毕业设计计算书-沙溪口水电站的初步设计.doc

水利水电工程专业毕业设计目 录全套图纸加扣3012250582 第一章 枢纽布置3第二章 重力坝挡水坝段设计42.1 剖面设计42.1.1 坝顶高程42.1.2 坝顶宽度52.1.3 廊道的布置52.1.4 剖面形态52.2 坝体稳定分析和应力校核62.2.1 设计蓄水位时（一台机组满发）62.2.1.1荷载计算62.2.1.2 挡水重力坝的稳定分析72.2.1.3 应力校核82.2.2 设计洪水位时92.2.2.1 荷载计算92.2.2.2 挡水重力坝的稳定分析102.2.2.3 应力校核102.2.3 校核洪水位时112.2.3.1 荷载计算112.2.3.2 挡水重力坝的稳定分析12第三章 重力坝溢流坝段设计153.1 溢流坝段空口尺寸拟定153.2 溢流坝段剖面设计153.2.1 堰顶高程163.2.2 堰面曲线163.2.3 上游曲线173.2.4 反弧段半径的确定173.3 坝体稳定分析和应力校核173.3.1 设计蓄水位时（一台机组满发）173.3.1.1荷载计算173.3.1.2 溢流坝的稳定分析183.3.1.3 应力校核193.3.2 设计洪水位时193.3.2.1 荷载计算193.3.2.2 溢流坝的稳定分析213.3.2.3 应力校核213.3.3 校核洪水位时223.3.3.1 荷载计算223.3.3.2 溢流坝的稳定分析233.3.3.3 应力校核24第四章 专题：下游消能设计264.1消能方式：264.1.1 采用底流消能264.2 消力护坦设计284.2.1 护坦长度确定284.2.2 护坦厚度确定及抗浮稳定校核284.3 护坦配筋304.4下游保护段30第五章 水电站建筑物设计315.1 特征水头的选择315.2 水电站水轮机组的选型345.3 涡壳和尾水管的计算405.4 发电机的选择与尺寸估算435.4.1 水轮机发电机主要尺寸估算435.4.2 发电机外形平面尺寸估算445.4.3发电机外形轴向尺寸计算455.4.4 发电机重量估算455.4.5 水轮机重量估算465.5 调速器与油压装置的选择465.5.1 调速功计算465.5.2 接力器的选择465.5.3 调速器的选择475.5.4 油压装置485.6 厂房桥吊设备的选择485.7 主厂房各层高程及长宽尺寸的确定505.7.1 水轮机组安装高程505.7.2 尾水管地板高程和厂房基础开挖高程505.7.3 水轮机层地面高程515.7.4发电机楼板高程和安装场高程515.7.5 吊车梁轨顶高程515.7.6 屋顶面高程515.7.7 厂房总高515.7.8 主厂房平面尺寸的设计515.9 水电站厂房的稳定计算515.9.1 正常水位运行工况525.9.2 校核洪水运行工况535.9.3 机组大修工况5455 第一章 枢纽布置由沙溪口的水文地质资料可知，坝址位置设计洪水位88.00m ，对应下游水位可由下泄流量在流量与下游水位关系曲线查得 80.00m ,水头为 8.00m 。校核洪水位 88.50m ,同理可查得下游水位 81.00m ，水头为 7.50m ，汛期限制水位85.50 m ，设计低水位82.00m。水头不高，水深较小，水头在20m左右，水深不足40m，初步设计选择采用河床式厂房发电；洪水期下泄流量较大，河床较宽，可以选择溢流坝表孔泄洪；两岸山体不高，地质状况一般，选择重力坝挡水；考虑通航过木过竹需要，设置较高通航能力的船闸。经综合分析，确定了左岸船闸右岸厂房布置方案，和左岸厂房右岸船闸布置方案。左岸船闸右岸厂房布置方案考虑主河槽位于左河床靠近左岸3050m之间，开挖至弱风化岩层需至48.00m高程左右，初步设计布置船闸易于通航需求；沿坝轴线自此至右岸500600m之间，开挖至弱风化岩层需至57.00m高程左右，初步设计选择布置溢流坝和河床式厂房，考虑溢流坝洪水期泄洪不对电厂发电造成影响，其间用重力挡水坝衔接；考虑河流右岸交通便利，山坡较缓，易于出线进厂布置，将河床式厂房置于右岸，且右岸现有铁路线沿河岸通过坝址。枢纽布置沿坝轴线从左岸至右岸的水工建筑物依次为：重力挡水坝、船闸、溢流坝、重力挡水坝、河床式厂房，开关站初步布置于河道右岸装配厂下游。综上，初步设计采用第一种方案，即左岸船闸右岸河床式方案，并采用重力坝挡水，溢流坝泄洪，消力戽消能。工程等别二等，主要建筑物级别二级，次要建筑物级别三级，临时建筑物四级。第二章 重力坝挡水坝段设计基本设计参数：上游设计洪水位：87.00m；校核洪水位：88.50m；正常蓄水位（汛期限制水位）86.20m；下游设计洪水位：80.50m；下游校核洪水位：82.40m；正常蓄水位（一台机组发电）：64.40m。坝底高程取未风化岩石边界开挖线57.00m。混凝土重度由水工建筑物荷载设计规范取=24.0 KN/ , 水的重度=9.81 KN/，由沙溪口水电站基本情况简要说明中表7得岩石抗剪强度指标建议值知，云母长英片岩与混凝土边界摩擦系数f=0.5，粘聚力c=0.6kg/c，K=3.0，K=1.052.1 剖面设计2.1.1 坝顶高程坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高。即：=静水位+h式中：h=hl%+hz+hc 式中：hl%累积频率为1%的波浪高度，m；hz波浪中心线高出静水位的高度，m；hc取决于坝的级别和计算情况的安全超高，m；波浪要素要素由官厅水库公式，得 设计情况：计算风速v0取为30m/s；设计洪水位下吹程D为2. 00km；得hm=mLm=hm/Hm=1.467/(88.0-64)=0.069 由荷载设计规范查表得hp5%/ hm=1.90, hp1%/ hm=2.32所以hp1%=2.32/1.90hp5%=2.32/1.90hm=1.79mhz= hc=0.5mh=h1%+hz+hc=1.79+0.708+0.5=2.998m坝顶高程=设计洪水位+h=87.0+2.998=90.0m校核设计情况：计算风速v0取为15m/s；校核洪水位下吹程D为2. 00km；得hm=mLm=hm/Hm=0.617/(88.5-64)=0.022 由荷载设计规范查表得hp5%/ hm=1.92, hp1%/ hm=2.89 所以hp1%=2.89/1.92hp5%=2.89/1.92hm=0.93mhz= hc=0.4m 则h=h1%+hz+hc=0.93+0.383+0.4=1.713m坝顶高程=校核洪水位+h=88.5+1.713=90.21m坝顶桥梁采用装配式钢筋混凝土结构，桥下会有过流，为使工作桥与水流保持一定距离。并考虑其他因素，取重力坝坝顶高程取91.00m2.1.2 坝顶宽度坝高=91.0-57=34.0m，非溢流坝的坝顶宽度一般可取为坝高的8%10%（即2.723.4），且不小于3m。为了满足设备布置和双线交通的要求，取坝顶宽度为10m。2.1.3 廊道的布置灌浆廊道上游壁到上游坝面的距离应不小于0.050.10倍水头，且不小于45m，取5m，宽度2.53m，取2.50m。高度34m，取3.75m。坝体纵向排水检查廊道考虑坝高较小，只设基础排水廊道，高取2.25m，宽取1.50m。灌浆廊道距离基岩面距离不宜小于1.5倍底宽，即4.5m，取5m。2.1.4 剖面形态因本水利枢纽坝址摩擦系数较小，所以不能按常规坝体设计。按应力条件确定坝底最小底宽上游 =0.125，则， 其中，河床底高程，H=91.0-57=34.0m按稳定条件确定坝底最小底宽，其中，K=1.05，f=0.5,其余同上。取坝底宽度32m。取上游折坡点为77m，下游折坡点为81.0m高程处。 上游坡n=0.2，下游坡m=0.75图2-1 挡水坝段剖面图2.2 坝体稳定分析和应力校核2.2.1 设计蓄水位时（一台机组满发）2.2.1.1荷载计算 自重W=240.5420+241034+240.51824=14304kN/m M=96013.3+81807-51844=49184kN/m,逆时针上下游水压力上游水压力 PX1=1/2(86.2-57)29.81=4182.2kNPY1=9.81(9.2+29.2)4/2=753.4kN/m 下游水压力 PX2=1/2(64.4-57)29.81=268.6kN/m PY2=9.81(64.4-57)20.75/2=201.45kN/m M=-4182.29.87+753.414.35+268.62.47-201.4514.15= -32654.1kN/m顺时针扬压力 由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统，由规范DL5077-1997，坝基面渗透压力扬压力强度系数为：=0.25 =0.20 =0.50H1=0.2529.2=7.3m2H2=0.57.4=3.7mU=(29.2+7.3)5/2+(7.3+3.7)5/2+3.714+(3.7+7.4)8/29.81=2108.66kN/m M=(-91.2514-27.58.77+51.81+44.412.44)9.81=-8971.63 kN/m顺时针浪压力坝前水深Hm=29.2mlm/2=14.2/2=7.1m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2 =9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2+9.817.17.1/2 =334.3-247.46=87.04kN/m M=-334.325.3+247.2624.47=-2407.34kN/m逆时针2.2.1.2 挡水重力坝的稳定分析采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析:作用效应系数S（*）=PC=1.04182.2-1.0268.6+1.287.04=4000.64kN抗滑稳定抗力系数R(*)= =1.3 =3 W=1.014100+1.0725.9+1.0243.0-1.11304.1-1.2769.1=12711.5kN kN 满足稳定要2.2.1.3 应力校核水平截面上的边缘正应力=5151.03 =13150.2kN B=32m 上游垂直正应力=下游面垂直正应力= 边缘剪应力上游边缘剪应力 下游边缘剪应力铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力下游面水平正压力边缘主应力上游面主应力 下游面主应力 应力满足要求2.2.2 设计洪水位时2.2.2.1 荷载计算自重W=240.5420+241034+240.51824=14304kN/m M=96013.3+81607-51844=49184kN/m,逆时针上下游水压力上游水压力 PX1=1/2(87-57)29.81=4414.5kNPY1=9.81(10+30)4/2=784.81kN/m 下游水压力 PX2=1/2(80.5-57)29.81=2708.79kN/m PY2=9.81(80.5-57)20.75/2=2031.59kN/m M=-4414.510+784.814.33+2708.797.83-2031.5910.125=-32258.84kN/m顺时针扬压力 由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统。P1=P2=P3=P4=U=(294.3+160.03)5/2+(160.03+115.27)5/2+115.2714+(115.27+230.54)8/2=919.69+465.98+1579.41+1334.16=4299.2kN/mM=-919.6914-465.988.32+1579.411+1334.1612.43=1410.48kN/m逆时针浪压力坝前水深Hm=28.5mlm/2=14.2/2=7.1m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2 =9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2+9.817.17.1/2 =334.3-247.46=87.04kN/m M=-334.323.6+247.2622.77=-2259.37kN/m顺时针2.2.2.2 挡水重力坝的稳定分析采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析:作用效应系数S（*）=PC=1.04414.5-1.02708.79+1.287.04=1810.16kN抗滑稳定抗力系数R(*)= =1.3 =3 W=1.014304+1.0784.8+1.02031.59-1.11385.67-12913.57=12099.87kN kN 满足稳定要求2.2.2.3 应力校核水平截面上的边缘正应力=16076.27 =12821.9kN B=32m 上游垂直正应力 =下游面垂直正应力= 边缘剪应力上游边缘剪应力 下游边缘剪应力铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力 下游面水平正压力边缘主应力上游面主应力 下游面主应力 应力满足要求2.2.3 校核洪水位时2.2.3.1 荷载计算自重W=240.5420+241034.5+241/21822.5+241/21822.5=14100kN/m M=96013.3+81607-51844=49184kN/m,逆时针上下游水压力上游水压力 PX1=1/2(88.5-57)29.81=4866.99kNPY1=9.81(11.5+31.5)4/2=843.67kN/m 下游水压力 PX2=1/2(82.4-57)29.81=3164.51kN/m PY2=9.81(82.4-57)20.75/2=2373.38kN/m M=-4866.9910.5+843.6714.31+3164.518.47-2373.389.65=-35130.19kN/m顺时针扬压力 由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统。P1=P2=P3=P4=U=(309.02+170.7)5/2+(170.7+124.59)5/2+124.5914+(124.59+249.17)8/2=1160.8+683.0+1577.8+1352.4=4774kN/mM=-965.813.99-504.728.3+2373.381+1495.0412.44=2632.14kN/m逆时针浪压力坝前水深Hm=31.5mlm/2=7.1/2=3.55m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2=9.81(3.55+0.93+0.383)/23.55-9.813.553.55/2 =83.55-60.69=22.86kN/m M=-84.6825.1+61.8224.27=-625.1kN/m逆时针2.2.3.2 挡水重力坝的稳定分析采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析:作用效应系数S（*）=PC=1.04866.99-1.03164.51+1.222.86=1729.91kN抗滑稳定抗力系数R(*)= =1.3 =3 W=1.014100+1.0843.67+12373.38-1.11470.52-1.23239.26=11812.37kN kN 满足稳定要求2.3.3 应力校核水平截面上的边缘正应力=16060.85 =12607.27kN B=32m 上游垂直正应力=下游面垂直正应力= 边缘剪应力上游边缘剪应力 下游边缘剪应力铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力下游面水平正压力.边缘主应力上游面主应力 下游面主应力 应力满足要求第三章 重力坝溢流坝段设计3.1 溢流坝段空口尺寸拟定设计洪水流量21500 m3/s，校核洪水流量27500 m3/s。考虑水电站发电用水（4Qmax2361.44 m/s）及过船泄水等影响，取Q0=3500 m3/s,考虑坝址下游处河床岩石的岩性，岩体较为完整，抗冲刷能力尚可，故取单宽流量q=80m2/s。 设计工况下， 取=0.8 Q=21500 m3/s则Q=Q- Q 0=20500-0.83500=18700 m3/s校核工况下， 取=1.0 Q=27500 m3/s则Q=Q- Q 0=27500-1.03500=24000 m3/s则溢流前缘总净宽L=Q/q=24000/80=300 m3/s取孔数n为16孔，溢流坝孔口形式采用初步设计采用开敞式溢流堰，则每空净宽b=L/n=300/16=18.75m，取19.0m 。溢流堰闸门采用横轴弧形闸门，考虑将横缝布置在闸孔中间，则闸墩厚度可取稍薄一些，取d=3m。则溢流前沿总净宽L0=L+(n-1)d=nb+(n-1)d=1619+153=349m。3.2 溢流坝段剖面设计溢流坝基本剖面的确定原则与非溢流坝相同，剖面除应满足强度、稳定和经济条件外，其外形尚需考虑水流运动要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，内部与非溢流坝段相同。溢流面由顶部溢流段、中部直线段及鼻坎组成，上游面为直线或折线。图3-13.2.1 堰顶高程由 ，得初拟m = 0.49 =0.92 ，则可列表计算如下：表3-1计算情况流量Q侧收缩系数淹没系数流量系数m堰上水头H0堰顶高程设计情况187000.920.9910.499.9177.09校核情况240000.9209900.4911.7176.79取两种情况堰顶高程较小者，取76.79m。3.2.2 堰面曲线我国现行采用的为WES曲线，其曲线方程为：y=Hd为定型设计水头。因为校核洪水位88.5m，堰顶高程为76.79m，所以， Hd=9.5；k、n为上游堰面坡度有关的系数。采用WES5型曲线。k=1.873，n=1.776 。得：3.2.3 下游曲线下游曲线由曲线及直线段组成，直线段斜率取1：0.75。3.2.4 反弧段半径的确定由规范混凝土坝设计规范SL319-2005对于底流消能计算祥见专题，反弧段半径计算：X=，R=0.305=0.305，取为16m。3.3 坝体稳定分析和应力校核 由于溢流坝段在一个坝段中既有溢流堰部分，又有闸墩部分，坝段之间分缝在溢流堰中间。故在坝体稳定分析和应力校核中应考虑整个坝段的联合受力，应以一个坝段为整体进行分析。3.3.1 设计蓄水位时（一台机组满发）3.3.1.1荷载计算自重W=1012024（堰重）+175324（墩重）+152024（桥重）+209.81（机械设备中）= 193920+50400+7200+196.2=251716.2kNW/20=12585.81kN/mM=(1939206.93+504002.2+720020.8+196.28)/20=80303.76kNm,逆时针上下游水压力上游水压力PX1=1/2(86.2-57)29.81=4182.20kN/mPY1=0下游水压力PX2=1/2(64.40-57)29.81=268.60kN/m PY2=0V=9.812.911=312.94kN/m M=-4182.29.73+268.62.74-312.9413.5=-44254.054kN/mm顺时针动水压力由于设计蓄水位时开闸出水时单宽流量较小，故未考虑设计蓄水位时的动水压力。扬压力由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统。P1=P2=P3=P4=U=(286.45+71.61)5/2+(71.61+36.30)5/2+36.3018+(36.30+72.60)6/2=895.15+269.78+653.4+544.5=2362.83kN/mM=-895.1517-269.7811.77+54414.56=-10467.36kN/mm顺时针浪压力坝前水深Hm=24.5mlm/2=14.2/2=7.1m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2 =9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2-9.817.17.1/2 =334.3-247.46=87.04kN/m M=-334.324.6+247.2623.77=-2346.4kN/mm顺时针3.3.1.2 溢流坝的稳定分析采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析:作用效应系数S（*）=PC=1.04182.2-1.0268.6+1.287.04=4018.048kN/m抗滑稳定抗力系数R(*)= =1.3 =3 W=12585.81kN/m kN/m /m 满足稳定要求3.3.1.3 应力校核水平截面上的边缘正应力=80303.76-44254.05-10467.36-2346.4=23235.95 =10535.92kN B=34m 上游垂直正应力=下游面垂直正应力= 边缘剪应力上游边缘剪应力 下游边缘剪应力铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力下游面水平正压力边缘主应力上游面主应力 下游面主应力 应力满足要求3.3.2 设计洪水位时3.3.2.1 荷载计算自重W=10142024+1754324+152024+209.81=193920+50400+7200+196.2=251716kNW/20=12585.81kN/mM=(1939206.93+504002.2+720020.8+196.28)/20=80303.76kNm,逆时针上下游水压力上游水压力PX1=1/23029.81=4414.5kN/me=10mPY1=0下游水压力PX2=1/223.529.81=2708.79kN/m e=7.83m PY2=0V=9.811/2(3.71+19)33=3675.95kN/m e=6.2mM=2708.797.83-3675.956.2-4414.510=-45737.07kNm 顺时针动水压力1=550 2=350 hc= e=3.5mM=132.703.5=464.45kN/mm顺时针 e=6.1mM=-379.966.1=-2317.76kN/mm顺时针扬压力由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统。P1=P2=P3=P4=U=(294.3+160.03)5/2+(160.03+115.27)5/2+115.2718+(115.27+230.54)6/2=1135.83+688.25+2074.86+1729.05=5627.99kN/mM=-1135.8316.75-688.2511.64+1729.0514.56=-1861.41kN/mm 顺时针浪压力坝前水深Hm=24mlm/2=14.2/2=7.1m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2 =9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2-9.817.17.1/2 =334.3-247.46=87.04kN/m M=-334.327.1+247.2626.27=-2555.1kN/mm顺时针3.3.2.2 溢流坝的稳定分析采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析:作用效应系数S（*）=1.04414.5-1.02708.79+1.287.04-1.1132.7=1664.188kN/m抗滑稳定抗力系数R(*)= =1.3 =3 W=1.012585.81+1.1379.96+1.03675.95-1.11824.08-1.23803.91=10108.54kN/m kN/m /m 满足稳定要求3.3.2.3 应力校核水平截面上的边缘正应力=80303.76+464.45-2317.76-45737.07-1861.41-2555.1=36296.87 =16641.72kN B=34m 上游垂直正应力=下游面垂直正应力=边缘剪应力上游边缘剪应力 下游边缘剪应力铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力下游面水平正压力边缘主应力上游面主应力 下游面主应力 应力满足要求3.3.3 校核洪水位时3.3.3.1 荷载计算自重W=12585.81kN M=80303.76 kN/m上下游水压力上游水压力 PX1=1/231.529.81=4867.0kN/me=10.50mPY1=0下游水压力PX2=1/225.429.81=3164.51kN/m e=8.47m PY2=0V=9.811/2(5.61+20.9)33=4291.04kN/m e=8.47mM=-4867.010.5+3164.518.47-4291.045.67=-48627.76kNm 顺时针动水压力1=550 2=350 hc= e=3.5m e=6.2mM=-5637.86kN/mm顺时针扬压力由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统。P1=P2=P3=P4=U=(309.0+170.69)5/2+(170.69+124.59)5/2+124.5918+(124.59+249.17)6/2=1199.23+738.2+2242.62+1868.8=6048.85kN/mM=-1199.2316.74-738.211.63+1868.814.56=-1459.01kN/mm 顺时针浪压力坝前水深Hm=24.5mlm/2=7.1/2=3.55m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2- r0（Lm/2）2 =9.81(3.55+0.93+0.383)3.55/2-9.813.552/2 =22.86kN/m M=-84.6829.57+61.8227.13=-703.2kN/mm 顺时针3.3.3.2 溢流坝的稳定分析采用分项系数法进行挡水坝段稳定分析:作用效应系数S（*）=1.04867-1.03164.51+1.222.86-1.1178.06=1534.06kN/m抗滑稳定抗力系数R(*)= =1.3 =3 W=1.012585.81+1.11009.85+1.04291.04-1.11937.43-1.24111.42=10922.81kN/m kN/m /m 满足稳定要求3.3.3.3 应力校核水平截面上的边缘正应力=23875.93 =11837.85kN B=34m 上游垂直正应力=下游面垂直正应力=边缘剪应力上游边缘剪应力 下游边缘剪应力铅直截面上的边缘正应力上游面水平正应力下游面水平正压力边缘主应力上游面主应力下游面主应力 应力满足要求第四章 专题：下游消能设计4.1消能方式：根据沙溪口水利枢纽溢流坝泄洪流量大，落差相对较小，泄洪频繁，下游水位变幅大和河床基岩抗冲能力低的特点，坝后的消能方式选择底流消能方案。4.1.1 采用底流消能 a).设计洪水位单宽流量：下游堰高：堰上水头： 行近流速：上游有效总水头：临界水深： 由表10.1选取堰的流速系数。由及查附录得:则： 由及，查附录可得则：判别水跃形式下游水深：因为，所以下游发生淹没水跃。b).校核洪水位.单宽流量：下游堰高：堰上水头：行近流速：上游有效总水头：临界水深： 由表10.1选取堰的流速系数。由及查附录得: 则:由及，查附录可得: 则：判别水跃形式下游水深：因为，所以下游发生淹没水跃。4.2 消力护坦设计由于发生淹没水跃，故只需设置水平护坦消力池。4.2.1 护坦长度确定设计洪水位： 校核洪水位： 故，护坦长度取两者中较大值，取4.2.2 护坦厚度确定及抗浮稳定校核由规范得抗浮稳定安全系数，要求 1.1 ，锚固力和设置排水孔所减小的扬压力作为安全储备计算时可忽略。初取护坦厚度b=1.5m。抗浮稳定校核： 1).设计洪水位.水重： 护坦重：扬压力： 抗浮稳定安全系数： 满足抗浮稳定要求。2).校核洪水位.水重： 护坦重：扬压力： 抗浮稳定安全系数： 满足抗浮稳定要求。3).正常蓄水位.水重： 护坦重：扬压力： 抗浮稳定安全系数： 满足抗浮稳定要求。综上，护坦厚度取，长度取，满足要求。4.3 护坦配筋互坦可按构造采用双层双向钢筋网配筋，详见消能设计图纸。4.4下游保护段由于河床抗冲能力较弱，在护坦段后设置的保护段。保护段构造详见消能设计图纸。第五章 水电站建筑物设计5.1 特征水头的选择装机容量： N=27万kw，单机容量（机组台数4台）6.75万kw。1） 设计洪水位87.00m ，由上下水尺水位流量关系曲线可查得对应设计洪水流量为21500 m/s时的下游水位为80.5m，则此时水头为6.50m 。2） 校核洪水位 88.50m , 由上下水尺水位流量关系曲线可查得对应设计洪水流量为27500 m/s时的下游水位为82.40m，则此时水头为 6.10m 。3） 正常蓄水位时，四台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由（其中取86%）可得QN关系曲线。Q=1000m/s N=176MWQ=1500m/s N=256MWQ=2000m/s N=333MW.图5-1由图得正常蓄水位，四台机组发电时Q=1610 m/s,对应H=20.0m,Z下=66.2m4） 正常蓄水位时，一台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由（其中取86%）可得QN关系曲线。Q=200m/s N=37.9MWQ=300m/s N=56.1MWQ=400m/s N=73.8MW图5-2由图得正常蓄水位，一台机组发电时，Q=365 m/s,对应H=21.80m,Z下=64.40m5） 设计低水位时，四台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由（其中取86%）可得QN关系曲线。Q=1500m/s N=215.0MWQ=2000m/s N=278.8MWQ=2500m/s N=338.0MW图5-3由图得设计低水位，四台机组发电时，Q=1930 m/s,对应H=16.50m,Z下=66.5m6） 设计低水位时，一台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由（其中取86%）可得QN关系曲线。Q=300m/s N=47.9MWQ=400m/s N=62.9MWQ=500m/s N=77.8MW图5-4由图得设计低水位，一台机组发电时，Q=435m/s,对应H=18.40m,Z下=64.60m由以上水头值可得：最大水头H=21.80m最小水头 H=6.10m加权平均水头为H= H60%+ H40%=21.80.6+6.10.4=15.52m设计水头 H=0.9 H=13.97m5.2 水电站水轮机组的选型在水轮机型普表查得可选水轮机有： HL310，ZZ560， 两种型号，下面进行选型比较计算。 ZZ560水轮机方案的主要参数选择1） 转轮直径D1 D1=式中：Nr水轮发电机额定出力（kW） Nr=6.75/0.96=7.03万kw Hr设计水头（m），取13.97m。设计流量（m/s），它是限制工况下的Q1p值，查表3-7得2.00m/s 。原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得，由于转轮直径未知，为知，可先估算效率修正值=5.5%，限制工况下的模型水轮机的效率为 =81.0%，= +=81.0%+5.5%=86.5%。D1= =8.91m根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定，由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值。D1=9.0m2）选择水轮机的转速n =56.90r/min水轮机的转速一般采用发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速n=60r/min，磁极对数P=50。3）效率及单位参数的修正=0.46m, =3.0m, =9.0m, H=13.97m, 代入上式可求得：叶片在不同转角时的可由模型综合特性曲线查得，从而可求出相应值的原型水轮机的最高效率当选用效率的制造工艺影响修正值=1，即可计算出不同转角时效率修正值，其结果如下：表5-1水轮机效率的修正叶片转角-10-50+5+10+15+20+2387.688.589.188.487.385.983.379.092.292.793192.692.091.189.586.8-4.64.24.04.34.75.26.27.83.63.23.03.33.74.25.26.8ZZ560水轮机最优工况的模型效率为=89.0，由于最优工况接近于等转角线，故采用=3.0作为修正值，从而原型最高效率为=89.0+3.0=92.0限制工况的=81.0，=2000L/s，则 =2025，由内插得=5.8，从而该工况下原型水轮机效率=81.0+5.8=86.8与假定值86.5%相近。4）单位转速、单位流量的修正n1 = n10M （-1）Q1 =Q10M （-1）式中： n10M 模型水轮机最优工况下的转速值（r/min）。Q10M 模型水轮机最优工况下的流量值（m/s）。n1 / n10M =-1=-1=2.9% Q1 / Q10M =-1=-1=2.9%所以单位转速、单位流量均可不加修正。由此可见，以上选用的D1=9.0m，n=60r/min是正确的。5）水轮机的流量Q1max=1.95m/s则水轮机最大引用流量为：Qmax=Q1max D12 =1.9592=590.36 m/s电站机组台数为4台，所以，电站最大引用流量为4Qmax=4590.36=2361.44m/s6）工作范围检验与特征水头Hmin 、Hmax 、Hmin 、Hr对应的单位转速为： n1max =nD1/= 609/=218.64r/min n1min =nD1/= 609/=115.66 r/min n1r =nD1/ = 609/=144.48 r/min在 ZZ560水轮机模型综合特性曲线上绘出Q1max=1.95m/s，n1max=218.64r/min，n1min=115.66r/min的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域，图中阴影部分包括了该特性区域的大部分高效区域。7）吸出高度HsHs=10/900(+)H式中： 水轮机安装高程（m），取64.4m。气蚀系数，由水轮机的设计工况参数n1r =144.48r/min，Q1M =1.95m/s 查ZZ560水轮机模型综合特性曲线可得，取0.75。 气蚀系数修正值，取0.06 Hs=10/900(+)H=10-64.4/900-(0.75+0.06) 13.97=-1.394m HL310型水轮机方案的主要参数选择1） 转轮直径D1 D1=式中：Nr水轮发电机额定出力（kW） Nr=6.75/0.96=7.03万kw Hr设计水头（m），取13.97m。设计流量（m/s），它是限制工况下的Q1p值，查表3-6得1400 l/s=1.4m/s 。原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得，由于转轮直径未知，为知，可先估算效率修正值=5.5%，限制工况下的模型水轮机的效率为 =82.6%，= +=82.6%+4.4%=87.0%。D1= =10.62m根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定，由上述计算出的转轮直径，选