衢州一级水电站厂房及隧洞设计计算书.doc

河海大学毕业设计计算书 第 1 页 共 36 页 目目 录录 第 1 章设计基本资料.4 1.1 1.1 流域概况和地理位置.4 1.2 1.2 水文和气象.4 1.2.1 水文条件.4 1.2.2 气象条件.4 1.3 1.3 工程地质.4 1.4 1.4 交通状况.4 1.5 1.5 即给设计数据.4 第 2 章枢纽布置、挡水及泄水建筑物.4 1.6 2.1 枢纽布置.4 2.1.1 枢纽布置形式.4 2.1.2 坝轴线位置的比较和选择.4 1.7 2.2 挡水及泄水建筑物.4 2.2.1 坝高的确定.4 2.2.2 挡水建筑物形式：砼重力坝.5 2.2.3 泄水建筑物：砼溢流坝.15 1.8 2.3 坝内构造.20 2.3.1 坝顶结构.20 2.3.2 坝体分缝.20 2.3.3 坝内廊道.20 2.3.4 坝基地基处理.20 1.9 2.4 溢流坝消能防冲措施.20 第 3 章 水轮机的选型.21 河海大学毕业设计计算书 第 2 页 共 36 页 3.1 水头 HMAX、HMIN、HR的确定.21 3.1.1 Hmax 的可能出现情况（水头损失按 2%计）：.21 3.1.2 Hmin的可能出现情况（水头损失按 2%计）：.21 3.1.3、Hav 的确定： .22 3.1.4 Hr 的确定：.22 3.2 水轮机选型比较：.22 3.2.1 HL200 水轮机方案的主要参数选择.22 3.2.2 HL180 水轮机方案主要参数选择.23 3.2.3 HL200 和 HL180 方案参数对照表 .24 3.2.4 水轮机安装高程.24 第 4 章 水电站引水建筑物.24 4.1 引水隧洞整体布置.24 4.1.1 洞线布置（水平位置）.24 4.1.2 洞线布置（垂直方向）.24 4.2 细部构造.24 4.2.1 隧洞洞径.24 4.2.2 隧洞进口段.24 4.2.3 隧洞细部构造.24 4.2.4 闸门断面尺寸.24 4.2.5 进口底高程计算.25 4.2.6 隧洞渐变段.25 4.2.7 压力管道设计.25 4.2.8 调压室设计.25 第 5 章 水电站厂房.34 5.1 厂房内部结构 .34 5.1.1 水轮发电机外形尺寸估算.34 5.1.2 水轮机重量估算（发电机）.34 5.1.3 水轮机蜗壳及尾水管.35 5.1.4 调速系统、调速设备选择.35 5.1.5 水轮机阀门及其附件.36 河海大学毕业设计计算书 第 3 页 共 36 页 5.1.6 起重机设备选择.36 5.2 主厂房尺寸.36 5.2.1 长度.36 5.2.2 宽度.36 5.2.3 厂房各层高程的确定.36 5.3 厂区布置.36 第 6 章 专题部分：发电引水隧洞衬砌计算.36 6.1 衬砌厚度H的确定.36 6.2 荷载（轴力 N、弯矩 M）计算（取单位长度 1M进行计算）.36 6.2.1 均匀内水压力作用下：.36 6.2.2 垂直山岩压力作用下：.36 6.2.3 衬砌自重作用下：.36 6.2.4 无水头洞内满水压力作用下.36 6.2.5 外水压力作用下：.36 6.3 配筋计算.36 河海大学毕业设计计算书 第 4 页 共 36 页 第第 1 1 章章 设计基本资料设计基本资料 1.1 1.1 流域概况和地理位置流域概况和地理位置 1.2 1.2 水文和气象水文和气象 1.2.1 水文条件水文条件 1.2.2 气象条件气象条件 1.3 1.3 工程地工程地质质 1.4 1.4 交通状况交通状况 1.5 1.5 即即给设计给设计数据数据 第第 2 2 章章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物枢纽布置、挡水及泄水建筑物 1.6 2.1 枢枢纽纽布置布置 2.1.1 枢枢纽纽布置形式布置形式 2.1.2 坝轴线坝轴线位置的比位置的比较较和和选择选择 1.7 2.2 挡挡水及泄水建筑物水及泄水建筑物 2.2.1 坝坝高的确定高的确定 2.2.1.1 坝顶坝顶超出静水位高度超出静水位高度 h 2hl=20.968=1.936m Ll=8.513m m L HL cth LL hL ho34 . 0 1 1 . 5 968 . 0 2 4 2 2 2 河海大学毕业设计计算书 第 5 页 共 36 页 2.2.1.2 坝顶坝顶高程高程 设计洪水位+ h设=238+2.976=240.976m 坝顶高程=max 校核洪水位+ h校=240+1.88=241.88m =242m 2.2.1.3 坝坝体高度体高度 242120=122m 2.2.2 挡挡水建筑物形式：水建筑物形式：砼砼重力重力坝坝 2.2.2.1 基本剖面基本剖面 B= )( 1 f KH = =84.18m )3.00(68.0 122 10 24 2.2.2.2 实实用剖面用剖面 坝顶宽度 8%10%122=10m 2.2.2.3 稳稳定及定及应应力力计计算算 设计洪水位 坝基面： 自重: G1=GGk=1.00.5115524=7260KN （垂直向下） 力臂 L1=50-1132=42.67m 河海大学毕业设计计算书 第 6 页 共 36 页 弯矩 M1= G1L1=726042.67=309760KN.m （逆时针） G2=GGk=1.011130.5124=37587KN （垂直向下） 力臂 L2=50116=33m 弯矩 M2= G2L2=3758733=1240371KN.m （逆时针） G3=GGk=1.00.57711024=101640KN （垂直向下） 力臂 L3=501112773=1.33m 弯矩 M3= G3 L 3=1016401.33=135520KN.m （逆时针） 水压力： P1=GGk=1.00.59.81(238120)2=77872 KN （指向下游） 力臂 L1=(238120)3=42m 弯矩 M1= P1L1=7787242=3270624KN.m （顺时针） P2=GGk=1.00.59.81(130.5155130.51) 11 =11116 KN（垂直向下） 力臂 L2=5011(2(130.5155) 130.51)(3(132.50255) =45m 弯矩 M2= P2L2=1111645=500220KN.m （逆时针） P3=GGk=1.00.59.8120.82=2122 KN （指向上游） 力臂 L3=20.83=6.93m 弯矩 M3= P3L3=21226.93=14713KN.m （逆时针） P4=GGk=1.00.59.8114.5620.8=1485KN （垂直向下） 力臂 L4=5014.563=45m 弯矩 M4= P4L4=145845=66825KN.m （顺时针） 河海大学毕业设计计算书 第 7 页 共 36 页 浪压力： P1=G ro(Ll+2hl+h0) Ll/2=0.59.81(2.55+0.41+0.1)2.551.2 =46 KN （指向下游） 力臂 L1=2381202(2.550.10.41)3=124 m 弯矩 M1=P1 L1=46124=5704KN.m （顺时针） P2=G roLl2/2=0.59.812.5521.2=38 KN （指向上游） 力臂 L2=23812022.553=124 m 弯矩 M2=P2 L2=38124=4712 KN.m （逆时针） 扬压力: 浮托力：U1=GGk=1.020.89.81100=20405 KN （垂直向上） 力臂 L1=0 弯矩 M1=0 渗透力： p1=GGk = 1.29.81(12620.8)=1238 KN/m p2=p1 =0.31238=372 KN/m p3=100372(1009.2)=410 KN/m p4= p1p3=1238410=828 KN/m U2=0.5410100=20500 KN （垂直向上） 力臂 L2=501003=16.7m 弯矩 M2= U2 L2=2050016.7=341667 KN.m （顺时针） U3=0.58289.2=3809KN （垂直向上） 力臂 L3=509.23=47m 河海大学毕业设计计算书 第 8 页 共 36 页 弯矩 M3= U3 L3=380947=178760 KN.m （顺时针） 综上，=G1+G2+G3+P2+P4U1U2U3 W =7260+37587+10640+11116+148520405205003809 =114374 KN （垂直向下） =P1P3+P1P2 P =77872+46212238 =75758KN（指向下游） =M1+M2+M3M1+M2+M3M4M2M3M1+M2 M =309760+1240371+1355203270624+500220+147036682534166 71787605704+4712=1656300 KN.m （顺时针） )( 1 (*) 1 A c W f R mmdd KN98347)100 0 . 3 900 114374 3 . 1 0 . 1 ( 2 . 1 1 =1.10.9575758=79167KNPS 00 (*) 2 6 B M B W y KPa96.149 100 16563006 100 114374 2 2 6 B M B W y KPa52.2137 100 16563006 100 114374 2 =1.10.95149.96=156.71KPa, 00 (*) y S =1.10.952137.52=2233.71KPa, 00 (*) y S =(*) 1 R d 1 ck c d f f KPa6852 5 . 1 18500 8 . 1 1 折坡面： 自重: G1=GGk=0 河海大学毕业设计计算书 第 9 页 共 36 页 力臂 L1=0 弯矩 M1= 0 G2=GGk=1.012（130.5155）24=21747KN （垂直向下） 力臂 L2=25.256=19.25m 弯矩 M2= G2L2=2174719.25=418630KN.m （逆时针） G3=GGk=1.00.538.55524=25410KN （垂直向下） 力臂 L3=25.251238.53=0.42m 弯矩 M3= G3 L 3=254100.42=10588KN.m （逆时针） 水压力： P1=GGk=1.00.59.81(238167)2=24726 KN （指向下游） 力臂 L1=(238167)3=23.67m 弯矩 M1= P1L1=2473623.67=585182KN.m （顺时针） P2、M2、P3、M3、 P4、M4 均为零 浪压力： P1=G ro(Ll+2hl+h0) Ll/2=0.59.81(2.55+0.41+0.1)2.551.2 =46 KN（指向下游） 力臂 L1=2381672(2.550.10.41)3=69 m 弯矩 M1=P1 L1=4669=3174KN.m （顺时针） P2=G roLl2/2=0.59.812.5521.2=38 KN（指向上游） 力臂 L2=23816722.553=69m 弯矩 M2=P2 L2=3869=2622 KN.m （逆时针） 扬压力: 河海大学毕业设计计算书 第 10 页 共 36 页 浮托力：U1=0、弯矩 M1=0 渗透力： p1=GGk = 1.29.81(238167)=836 KN/m p2=p1 =0.3836=251KN/m p3=50.525145.5=278KN/m p4= p1p3=836278=558 KN/m U2=0.527850.5=7019.5 KN （垂直向上） 力臂 L2=25.2550.53=8.42m 弯矩 M2= U2 L2=7019.58.42=59081 KN.m （顺时针） U3=0.55585=1395KN （垂直向上） 力臂 L3=25.2553=23.58m 弯矩 M3= U3 L3=139523.58=32899 KN.m （顺时针） 综上，=G1+G2U1U2 W =21747+254107019.51395 =38743 KN （垂直向下） =P1+P1P2 P =24726+4638 =24734KN （指向下游） =M1+M2M3M1M2M1+M2 M =418630+1058858518259081328993174+2622 =248936 KN.m （顺时针） 河海大学毕业设计计算书 第 11 页 共 36 页 )( 1 (*) 1 A c W f R mmdd KN51384) 5 . 50 0 . 3 1450 38743 3 . 1 25 . 1 ( 2 . 1 1 =1.10.9524743=25847KNPS 00 (*) 2 6 B M B W y KPa 5 . 181 5 . 50 2489366 5 . 50 38743 2 2 6 B M B W y KPa1353 5 . 50 2489366 5 . 50 38743 2 =1.10.95181.5=190KPa, 00 (*) y S =1.10.951353=1414KPa, 00 (*) y S 校核洪水位 坝基面： 自重:同设计洪水位； 水压力： P1=GGk=1.00.59.81(240120)2 =82258KN（指向下游） 力臂 L1=(240120)3=43.17m 弯矩 M1= P1L1=8225843.17=3550804KN.m （顺时针） P2=GGk=1.00.59.81(241.512055+240120) 11 =11006.82 KN （垂直向下） 力臂 L2=5011(2(240167) 240120)(3(240167 240120) )=45m 弯矩 M2= P2L2=11006.845=495307KN.m （逆时针） P3=GGk=1.00.59.8125.32=3140 KN（指向上游） 力臂 L3=25.33=8.43m 河海大学毕业设计计算书 第 12 页 共 36 页 弯矩 M3= P3L3=31408.43=26470KN.m （逆时针） P4=GGk=1.00.59.8117.7125.3=2198KN （垂直向下） 力臂 L4=5017.713=44m 弯矩 M4= P4L4=219844=96712KN.m （顺时针） 浪压力：同设计洪水位时情况； 扬压力: 浮托力：U1=GGk=1.025.39.81100=24819 KN （垂直向上） 力臂 L1=0 弯矩 M1=0 渗透力： p1=GGk = 1.29.81(24012025.3)=1227 KN/m p2=p1 =0.31227=368 KN/m p3=100368(1009.2)=405 KN/m p4= p1p3=1227405=822 KN/m U2=0.5405100=20250 KN （垂直向上） 力臂 L2=501003=16.7m 弯矩 M2= U2 L2=2025016.7=337500KN.m （顺时针） U3=0.58229.2=3781KN （垂直向上） 力臂 L3=509.23=46.93m 弯矩 M3= U3 L3=378146.93=177464 KN.m （顺时针） 综上，=G1+G2+G3+P2+P4U1U2U3 W =7260+37587+10640+11007+219824819202503781 河海大学毕业设计计算书 第 13 页 共 36 页 =117442 KN （垂直向下） =P1P3+P1P2 P =82258+46314038 =79126KN （指向下游） =M1+M2+M3M1+M2+M3M4M2M3M1+M2 M =309760+1240371+1355203550804+495307+2647096712337500 5704+4712177464=1956044 KN.m （顺时针） )( 1 (*) 1 A c W f R mmdd KN96053)100 0 . 3 900 117442 3 . 1 0 . 1 ( 2 . 1 1 =1.10.8579126=73983KNPS 00 (*) 2 6 B M B W y KPa79 . 0 100 19560446 100 117442 2 2 6 B M B W y KPa2348 100 19560446 100 117442 2 =1.10.850.79=0.74KPa, 00 (*) y S =1.10.852348=2195KPa, 00 (*) y S 折坡面： 自重:同设计洪水位情况； 水压力： P1=GGk=1.00.59.81(240160)2=27224 KN （指向下游） 力臂 L1=(240160)3=24.83m 弯矩 M1= P1L1=2722424.83=676063KN.m （顺时针） P2、M2、P3、M3、 P4、M4 均为零 浪压力：同设计洪水位时情况； 河海大学毕业设计计算书 第 14 页 共 36 页 扬压力： 浮托力：U1=0、弯矩 M1=0 渗透力： p1=GGk = 1.29.81(240160)=877KN/m p2=p1 =0.3877=263KN/m p3=50.526345.5=292KN/m p4= p1p3=877292=558 KN/m U2=0.529250.5=7373 KN （垂直向上） 力臂 L2=25.2550.53=8.42m 弯矩 M2= U2 L2=73738.42=62056 KN.m （顺时针） U3=0.55855=1463KN （垂直向上） 力臂 L3=25.2553=23.58m 弯矩 M3= U3 L3=146323.58=34502 KN.m （顺时针） 综上，=G1+G2U1U2 W =21747+2541073731463 =38321 KN （垂直向下） =P1+P1P2 P =272247+4638 =27232KN （指向下游） =M1+M2M1M1M2M1+M2 M =418630+1058867606362056345023174+2622 =344395KN.m （顺时针） 河海大学毕业设计计算书 第 15 页 共 36 页 )( 1 (*) 1 A c W f R mmdd KN51046) 5 . 50 0 . 3 1450 38321 3 . 1 25 . 1 ( 2 . 1 1 =1.10.8527232=25463KNPS 00 (*) 2 6 B M B W y KPa7 . 6 5 . 50 3443956 5 . 50 38321 2 2 6 B M B W y KPa1569 5 . 50 3443956 5 . 50 38321 2 =1.10.856.7=6.3KPa, 00 (*) y S =1.10.851569=1467KPa 00 (*) y S 2.2.3 泄水建筑物：泄水建筑物：砼砼溢流溢流坝坝 2.2.3.1 堰堰顶顶高程高程 设计洪水位时，Qs=4800m3/s mH6 .10 81. 928049 . 0 9 . 0 4800 3 2 0 堰顶高程=设计洪水位Ho =23810.6=227.4m 校核洪水位时，Qs=8500m3/s mH26.15 81 . 9 28049 . 0 9 . 0 8500 3 2 0 堰顶高程=23815.26=224.7 m 2.2.3.3 溢流溢流坝坝坝坝基面基面稳稳定定计计算算 设计状况 自重: G1=GGk=1.00.5115524=7260KN （垂直向下） 河海大学毕业设计计算书 第 16 页 共 36 页 G2=GGk=1.024(0.5(6+18) 4+0.518430.5) =5796KN（垂直向下） G3=GGk=1.00.524(430.5+89) 96=127296KN（垂直向下） G4=GGk=1.024(5+21)0.524 =7488KN （垂直向下） 水压力： 静水压力： P1=GGk =1.09.810.5(238226)+(238120) (226120) =77167KN （指向下游） P2=GGk=1.00.59.81(130.5155130.51) 11 =11116 KN （垂直向下） P3=GGk=1.00.59.81(6+18) 4=471 KN （垂直向上） P4=GGk=1.00.59.8120.82=2122 KN （指向上游） 动水压力： sm L Q q 20 2 0 1 69.65 80 5255 3055， 由 试m h h h h hg q hT co co co co co co 2 . 105 8 . 20112238 7 . 243 95 . 0 81 . 9 2 69.65 2 222 2 2 2 2 0 算过程： 河海大学毕业设计计算书 第 17 页 共 36 页 hco试算得T0实际T0 262.925105.2 2.348.36805293105.2 1.969.40692521105.2 1.786.02525952105.2 1.696.7953125105.2 1.5109.8111111105.2 1.55102.9860042105.2 1.54104.297632105.2 1.53105.6352587105.2 1.533105.2312004105.2 所以： =1.533m； co h ；sm h q v co 85.42 533 . 1 69.65 （指向上游） KN g qv GP GkGx 905)55cos30(cos 81 . 9 85.4269.6581 . 9 1 . 1 )cos(cos 00 21 0 （垂直向下） KNsom g qv GP GkGy 4084)5530(sin 81 . 9 85.4269.6581 . 9 1 . 1 )sin(sin 00 21 0 扬压力: 浮托力：U1=GGk=1.020.89.81105=21425 KN （垂直向上） 渗透力： p1=GGk = 1.29.81(12620.8)=1238 KN/m p2=p1 =0.31238=372 KN/m p3=105372(1059.2)=408KN/m p4= p1p3=1238408=830 KN/m U2=0.5408105=21420 KN （垂直向上） 河海大学毕业设计计算书 第 18 页 共 36 页 U3=0.58309.2=3818KN （垂直向上） 综上，=G1+G2+G3+G4+P2P3+PyU1U2U3 W =7260+5796+127296+7488+11116471+408421425214203818 =115906 KN （垂直向下） =P1P4Px=771672122905=74140KN （指向下游） P )( 1 (*) 1 A c W f R mmdd KN100549)105 0 . 3 900 115906 3 . 1 0 . 1 ( 2 . 1 1 =1.10.9574140=77476KNPS 00 (*) 校核状况 自重:同设计洪水位情况； 水压力： 静水压力： P1=GGk =1.09.810.5(240226)+(240120) (226120) =81080KN （指向下游） P2=GGk=11007 KN （垂直向下） P3=GGk=1.00.59.81(6+18) 4=471 KN （垂直向上） P4=GGk=3140 KN （指向上游） 动水压力： ,；smq 2 96.118sm h q v co 42 832 . 2 96.118 （指向上游） KN g qv GP GkGx 1607)55cos30(cos 81. 9 4296.11881 . 9 1 . 1 )cos(cos 00 21 0 河海大学毕业设计计算书 第 19 页 共 36 页 （垂直向下） KNsom g qv GP GkGy 7205)5530(sin 81 . 9 4296