水利水电工程专业水电站毕业设计精选.doc

紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 - 0 - 目录 摘要摘要 .- 5 - ABSTRACT.- 5 - 第一章第一章 设计基本资料设计基本资料 .- 7 - 1.1 流域概况和地理位置流域概况和地理位置.- 7 - 1.1.1 水文条件 .- 7 - 1.1.2 气象条件 .- 7 - 1.1.3 厂区水位流量关系 .- 8 - 1.1.4 水库面积、容积 .- 8 - 1.1.5 工程地质 .- 9 - 1.1.6 当地建筑材料 .- 10 - 1.1.7 工程效益 .- 10 - 1.2 设计资料设计资料.- 11 - 1.2.1 水能规划 .- 11 - 1.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物 .- 11 - 1.2.3 引水建筑物 .- 11 - 1.2.4 水电站厂房 .- 11 - 1.3 设计任务设计任务.- 11 - 1.3.1 水能利用 .- 11 - 1.3.2 枢纽布置、挡水及泄水建筑物 .- 11 - 1.3.3 水电站引水建筑物 .- 12 - 1.3.4 水电站厂房 .- 12 - 1.3.5 其他 .- 12 - 第二章第二章 水轮机水轮机 .- 13 - 2.1 特征水头的确定特征水头的确定.- 13 - 2.2 水轮机选型水轮机选型.- 13 - 2.3 水轮机蜗壳及尾水管水轮机蜗壳及尾水管.- 16 - 2.3.1 蜗壳尺寸确定 .- 16 - 2.3.2 尾水管尺寸确定 .- 17 - 2.4 调速设备及油压设备选择调速设备及油压设备选择.- 18 - 2.4.1 调速功计算 .- 18 - 2.4.2 接力器选择 .- 18 - 水利水电工程专业毕业设计 - 1 - 2.4.3 调速器的选择 .- 19 - 2.4.4 油压装置 .- 19 - 第三章 发电机 .- 21 - 3.1 发电机的尺寸估算发电机的尺寸估算.- 21 - 3.1.1 主要尺寸估算 .- 21 - 3.1.2 外形尺寸估算 .- 22 - 3.2 发电机重量估算发电机重量估算.- 23 - 第四章 混凝土重力坝 .- 25 - 4.1 剖面设计剖面设计.- 25 - 4.1.1 坝高的确定 .- 25 - 4.1.2 坝底宽度的确定 .- 27 - 4.2 稳定与强度校核稳定与强度校核.- 28 - 4.2.1作用组合和类型 .- 28 - 4.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算 .- 34 - 4.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算。 .- 42 - 4.3 混凝土坝的材料与构造混凝土坝的材料与构造.- 45 - 4.3.1 材料 .- 45 - 4.3.2 构造 .- 45 - 4.4 地基处理地基处理.- 46 - 4.4.1 坝基帷幕灌浆 .- 46 - 4.4.3 坝基排水设施 .- 46 - 第五章第五章 引水建筑物布置引水建筑物布置 .- 47 - 5.1 压力钢管布置压力钢管布置.- 47 - 5.1.1 确定钢管直径 .- 47 - 5.2 进水口布置进水口布置.- 47 - 5.2.1 确定有压进水口的高程 .- 47 - 5.2.2 渐变段尺寸确定 .- 48 - 5.2.3 拦污栅尺寸确定 .- 49 - 5.2.4 通气孔的面积确定 .- 50 - 第六章第六章 主厂房尺寸及布置主厂房尺寸及布置 .- 51 - 6.1 厂房高度的确定厂房高度的确定.- 51 - 6.1.1 水轮机安装高程 .- 51 - 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 - 2 - 6.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程 .- 51 - 6.1.3 基岩开挖高程 .- 51 - 6.1.4 水轮机层地面高程 .- 51 - 6.1.5 发电机层楼板高程 .- 52 - 6.1.6 吊车轨顶高程 .- 52 - 6.1.7 厂房顶高程 .- 52 - 6.2 主厂房长度的确定主厂房长度的确定.- 52 - 6.2.1 机组段长度确定 .- 52 - 6.2.2 端机组段长度 .- 53 - 6.2.3 装配场长度 .- 54 - 6.3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定主厂房宽度和桥吊跨度的确定.- 54 - 第七章第七章 混凝土溢流坝混凝土溢流坝 .- 56 - 7.1 溢流坝段总宽度的确定溢流坝段总宽度的确定.- 56 - 7.1.1 单宽流量 q 的选择 .- 56 - 7.1.2 确定溢流前缘总净宽 L.- 56 - 7.1.3 确定溢流坝段总宽度 .- 57 - 7.2 堰顶高程的确定堰顶高程的确定.- 57 - 7.2.1 堰顶高程的确定 .- 57 - 7.2.2 闸门高度的确定 .- 58 - 7. 3 堰面曲线的确定堰面曲线的确定 .- 58 - 7.3.1 最大运行水头和定型设计水头的确定.- 58 - max H d H 7.3.2 三圆弧段的确定 .- 58 - 7.3.3 曲线段的确定 .- 59 - 7.3.4 直线段的确定： .- 59 - 7.3.5 反弧段的确定 .- 59 - 7.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定 .- 60 - 7.3.7 溢流坝倒悬的确定 .- 60 - 7.4 溢流坝强度和稳定验算溢流坝强度和稳定验算.- 60 - 7.4.1 作用组合和类型 .- 60 - 7.4.2 承载能力极限状态强度和稳定验算 .- 62 - 7.4.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算 .- 64 - 7.5 溢流坝的结构布置溢流坝的结构布置.- 65 - 7.6 因布置厂房调整后的溢流坝剖面因布置厂房调整后的溢流坝剖面.- 65 - 7.7 消能与防冲消能与防冲.- 65 - 水利水电工程专业毕业设计 - 3 - 7.7.1 鼻坎的型式和尺寸 .- 65 - 7.7.2 挑射距离和冲刷坑深度的估算 .- 65 - 第八章第八章 压力钢管应力分析及结构设计压力钢管应力分析及结构设计 .- 67 - 8.1 水力计算水力计算.- 67 - 8.1.1 水头损失计算 .- 67 - 8.1.2 水锤计算 .- 74 - 8.2 压力钢管厚度的拟定压力钢管厚度的拟定.- 77 - 8.3 钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析.- 79 - 8.3.1 混凝土开裂情况判别 .- 79 - 8.3.2 应力计算 .- 83 - 参考文献参考文献 .- 86 - 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 - 4 - 摘要 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。 该工程挡水建筑物为混凝土重力坝，泄水建筑物为溢流坝，设计洪水位为 289.94m，相应的下泄流量为 11000m3/s；校核洪水位为 291.80m，相应的下泄流 量为 14100m3/s，正常蓄水位为 284m，设计低水位为 264m.非溢流坝坝顶高程 293.88m。坝基开挖至高程 200m。最大坝高 93.88m。上游坝坡坡度 1：0.15，下 游坝坡坡度 1：0.77，溢流坝堰顶高程 272.37m，水电站进水口中心线高程 254.2m 本枢纽河谷底宽 80m 左右，坝顶高程处坝轴线长 278m， ，泄水建筑物进口净 宽 96m。根据布置，溢流坝段布置在河床中间，厂房布置在溢流坝段,为厂房顶溢 流形式。因右岸比较平缓，可布置开关站. 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，转轮 直径为 3.0m,转速为 214.3r/min。安装水轮发电机组 4 台， 单机容量 4.6 万千 瓦，总装机容量为 18.4 万 kW。主厂房宽为 19m，长为 75.5m.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。进场公路布置在左岸。 本设计还包括坝内埋管的结构设计。 关键词关键词 坝后式水电站 混凝土重力坝 水轮机 发电机 进水口 厂房 坝内埋管 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 use concrete gravity dam to prevent the water and overflowing dam to sluicing. The design water level is 289.94m ,its corresponding flow amount is 11000m3/s .The check level is 291.80m ,its corresponding flow is 14100m3/s.The regular water retaining level 水利水电工程专业毕业设计 - 5 - is 284m .The crest elevation of the non-over-fall dam is 293.88m , the foundation of dam arrives to 192m height,The max height of the dam is 93.88m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.77 ,the crest elevation is 272.37m . The elevation of the water intake of the plant is 254.2m. The width of bottom of the river vale to this hinge is about 80m; the length of axis on top of dam is 278m; According to disposal, the overflowing lies in the middle of riverbed, whereas factory lies in the middle of overflowing dam .Because the left shore is much flater which can lay the switch station. This engineering uses such disposal that the hydroelectric station is behind the dam. We choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3.0m and r.p.m is 214.3r/min. One of Generator has 46000 kw electricity. It is ensured to generate 184000 kw electricity. The width of the main power house is 19m,the length is 75.5m. All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house. This design concludes the penstock embeded in dam. KeyKey WordsWords：Power station at the toe of the dam ，concrete gravity ,overflow spillway, turbine, generator, intake, powerhouse, penstock embeded in dam 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 - 6 - 第一章 设计基本资料 1.1 流域概况和地理位置 紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积 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。 1.1.1 水文条件 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修改，直接采用石富站资料。 1.1.2 气象条件 1.1.2.1 气温 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 水利水电工程专业毕业设计 - 7 - 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） 。 1.1.2.2 湿度 流域内气候湿润，历年平均相对湿度 79%，其中以六月份的 87%为最大，一 月份的 84%为最小，实测最小相对湿度仅 8%。 1.1.2.3 降雨量 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 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。 1.1.2.4 风向风速 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。 1.1.3 厂区水位流量关系 表 11 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 1.1.4 水库面积、容积 表 12 水库面积、容积 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 - 8 - 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 1.1.5 工程地质 1.1.5.1 地形地势 库区周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬完整，虽有部分断层伸延库外，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。 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。 本地区的地震烈度为 6 度。 紧水滩峡谷长约 300 米，坝址上游河谷为东西向，进入坝址后转为南北向， 水流湍急，河流径急滩折向南偏东流出河谷，在坝址上游转弯和下游急滩两地段， 水流集中冲刷形成深潭。 河谷深切，河谷呈“V”型，两岸地形坡度：200220 米高程为 35， 220260 米高程为 45，260340 米高程为 5060，河低高程约 200 米， 谷宽 80100 米，一般苦水面宽度：50 米，水深 13 米。 1.1.5.2 岩性 水利水电工程专业毕业设计 - 9 - 坝区位于 90 平方公里的“牛头山”花岗斑岩岩枝的南缘，细粒花岗岩和小 型的石英岩脉、细晶岩脉，辉绿岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。 1.1.5.3 地质构造 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。 但对缓倾角节理，低水头的裂隙承压水和两岸坝肩的三角稳定问题等需加重视。 1.1.6 当地建筑材料 1.1.6.1 土料 下村料场：距坝址 0.5 公里，有效储量 426700 立方米。 油坑料场：位于 500550 米高程的立平山丘上，为粘土及壤土组成。 1.1.6.2 砂石料 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 1.1.7 工程效益 本电站以发电为主，同时兼顾防洪、航运、渔业等综合利用。 1.1.7.1 发电 龙泉溪水电站建成后连入华东电力系统，作为系统调峰电源之一。 1.1.7.2 防洪 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。 1.1.7.3 航运与木竹流放 水库建成后，库区可通航机动船，由于水库的调节作用，坝址至丽水枯水期 的最小流量由原来的 2.23 秒立米提高到 50 秒立米，保证率（8085%）水深增 加了 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，流放量由现在的 14 万立方米提高到 27.4 万立方米。 1.1.7.4 渔业 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 - 10 - 水库建成后，正常畜水位时，水库面积达 34.2 平方公里，为发展渔业及其 他水产养殖事业创造了有利条件。 1.2 设计资料 1.2.1 水能规划 1.校核洪水位: 291.80m , 校核洪水最大下泄流量 14100m3/s. 2.设计洪水位: 289.94m, 设计洪水最大下泄流量 11000 m3/s. 3.设计蓄水位: 284.00m 4.设计低水位: 264.00m 5.装机容量: 446MW 6.机组机型： 选型计算确定 7.其它：调速器、油压装置及起重机选型根据选定的水轮发电机组的参数 计算确定。 1.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物 1.挡水建筑物： 混凝土重力坝 2.泄水建筑物： 混凝土溢流坝 3.其它 ： 无 1.2.3 引水建筑物 坝式进水口、单元供水、金属蜗壳 1.2.4 水电站厂房 坝后式水电站 1.3 设计任务 1.3.1 水能利用 无 1.3.2 枢纽布置、挡水及泄水建筑物 水利水电工程专业毕业设计 - 11 - 确定本水电站工程枢纽的组成，建筑物及工程的等级，进行整体枢纽规划布 置。用简易方法计算挡水建筑物和泄水建筑物的基本轮廓尺寸，绘制本电站枢纽 布置图和挡水建筑物、泄水建筑物典型横剖面图。 1.3.3 水电站引水建筑物 根据本电站的基本资料，选择水轮机型号及其主要参数，选择配套的发电机 和调速器、油压装置型号并确定主要尺寸。在此基础上计算压力钢管主要参数并 进行布置，计算进水口、拦污栅基本参数，绘制压力钢管布置图。 1.3.4 水电站厂房 在上述基础上，计算本电站主厂房基本尺寸，选择合适的起重设备，然后进 行厂区枢纽布置及主、付厂房设备布置。绘制厂房典型横剖面图，水轮机层平面 布置图和发电机层平面布置图各 1 张。 1.3.5 其他 用 AutoCAD 将上述图纸中至少 1 张绘制成 1工程图。专题：本电站压力钢 管应力分析及结构设计，并绘制结构图。 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 - 12 - 第二章 水轮机 2.1 特征水头的确定 在校核洪水位下, 四台机组满发，H1=70.54m； 在设计洪水位下，四台机组满发，H2=71.40m； 在设计蓄水位下, 一台机组满发，H3=81.26m.； 在设计蓄水位下，四台机组满发，H4=80.08m； 在设计低水位下，四台机组满发，H5=59.79m； 在设计低水位下，一台机组满发，H6=61.32m。 最大水头为 =81.26m max123456 maxHHHHHHH 最小水头为 =59.79m min123456 minHHHHHHH 加权平均水头为 =72.74 maxmin 0.60.4 av HHH 设计水头为 =69.11m0.95 rav HH 2.2 水轮机选型 根据水头变化范围 59.79m81.26m,在水轮机系列型谱表 33.表 34 中查 出合适的机型为 HL220. HL220 型水轮机的主要参数选择 1. 转轮直径 D1计算 查水电站表 36 和图 312 可得 HL220 型水轮机在限制工况下单位流 量 Q11M=1150L/s，效率 =89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况