瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算计算书.doc

水利水电工程专业毕业设计 -1- 目 录 第一章第一章 机组选型机组选型.1 1.1 特征水位.1 1.1.1 Hmax 可能出现情况.1 1.1.2 Hmin 可能出现情况.1 1.2 HL220 工作参数确定.2 1.2.1 转轮直径 D1 .2 1.2.2 转速 n.2 1.2.3 效率修正.2 1.2.4 工作范围检验.2 1.2.5 吸出高度 Hs.3 第二章第二章 发电机选型及主要尺寸发电机选型及主要尺寸.4 2.1 主要尺寸估算.4 2.1.1 平面尺寸.4 2.1.2 轴向尺寸.4 第三章第三章 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.6 3.1 调速器.6 3.2 油压装置.7 第四章第四章 金属蜗壳及尾水管尺寸金属蜗壳及尾水管尺寸.9 4.1 金属蜗壳尺寸.9 4.2 尾水管尺寸.10 第五章第五章 起重设备选择与尺寸起重设备选择与尺寸.11 第六章第六章 基本剖面的拟定基本剖面的拟定.13 6.1 基本剖面拟定.13 6.2 非溢流坝段坝基面稳定及应力校核.14 6.2.1 设计洪水位（持久状况）.14 6.2.2 校核洪水位（偶然状况）.17 6.3 非溢流坝段折坡面稳定校核.18 6.3.1 设计洪水位（持久状况）.18 6.3.2 校核洪水位（偶然状况）.20 第七章第七章 溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核.22 7.1 溢流坝段剖面基本尺寸.22 7.1.1 堰顶高程确定.22 7.1.2 1/4 椭圆段：.22 7.1.3 WES 曲线段.23 7.1.4 导水墙高度.24 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -2- 7.2 溢流坝段坝基面抗滑稳定校核.25 7.2.1 设计洪水位.25 7.2.2 效核洪水位.26 第八章第八章 进水口及压力钢管设计进水口及压力钢管设计.28 8.1 压力钢管结构设计：.28 8.1.1 确定钢管厚度：.28 8.1.2 承受内水压力的结构分析：.29 第九章第九章 厂房轮廓尺寸估算厂房轮廓尺寸估算.33 9.1 高度.33 9.1.1 安装高程.33 9.1.2 水轮机层.33 9.1.3 定子安装高程（机座顶面高程）.33 9.1.4 发电机层.33 9.1.5 尾水管底高程.33 9.1.6 吊车轨顶的高程.33 9.1.7 厂房顶部高程.33 9.2 宽度.34 第十章第十章 吊车梁专题吊车梁专题.36 10.1 截面设计及荷载计算.36 10.1.1 截面选择：.36 10.1.2 吊车梁荷载.36 10.2 内力计算.37 10.3 荷载计算.38 10.3.1 竖向正截面.38 10.3.2 竖向斜截面.39 10.3.3 横向正截面.40 10.3.4 抗扭计算.41 10.4 抗裂验算.42 10.5 挠度验算.42 10.6 吊装验算.42 参考文献参考文献.43 水利水电工程专业毕业设计 -1- 第一章 机组选型 1.1 特征水位 1.1.1 Hmax 可能出现情况 1.1.1.1 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 1.1.1.2 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 1.1.1.3 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 1.1.2 Hmin 可能出现情况 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 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -2- 再由 Q394.1 m3/s 查得：H下203.51m Hmin264203.5160.49m Hav1/2（Hmax+Hmin）1/2（60.49+83.21）71.85m 坝后式 Hr0.95Hav68.26m 由工作水头范围 60.4983.21m 查表得：选用 HL220 水轮机 1.2 HL220 工作参数确定 1.2.1 转轮直径 D1 查表得限制工况 Q1/m1.15 m3/s，m89.0% 初设 Q1/ Q1/m1.15 m3/s，m90.9% Nr50000/96%52083.3kw，Hr68.26m m HrHrQ Nr D033 . 3 81 . 9 1 1 取 D13.3m 1.2.2 转速 n n10/m70.0r/min 设 n10/ n10/m70.0r/min Hav71.85m n10/70.0r/min D13.3m 取 n187.5r/min P16 对 min/ 8 . 179 1 1 r D Hn n av 1.2.3 效率修正 mmax91% D1m0.46m max1（1mmax）（D1m/D1）1/593.9% 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 1.2.4 工作范围检验 0.971 m3/s1.15 m3/s 2 3 2 1 1 81 . 9 HrD Nr Q 水利水电工程专业毕业设计 -3- 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 1-1 1.2.5 吸出高度 Hs 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 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -4- 第二章 发电机选型及主要尺寸 2.1 主要尺寸估算 极距 Kj（Sf/2P）1/41050000/（0.85216） 1/465.48cm Sf50000/0.85 飞逸线速度 VfKf1.965.48124.412m/s 定子铁芯内径 Di2P/667cm 定子铁芯长度 ltSf/（CDi2ne）50000/（0.8551066672187.5） 141.04cm Di/（ltnN）667/（141.04187.5） 0.0250.035 为悬式 定子铁芯外径 DaDi+1.2745.58cm 2.1.1 平面尺寸 定子机座外径 D11.18Da869.78cm 风罩内径 D2 D1+2401114.78cm 转子外径 D3Di2Di667cm 下机架最大跨度 D4 D5+0.6520cm 水轮机机坑直径 D5460cm 推力轴承外径 D6310cm 励磁机外径 D7210cm 2.1.2 轴向尺寸 定子机座高度 h1lt+2+20291cm 上机架高度 h20.25Di166.75cm 推力轴承高度 h3150cm 励磁机高度 h4200cm 副励磁机高度 h580cm 永励磁机高度 h660cm 下机架高度 h70.12Di80.04cm 定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板间距离 h80.15Di100.05cm 下机架支承面至主轴法兰底面间距 h980cm 转子磁轭轴向高度 h10lt+55196cm 水利水电工程专业毕业设计 -5- 发电机主轴高度 h11（0.70.9）H0.7977.8684.46cm H h1+ h2+h4+ h5+ h6+ h8+ h9977.8cm 图 2-1 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -6- 第三章 调速器及油压装置选择与尺寸 3.1 调速器 初选中型调速器 Nr9.81HmaxQ Q70.2m3/s 接力器容量 A（2228）Q（HmaxD1）1/225592.032571.1 中型调速器 （18003000）9.811765729430 选大型调速器 导叶数 Z024 取 0.03 b0/D10.25 0.452m 1 max0 1 D Hb Ddc 取 dc500mm 463.3/0.46330mm m m D D 1 1 maxmax 接力器最大行程 Smax=1.6330=0.528m 0.207m2 max 2 2 S d v c m vT V d s 115 . 0 45 175 . 0 44 查表选 DT150 型调速器 机械柜尺寸 lbh7509501375 基础板尺寸 LB12001500 电气柜尺寸 MNH5508042360 水利水电工程专业毕业设计 -7- l L N h H B M 图 3-1 3.2 油压装置 V0（1820）V（3.726 4.14）m3 查油压装置型谱表，选择 YZ4 型油压装置。其主要尺寸如下表： 表 3-1 压力油罐尺寸： V0（m3）D1（mm）D0（mm）H（mm）H（mm） 41336167041603237 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -8- D1 D0 m H K Ln 图 3-2 表 3-2 回油箱尺寸： m（mm）n（mm）k（mm）L（mm） 1916190014402435 水利水电工程专业毕业设计 -9- 第四章 金属蜗壳及尾水管尺寸 4.1 金属蜗壳尺寸 包角 345由 Hr68.26m 查得：Vc6.8m/s 由 Hr68.26m，D13.3m 查得：Db4500mm，Da5150mm 360 2 360 maxi c i i V Q aira+i2.58+ 360 2 i Rira+2i2.58+ 360 4 i 图 4-1 表 4-1 金属蜗壳尺寸： i（） 3075120165210255300345 i（m） 0.5770.9131.1551.3541.5281.6831.8261.958 ai（m） 2.9573.4933.7353.9344.1084.2634.4064.538 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -10- Ri（m） 3.5344.4064.8905.2885.6365.9466.2326.496 4.2 尾水管尺寸 h6 h5 L L1 D4 D1 图 4-2 尺寸由计算得出： D1D2 标准砼肘管 D13.3m （单位：m） 表 4-2 尾水管尺寸： hLB5D4h4h6L1h5 8.5814.858.984.464.462.236.014.03 水利水电工程专业毕业设计 -11- 第五章 起重设备选择与尺寸 发电机总重 GfK1（Sf/n0）2/3 9（58823.5/187.5）2/3415.54t 转子重 Gf/2207.77t 选一台双小车 2150t 表 5-1 平衡梁外形尺寸（自重 6.135t） （单位：mm） aa1a2a3bhh1 38803100138080013661100700 单台小车起重量 主钩 150t 副钩 25t 跨度 16m 小车轨距 4400mm 小车轮距 2000mm 大车轮距 4400mm 大梁底至轨道面距离 140mm 起重机最大宽度 9300mm 轨道中心至起重机外端距离 460mm 轨道面至起重机顶端距离 4300mm 轨道面至缓冲器外端距离 1200mm 车轮中心至缓冲器外端距离 920mm 操作室底面至轨面距离 2400mm 两小车吊钩间距 3100mm 吊钩至轨道面距离 主钩 840mm 副钩 240mm 吊钩至轨道中心距离 l1 1100mm l2 1600mm 推荷用大车轨道 QU100 极限距离 610mm 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -12- a1 图 5-1 水利水电工程专业毕业设计 -13- 第六章 基本剖面的拟定 6.1 基本剖面拟定 多年平均风速 Vf（1.52.0）1.151.7252.3m，取 Vf2.0m/s 吹程由地形图上量得 D0.7km 套用官厅水库公式得： 波高 2hl2h10.0166Vf5/4D1/30.016625/40.71/30.033m 浪高 2Ll10.4（2hl）0.810.40.0350.80.713m =0.005m 1 1 2 0 2 4 L H cth Ll hl h h设2h1+ h0+hc0.033+0.005+0.50.538 h校2h1+ h0+hc0.033+0.005+0.40.438 坝顶max h设+h设，h校+h校 max291.0+0.538，293.0+0.438 max291.538，293.438 取坝顶294m 初定下游坡比 1：0.75，上游坡比 1：0.15，坝底高程 200m，坝顶高程 294m，上游 2 折坡点一般取在坝高的 1：32：3 之间，故折坡点高程 240m。 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -14- 图 6-1 6.2 非溢流坝段坝基面稳定及应力校核 6.2.1 设计洪水位（持久状况） 6.2.1.1 应力计算 1、自重 水利水电工程专业毕业设计 -15- 图 6-2 G11/2（1+21）15243960 G21/26.0040242880 G31/270.5942477840 M1 G133.95（153.5）108702 M2 G2（38.82/34.85）66829.8 M3 G3（33.95-72.75/3）821405.7 2、静水压力 上游：Px1/29.8191244267.6 Py1/29.814.85（91+62.7）3751.6 MxPx1/3911401807.3 MyPy（38.8e）133707 e（62.72+91）/（62.7+91）4.85/33.16m 下游：Px/1/29.8123.4522697.3 Py/1/29.8117.623.452024.4 Mx/ Px/1/323.4521083.9 My/ Py/（38.81/317.6）66670.2 3、扬压力 U177.623.459.8117848 U21.21/2222.277.610345.7 U31.21/2479.812.53598.6 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -16- M2U2（38.877.6/3）111503.4 M3U3（38.8-12.5/3）124630.1 4. 浪压力过小，忽略不计。 表 6-1 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 6.2.1.2 稳定计算 1、坝趾抗压 A77.6 T38.8 J1/1277.63 m20.75 =2242.210000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.0/1.3 c/59.8110/3 01.0 1.0 rd1.2 SP41570.3 Rf/W+c/A60503.5 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 801550.90 J MT A W 满足要求 水利水电工程专业毕业设计 -17- 6.2.2 校核洪水位（偶然状况） 6.2.2.1 应力计算 1、自重 G11/2（1+21）15243960 G21/24.8532.3242880 G31/272.75972477840 M1 G133.95（153.5）108702 M2 G2（38.82/34.85）66829.8 M3 G3（33.95-72.75/3）821405.7 2、静水压力 上游：Px1/29.8193246151.1 Py1/29.814.85（93+62.7）3846.7 MxPx1/3931490680.5 MyPy（38.8e）140558.4 e（64.72+93）/（64.7+93）4.85/32.26m 下游：Px/1/29.8125.523189.5 Py/1/29.8119.115.22389.0 Mx/ Px/1/325.527110.8 My/ Py/（38.81/319.1）77403.6 3、扬压力 U177.625.59.8119415.5 U21/21.2226.877.6=10559.8 U31.21/2474.612.53559.6 M2U2（38.8-77.6/3）136221.4 M3U3（38.8-12.5/3）123162.2 表 6-2 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 静 水 压 力 上 游 3846.7140558.4 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -18- 3189.527110.8 下 游 2389.077403.6 扬压力 33534.9259383.6 60877.8 合计 42961.6 662861 6.2.2.2 应力计算 1、坝趾抗压 A77.6 T38.8 J1/1277.63 m20.75 2352.410000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.0/1.3 c/59.8110/3 01.0 0.85 rd1.2 SP42961.6 Rf/W+c/A59516.7 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 784.5660.50 J MT A W 满足要求 6.3 非溢流坝段折坡面稳定校核 6.3.1 设计洪水位（持久状况） 6.3.1.1 应力计算 1、自重（单位：KN，KNm） G11/2（1+21）15243960 G21/239.75532437655.4 M1 G124.3（153.55）50886 M2 G3（2/348.524.3）306263.9 2、静水压力 水利水电工程专业毕业设计 -19- 上游：Px1/29.8162.7219283.0 MxPx1/362.7403014.7 3、扬压力 U21.21/2137.648.54004.2 U31.21/2477.55.151475.5 M2U2（24.348.3/3）32567.2 M3U3（24.3-5.15/3）33322.2 表 6-3 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 6.3.1.2 稳定计算 1、坝趾抗压 A48.5 T24.3 J1/1248.53 m20.75 156010000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.25/1.3 c/1.45103/3 01.0 1.0 rd1.2 SP18215.6 Rf/W+c/A51647.8 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 745.1285.60 J MT A W 满足要求 6.3.2 校核洪水位（偶然状况） 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -20- 6.3.2.1 应力计算 1、自重（单位：KN，KNm） G21/248.564.72437655.4 G11/2（1+21）15243960 M2 G3（2/348.524.3）306263.9 M1 G124.3（153.55）50886 2、静水压力 上游：Px1/29.8164.7220532.8 MxPx1/364.7442824.1 3、扬压力 U21.21/248.5142.04132.2 U31.21/25.15492.71522.4 M2U2（23.5548.5/3）33608.5 M3U3（23.55-5.15/3）34381.8 表 6-4 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 6.3.2.2 稳定计算 1、坝趾抗压 A48.5 T24.3 J1/1248.53 m20.75 1776.210000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.25/1.3 c/1.45103/3 01.0 0.85 rd1.2 SP20532.8 水利水电工程专业毕业设计 -21- Rf/W+c/A58019.4 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 741.5392.80 J MT A W 满足要求 瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构计算 -22- 第七章 溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核 7.1 溢流坝段剖面基本尺寸 7.1.1 堰顶高程确定 设 NAQ0H Q0 设N/AH200000 /（8.591）247.8 m3/s QQSA Q088400.9247.88616.8 m3/s 取 q100 m2/s LQ/q8616.8/10086.2m 根据以上计算，溢流坝孔口宽度取为 90m 设每孔宽度为 1516m，则孔数 n 为 6，每孔净宽 15m。闸门采用立式矩形闸门，初定闸墩厚度为 4m，则溢流 坝段总长度 L nb+(n-1)d=90+45=110m 0 采用坝后式地面厂房 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. 7.1.2 1/4 椭圆段： +=1 2 2 )(aHd x 2 2 )(bHd y Hd10.5m a0.282 a/b0.87+3a b0.164 水利水电工程专业毕业设计 -23- aHd2.96m bHd1.72m 图 7-1 7.1.3 WES 曲线段 设计定型水头 Hd=10.5m,堰顶曲线方程为 .会出 WES 堰剖面图, ykHx n d n1 基本剖面下游面与幂曲线的切点 C 的坐标 =17.5 d n c Hnmkx )1( /1 ./ 由得=13.5ykHx n d n1 c y 反弧段： 流速系数 =1-0.0155p/H=0.80 (p 为堰高,H 为堰上最大水头) max 鼻坎岀流断面平均流速=30.52 其 cc gzv2216 2 . 28081 . 9 286 . 0 中为挑坎末端高度 c z 该断面水深，其中 q 为校核水位时单宽流量为mvqh cc 93 . 2 52.30/ 4 . 88/ 100 时