳定、水位不稳定，及对尾水位的影响。2.7生活区和管理区位置的协调在坝下游左右岸地形条件相比，右岸的地形很平缓，到施工场地的距离也合适，适宜建设生活水轮机组选择及其水头损失计算区和管理区。2.8对其他工程的协调影响在水库大坝的下游有已建的小电站，为保证小电站能正常运行，发电尾水必须汇入原河道，所以电站应靠近下游河道修建。3 水轮机组选择及其水头损失计算3.1 水头计算由于该电站为调峰电站，为了增加供电可靠性，拟选三台发电机，则每台的装机容量为10500/3=3500kw，查小型水电站发电设备手册发电机标准系列，选单机容量为nd =3500kw，相应水轮机出力n=3800kw。由原始资料知，上游最高水位为3881m，下游最高尾水位为3865.2m。假定开一台机组运行时下游水深约为0.5m，引水系统水力损失约为0.3m。开三台机组运行时下游水深约为1.5m，引水系统水力损失约为0.9m，则水电站最大水头 （3-1）水电站最小水头 （3-2）算术平均水头 （3-3）该电站为河床式，水电站设计水头 （3-4）式中：水电站加权平均水头，应比算术平均水头大，初拟为17.90m，则 （3-5）3.2水轮机主要参数的确定3.2.1 确定水轮机转轮直径取水轮机工作范围为617m，在反击式水轮机系列型谱中查得hla551c-lj-210型水轮机比较适用于这一水头范围。 （3-6）式中：发电机单机容量水轮机设计流量单位最大流量水轮机转轮水轮机水力效率水轮机容积效率水轮机机械效率水轮机设计水头初拟。则 （3-7） 查水轮机转轮标准系列取d1=1.70m。 （3-8）3.2.2效率修正值的计算查小型水电站发电设备手册图1-21 hla551c-lj-210型水轮机转轮综合特性曲线，hl240型水轮机在最优工况下的最高效率=90.0%，模型转轮直径 =1.70m。则原型水轮机的最高效率 （3-9）考虑制造水平的差异，根据水轮机的直径凭经验取=1.0%，原型水轮机所采用的蜗壳和尾水管与模型水轮机的相似故取=0。则效率修正值由下式计算 =0.900-0.900-0.01-0=-0.01 （3-10）水轮机在限制工况处的效率为 （3-11）3.2.3确定水轮机转速由水轮机相似定律 （3-12） （3-13）在上式中原型水轮机的单位转速应取最大单位转速即 （3-14）hl240模型水轮机的最优单位转速，同时由于 （3-15）可不予修正，因此，原型水轮机的最优单位转速和模型机的相同，即=72。 （3-16） 查水电站表4-7选与之接近而偏大的发电机标准同步转速，取ne=300r/min。3.2.4反算水轮机设计水头 （3-17） （3-18） （3-19） 故所选水轮机为hla551c-lj-210，设计流量为27.80 m3/s，设计水头为17.0m。查小型水电站发电机设备手册表121选与之相应的发电机为sf3500-36/3250，与之配套的调速器为ct40，油压装置为yz1。3.3 泄洪冲砂孔水力计算比较相似水电站冲砂孔设计，查隆通水电站泄洪冲砂孔采用“门前清”形式，位于进水闸右下侧，横穿整个厂房下部，绕过蜗壳至下游尾水处。上下游各设一扇闸门。泄洪泄洪冲砂孔共三孔，泄洪冲砂孔进口高程为3858.44m，孔口尺寸为2.22.2m（宽高），结构布置见cad图。排沙孔泄量计算采用有压管流的流量计算公式： （3-20） 式中： 流量， 流量系数，参考类似工程，取=0.89 排沙孔出口断面面积， 淹没出流时为上、下游水位差，； （3-21） 三孔闸门全开时下泄流量为221.90m3/s，其单孔闸门开度与下泄流量结算成果及关系见表5-7。表3-1 孔闸门开度与下泄流量关系计算表闸门开度（m)下泄流量(m3/s)0.516.80 133.59 1.550.39 2.273.90 3.4 压力管道直径及蝶阀的确定按经济流速确定压力管道直径，压力管道经济流速一般为46m/s，取为4m/s管道直径计算公式： （3-202） 管道内流速： （3-23） 对于主管， （3-24） （3-25）对于支管， （3-26） （3-27）查水电站建筑物设计参考资料，蝶阀选型为df300-150，卧轴，名义直径3米。3.5 尾水渠设计取尾水渠为矩形断面（近似看做断面尺寸不变的矩形）宽b=34m，底坡i=-0.25，尾水渠为钢筋混凝土护面，取表面粗糙情况为中等，则糙率n=0.012，初步设计尾水渠长17米。尾水渠渠首地板高程3857.52m,最高水位3865.2m,故尾水渠渠首水深7.68m，最大流量为73.9m3/s。表3-2 尾水渠水力计算及边墙计算高编号断面距渠首距离（m）b/mh/ma/mr/m/(m/s)10347.68261.1249.365.29110.0022347.18244.1248.365.05109.1534346.68227.1247.364.80108.2246346.18210.1246.364.53107.2058345.68193.1245.364.26106.09610345.18176.1244.363.97104.86712344.68159.1243.363.67103.50814344.18142.1242.363.36101.96916343.67124.7841.343.02100.181017343.42116.2840.842.8599.21续表3-2 尾水渠水力计算及边墙计算高/(m/s)j/i-j/m/m/m/m边墙计算高度/m0.280.00-0.250.007.687.680.300.00-0.250.007.180.502.007.680.330.00-0.250.016.690.502.007.180.350.00-0.250.016.190.502.006.680.380.00-0.250.015.690.502.006.180.420.00-0.250.015.190.501.995.680.460.00-0.250.014.690.501.995.180.520.00-0.250.014.190.501.994.680.590.00-0.250.023.690.512.024.180.640.00-0.250.023.440.250.993.673.6 损失计算3.6.1沿程损失 （3-28）式中：钢管内径管中流量管长考虑管道结构形式对沿程损失系数的影响,取为0.000826考虑钢管使用年限的系数，取为1.02 （3-29）3.6.2 局部损失局部水头损失由下式计算： （3-30）式中： 局部水头损失 局部水头损失系数 计算断面平均流速 重力加速度，取9.813.6.2.1拦污栅损失 拦污栅水头损失系数 （3-31）式中：与拦污栅条断面形状有关的系数，圆形，1.79 栅条直径，1栅条净距，5拦污栅与水平面夹角，70考虑拦污栅上附着污物对水头损失系数的影响，1.5 （3-32）过栅流速 （3-33）考虑堵塞取为0.1m3.6.2.2进口局部损失进口为喇叭形进口，局部损失系数为0.1，断面平均流速为1.5m/s （3-34）3.6.2.3渐变段损失渐变段长度一般为遂洞直径的1.52倍，侧面扩散角以68为宜。取损失系数为0.1，断面平均流 （3-35） （3-36）3.6.2.4闸门槽损失取损失系数为0.1 （3-37）3.6.2.5水管转弯局部损失弯道转角约为25，损失系数约为0.15 （3-38）3.6.2.6岔管损失岔管偏角约为25，流经岔管后的流速接近，取损失系数约为0.19 （3-39） 有两条岔管，故损失为20.17=0.34 m3.6.2.7阀门损失蝶阀损失系数约为0.11 （3-40）总水头损失为 （3-41）水电站厂房强度设计4 水电站厂房尺寸设计4.1 主厂房高程的确定4.1.1水轮机安装高程： (4-1)式中： 水轮机安装高程，m；水电站厂房建成后下游设计最低水位（m），全厂有3台机组，取1台机组流量相应的尾水位：取=3862.5m。水轮机允许吸出高度，m； = (4-2) 导水叶高度，取=0.482m；气蚀系数，根据水轮机特性曲线来决定，=0.20；由模型换算到实际水轮机时，气蚀系数修正值，由水轮机厂家提供取=0.01；计算水头，取=11.4m；水电站厂房所在地点的海拔高程的校正值，初步设计时可采用下游平均水位高程，取=3863.5m。 =10.3-(0.20+0.01)11.4-1=0.579m (4-3) =3862.5+0.579+0.241=3863.32m (4-4) 4.1.2主厂房基础开挖高程 (4-5) 式中： 水轮机安装高程，m； 水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离，取=2.68m； 尾水管出口高度，取=3.12m； 尾水管地板混凝土厚度，取=2.66m。=3863.32-(2.68+3.12+2.66)=3854.86m4.1.3水轮机层地面高程 (4-6)式中： 水轮机安装高程，m； 水轮机安装高程向上量取蜗壳进口半径和混凝土层，取=2.2m。=3863.32+2.2=3865.52m 4.1.4发电机装置高程=+=+ (4-7)式中：水轮机层地面高程，m；水轮机层地面高程加上发电机机墩进入孔高度，取=1.76m；进入孔顶部厚度，取=1.0m。 =+=3865.52+1.76+1.0=3868.28m (4-8)4.1.5发电机层楼板高程，为满足下列条件： 保证以下各层高度和设备布置及运行上的需要； 保证下游设计洪水不淹没厂房。故发电机层楼板高程取：=3870.32m。4.1.6起重机(吊车)的安装高程 =+=3880.32m (4-9)式中： 发电机层楼板高程，为3870.32 m； 发电机定子高度和上机架高度之和，取=1.2m；吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距，取=0.7m；最大吊运部件高度，取=6.03m；吊运部件吊钩之间的距离(一般在1.01.5m左右)，取=1.4m；主钩最高位置(上极限位置)至轨道顶面的距离，可从起重机主要参数表查出=0.67m。 =+=3870.32+1.2+0.7+6.03+1.4+0.67=3880.32m (4-10)4.1.7屋顶高程 =+ (4-11) 式中： 起重机(吊车)的安装高程，为3880.32m；轨顶至吊车上小车高度，取=0.5m；吊车检修预留空间，取=3.5m。=+=3880.32+0.5+3.5=3884.32m4.2 主厂房长度l的确定 (4-12) 式中：主厂房长度，m；机组台数，n=3；机组段长度，m； 安装间长度，m；边机组段加长，m。4.2.1机组段长度的确定 =+ (4-13) 对于蜗壳层 =+=0.3276+0.1024=0.430m (4-14) =+=0.4342+0.2958=0.730m (4-15) =+=0.430+0.730=1.160m (4-16)对于尾水管层 (4-17)对于发电机层 (4-18)式中：发电机风罩内径，取=6.180m；两台机组之间风罩外壁净距，取=4.820m；发电机风罩厚度，取=0.3m。 =3.090+2.410+0.3=5.800m (4-19) =+=5.800+5.800=11.600m (4-20)4.2.2边机组段加长=（0.11） =13.88=3.88m4.2.3安装间长度=（11.5）=1.211.6=13.92m取安装间长度为14米，则主厂房长度=311.600+3.88+14=52.68m (4-21)取主厂房长度为53米4.3 主厂房宽度确定=+ (4-22)式中：主厂房净宽，m；上游侧宽度，m；下游侧宽度，m。4.3.1水上部分净宽的确定上游侧宽度=+ (4-23)式中： 上游侧宽度，m；发电机风罩内径，取=6.180m；发电机风罩壁厚，取=0.3m；风罩外壁至上游墙内侧(或柱边)的净距，由上游侧电器设备的布置及通道尺寸得，取=2.51m。=+=3.090+0.3+2.51=5.900m (4-24)下游侧宽度=+ (4-25)式中：下游侧宽度，m；发电机风罩内径，取=6.180m；发电机风罩壁厚，取=0.3m；风罩外壁至下游墙内侧(或柱边)的净距，由上游侧电器设备的布置及通道尺寸得，取=3.31m。=+=3.090+0.3+3.31=6.700m (4-25)=+=5.9+6.7=12.6m (4-27)4.3.1水下部分净宽的确定上游侧宽度=+ (4-28)式中： 上游侧宽度，m；发电机风罩内径，取=3.400m；发电机风罩壁厚，取=0.9m；风罩外壁至上游墙内侧(或柱边)的净距，由上游侧电器设备的布置及通道尺寸得，取=3.30m。=+=1.