紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计说明书.doc

河海大学水利水电毕业设计 1 摘摘 要要 J 电站在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 瓯江流域处浙东南沿海山区 属 于年调节水库 本次设计的水库死水位为 264 0m 正常蓄水位为 284 5m 根据历史洪 水资料设计洪水 P 0 1 水库的设计洪水位 290 5m 校核洪水位 P 0 01 为 292 20m 根据地形地质的特点选择坝型为重力坝 坝长 288m 其中溢流坝段长 107 5m 其中有 7 孔溢洪道 净宽 73 5m 水电站进水口中心线高程 257m 水电站装机容量为 19 万 kW 四台机组单机 4 75 万 kW 水轮机型号 为 HL220 LJ 300 为坝后厂房顶溢流式厂房 开关站布置在右岸 主厂房 总宽定为 19m 总长 79 8m 水轮机安装高程为 202 04m 起重机选用电 动双钩桥式起重机 最大起重量选 2 100 吨 跨度选用 16m 装配场长度 取 20 8m 进场公路布置在左岸 副厂房是为保证水电站正常运行需要 设置在主厂房与坝的间隙 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 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 2 Abstract J plant is the first step hydropower station in upper reaches of the Oujiang River The main purpose of the project is to generate electricity but also considered the woods of the shipping and protect floods Oujiang River basin located in the southeast area which is near the say in Zheijang Province and the plant is a year adjust reservoir This design determined the dead water level is 264 0m the normal water level is 284 5m According to the historical flood date P 0 1 the designed flood level is 290 5m the proofread level is 292 20m P 0 01 According to the characteristics of geology and topography gravity dam was chosen The total length of the dam is 288m and the over flow dam is 120 5m and eighi holes over flow causes is set and the last the net width is 100m The elevation of the water intake of the plant is 254 2m The total electric capacity is 190 000kW and four generates whose capacity is 47500kW was installed The type of the turbine is HL 220 LJ 300 The units are installed in the main power house The width of the main power house is 19m the length is79 8m All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house 河海大学水利水电毕业设计 3 目录目录 摘摘 要要 1 Abstract 2 1 水文地址情况与枢纽布置水文地址情况与枢纽布置 7 1 1 流域概况流域概况 7 1 2 水文与气候水文与气候 7 1 3 地形与地质地形与地质 9 1 3 1 水库区工程地质 9 1 3 2 坝址地质 10 1 4 天然建筑材料天然建筑材料 10 1 4 1 土料 10 1 4 2 砂石料 10 1 51 5 给定设计控制数据给定设计控制数据 10 1 5 1 设计资料 10 1 5 2 设计任务 11 1 6 枢纽布置枢纽布置 12 2 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 16 2 32 3 水轮机蜗壳及尾水管水轮机蜗壳及尾水管 17 17 2 42 4 调速设备及油压设备选择调速设备及油压设备选择 18 18 3 3 发电机发电机 19 19 3 13 1 发电机的尺寸估算发电机的尺寸估算 19 19 3 23 2 发电机的重量估算发电机的重量估算 20 20 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 4 4 重力坝挡水坝段设计重力坝挡水坝段设计 22 4 1 剖面设计剖面设计 22 4 1 1 坝顶高程的确定 22 4 1 2 坝底宽的确定 23 4 1 3 实用剖面 23 4 2 非溢流坝段稳定应力计算 25 4 2 2 校核洪水位下荷载 26 4 3 1 设计洪水位下稳定计算 27 4 3 2 校核洪水位下稳定计算 27 5 5 坝内构造坝内构造 28 5 5 1 坝内廊道 28 5 5 2 坝基处理 28 5 5 3 坝体分缝 28 6 重力坝溢流坝段重力坝溢流坝段 30 6 1 剖面设计剖面设计 30 6 1 1 堰顶高程的确定 30 6 1 1 1 设计洪水位下 30 6 1 2 堰面曲线 31 6 1 3 下游反弧段 32 6 2 1 设计洪水位下 33 6 2 2 校核洪水位下 34 6 3 1 设计洪水位下 35 6 3 2 校核洪水位下 35 6 4 溢流坝消能抗冲刷措施溢流坝消能抗冲刷措施 35 挑距 35 6 5 冲坑 36 6 6 导墙高度 36 7 水电站厂房结构计算水电站厂房结构计算 37 河海大学水利水电毕业设计 5 7 1 主厂房的特征高程主厂房的特征高程 37 7 1 1 水轮机安装高程 37 7 1 2 尾水管底板高程 37 7 1 3 水轮机层地面高程 37 7 1 4 定子安装高程 37 7 1 5 发电机层地面高程 定子埋入式 37 7 1 6 装配场地面高程 37 装配场与发电机层同高 212 05m 37 7 1 7 吊车轨顶的高程 37 7 1 8 厂房顶部高程 38 7 2 水电站主厂房长宽尺寸的确定水电站主厂房长宽尺寸的确定 38 7 2 1 主厂房宽度的确定 38 7 2 2 主厂房长度的确定 38 8 水电站引水建筑物水电站引水建筑物 41 8 1 进水口高程进水口高程 41 8 2 压力钢管的布置压力钢管的布置 41 8 3 压力钢管的厚度压力钢管的厚度 42 8 4 拦污栅及进水口闸门的设计拦污栅及进水口闸门的设计 42 8 5 通气孔的面积确定通气孔的面积确定 43 9 专题专题 发电机机座结构稳定计算发电机机座结构稳定计算 45 9 1 荷载 46 9 2 机墩静力计算机墩静力计算 47 9 2 2 垂直正应力 48 9 2 3 剪应力 48 9 2 4 主拉应力 49 9 2 5 应力校核 49 9 3 机墩动力计算机墩动力计算 50 9 3 1 机墩强迫振动频率 50 9 3 2 机墩自振频率 50 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 6 9 3 3 共振检验与动力系数确定 51 9 3 4 振幅检验 52 1 水文地址情况与枢纽布置水文地址情况与枢纽布置 河海大学水利水电毕业设计 7 1 1 流域概况流域概况 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 2 水文与气候水文与气候 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 流域内气候湿润 历年平均相对湿度 79 其中以 6 月份的 87 为最大 1 月份的 84 为最小 实测最小相对湿度仅 8 本流域距东海仅 120 180 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 3 9 月占年雨量为 80 5 其中 5 6 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 7 9 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 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 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 8 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 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改正 直接采用石富站资料 泥沙对紧水滩水库使用 不会有严重的影响 表 1 1 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 图 1 1 厂区水位流量关系曲线 表 1 2 水库面积 容积 高程 m 205215220225230235240 面积 km2 01 32 33 95 77 79 7 河海大学水利水电毕业设计 9 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 80285290295300 面积 km2 31 235 240 348 158 4 容积 108m3 9 1010 7512 715 0517 7 图 1 2 水库容积曲线 1 3 地形与地质地形与地质 1 3 1 水库区工程地质 水库周边地势高峻 无低矮分水岭 岩石坚硬较完整 虽有部分断层延 伸库外 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 由于库岸有第四系松散地层分布 岩石节理发育 水库暂时渗漏损失甚 0 50 100 150 200 250 300 350 05101520 高程H 容积V 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 10 小 对水库蓄水无影响 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 本地区地震烈度为 6 度 可不考虑抗震设计 不计地震荷载 1 3 2 坝址地质 坝区位于 90 平方公里的 牛头山 花岗斑岩岩技的南缘 其中有后期的 细粒花岗岩和小型的石英岩脉 细晶岩脉 辉缘岩脉侵入穿摘其间与围岩接 触良好 混凝土 新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数 0 7 凝聚力 5 千克 平方厘米 抗剪 断摩擦系数 1 0 混凝土 混凝土抗剪断摩擦系数 1 25 凝聚力 1 45 103Kpa 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 1 4 天然建筑材料天然建筑材料 1 4 1 土料 下村料场 位于平缓的山坡上 高程 300 以下 主要为壤土 料场距坝址 0 5 千米 有效储量 426700 立方米 油坑料场 位于 500 550 米高程的低平山丘上 为粘土及壤土组成 料场距 坝址 1 5 千米 有效储量 747600 立方米 1 4 2 砂石料 局村至小顺区六个料场 左右岸各三个 最远距坝址 16 5 公里 局村至坝址区十个料场 左岸 4 个 右岸 6 个 最远距坝址 9 公里 坝址至赤石区七个料场 最远距坝址 12 2 公里 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 51 5 给定设计控制数据给定设计控制数据 1 5 1 设计资料 设计原始资料 1 份 附图 3 张 河海大学水利水电毕业设计 11 水能规划 1 校核洪水位 292 20 m 校核洪水最大下泄流量 13500 m3 s 2 设计洪水位 290 5m 设计洪水最大下泄流量 11000 m3 s 3 设计蓄水位 284 5m 4 设计低水位 264m 5 装机容量 19 万 kW 3 台 6 机组机型 自 选 7 其 它 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 引水建筑物 压力钢管 水电站建筑物 坝后式地面厂房 其它 1 5 2 设计任务 1 水能利用 无 2 枢纽布置 挡水及泄水建筑物 根据所给资料确定挡水及泄水建筑物的断面型式 并进行必要的稳定计 算 确定溢流坝后消能工型式及尺寸 绘出挡水 泄水建筑物及消能工的剖 面图 进行水利枢纽布置并绘出平面布置图 3 水电站引水建筑物 确定确定压压力力钢钢管的布置方式 以及管的布置方式 以及钢钢管的材料 管的材料 进进行管身行管身结结构构设计设计 4 水电站厂房 根据所选机型和水位 流量关系 确定厂房的轮廓尺寸 并对水电站厂 房进行稳定计算 绘出水电站厂房各层的平面布置图和厂房的纵剖面图 上 下游立视图 进行厂区布置 绘出厂区布置图 5 其它 发电机机座结构稳定计算 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 12 1 6 枢纽布置枢纽布置 枢纽由非溢流坝段 溢流坝段 坝后式溢流厂房 开关站 进厂公路及 上坝公路等组成 坝轴线垂直水流方向 坝顶高程 293 04 米 坝基面高程 200 米 坝高 93 04m 坝长 270 5m 溢流坝段布置在河谷中间 总宽 120 5 米 溢流前沿总宽 73 5m 分八孔 有机组段闸墩宽 6m 孔口宽 8 5m 无机组段闸墩宽 3m 孔口宽 12m 采用鼻 坎挑流消能 反弧半径 30m 非溢流坝段布置在河谷两岸 采用溢流式厂房 厂房位于溢流坝坝趾处 厂房顶兼作溢洪道 电站厂 房中间机组段长 14 5 米 总长 68 米 装配场长度 20 8m 将装配场放在厂房 左边 发电机层与装配场层同高 均为 212 20m 主厂房与坝设纵缝分开 厂房上部与坝体之间的空间较大 将副厂房布 置于此 关于进厂公路 设计时考虑了两种方案 由于设计及校核情况下下游尾 水位很高 设计情况下下游尾水位为 217 9m 校核情况下下游尾水位为 220 20m 而装配场的高程为 212 20m 采用公路进厂在丰水期公路有被淹的 危险 但若采用隧洞进厂 则开挖量很大 费用也很高 而且尾水平台的启 闭机也不易安装及检修 施工时运输也比较麻烦 故应考虑与装配场层同高 的进厂公路 在洪水期电站工作人员从坝顶进厂 如新安江就是采取这种方 式 引水道采用压力钢管 压力钢管布置在坝体内 进水口布置在溢流坝闸 墩内 压力钢管与蜗壳之间用伸缩节相连 变压器布置在溢流坝顶 母线通过出线洞到坝顶 采用扩大单元接线 两台机组设一台主变 高压开关站设置在右岸 采用露天式 大小为 30m 乘 45m 河海大学水利水电毕业设计 13 2 水轮机 2 1 特征水特征水头头的确定的确定 1 在校核洪水位下 四台机组满发 下泄流量 Q 13500m3 s 由厂区水位流 量关系可得 尾水位 尾 220 20m 库 292 2m H1 0 98 库 尾 0 98 292 2 220 2 70 56m 2 在设计洪水位下 四台机组满发 下泄流量 11000 m3 s 由厂区水位 流量关系得 尾水位 尾 217 9m 库 290 5m H2 0 98 库 尾 0 98 290 5 217 9 71 148m 3 在设计蓄水位下 一台机组满发 由下列式子试算出该情况下对应的下 泄流量和水头 N 9 81QH H 0 99 库 尾 尾 f Q 水 电 0 95 0 9 列表试算 得 Q m3 s 库 m 尾 m H m N 万 kw 80284 520280 855 35 70284 5201 9480 9094 68 72284 5201 9580 904 82 71284 5201 94580 9044 75 当下泄流量为 71 m3 s 时 一台机组满发 对应水头为 80 904m 即 H3 81 26m 4 在设计蓄水位下 四台机组满发 试算该情况下对应的下泄流量和水头 列表试算 Q m3 s 库 m 尾 m H m N 万 kw 225284 5202 979 96814 875 395284 5203 579 3825 92 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 14 240284 520379 8715 85 288 1284 5203 179 77219 当下泄流量为 288 1 m3 s 时 四台机组满发 对应水头为 79 772m 即 H4 79 772m 5 在设计低水位下 一台机组满发 试算该情况下对应的下泄流量和水头 列表试算 Q m3 s 库 m 尾 m H m N 万 kw 80264202624 1 24026420359 7811 86 191 6264202 859 9769 5 94 7264202 160 6624 75 当下泄流量为 94 7m3 s 时 一台机组满发 对应水头为 60 662m 即 H5 60 662m 6 在设计低水位下 四台机组满发 试算该情况下对应的下泄流量和水头 列表试算 Q m3 s 库 m 尾 m H m N 万 kw 288 8264203 1 59 68214 25 395264203 559 2919 363 365264203 459 38817 922 387264203 4559 33919 当下泄流量为 387m3 s 时 四台机组满发 对应水头为 59 339m 即 H5 59 339m 综上 Hmax 80 904m Hmin 59 399m 坝后式水电站 Hr 0 95Hav 66 74m 2 2 水水轮轮机机选选型型 根据水头变化范围 59 339m 80 904m 在水轮机系列型谱表 3 3 表 3 4 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 3 6 和图 3 12 可得 HL220 型水轮机在限制工况下单 河海大学水利水电毕业设计 15 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 况下单位流量 Q11 Q11M 1150L s 效率 91 3 发电机的额定效率取为 gr 98 Nr Ngr gr 47500 98 48469 39kw D1 2 938m r 11rr N 9 81Q HH 913 0 74 6674 6615 1 81 9 39 48469 选用与之接近而偏大的标称直径 D1 3 0m 2 转速 n 计算 查 水电站 表 3 4 可得 HL220 型水轮机在最优工况下单位转速 n110M 70 0 r min 初步假定 n110 n110M 70 0r min Hav 66 74m D1 3 0m n 195 57r min 110 1 av nH D0 3 25 7070 选择与上述计算值相近而偏大的同步转速 n 214 3r min 3 效率及单位参数修正 查表 3 6 可得 HL220 型水轮机在最优工况下的模型最高效率为 Mmax 91 模型转轮直径 D1M 0 46m max 1 1 Mmax 94 6 1 5 1 M D D 则效率修正值为 94 6 91 3 3 3 考虑到模型与原型水轮机在制 造上的差异 常在已求得的 值中再减去一个修正值 现取 1 0 可得修正值为 1 8 原型水轮机在最优工况和限制工况下 的效率为 max Mmax 91 2 3 93 3 M 89 2 3 91 3 与上述假定值相同 单位转速的修正值 1 1 0 011 110 110M n n max maxM 913 0 933 0 由于 3 0 按规定单位转速可不加修正 同时 单位流量 Q11也可不加修 正 由上可见 原假定的 91 3 Q11 Q11M n110 n110M是正确的 那么 上述计算及选用的结果 D1 3 0m n 214 3r min 是正确的 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 16 4 工作范围检查 水轮机在 Hr Nr下工作时 Q11 Q11max Q11max 1 08130000Nm 属大型调速器 调速柜 主接力器 油压装置三者分别选择 2 4 2 接力器选择 大型调速器常采用两个接力器来操作导水机构 油压装置额定油压 2 5Mp 接力器直径 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 18 ds D1 0 03 3 0 404m b0 D1 0 25 0 max 1 b H D 25 0 904 80 选用与之接近而偏大的 450mm 的标准接力器 接力器最大行程 Smax 1 4 1 8 a0max 由 n11r 78 58r min Q11max 1081L s 在模型综合曲线上查得 a0max a0Mmax 30 197 00 00 M M D Z DZ 3 24 0 46 24 Smax 1 4 1 8 a0max 1 5 197 296 两接力器总容积为 VS 0 452 0 3 0 094m3 2 max 1 2 s d S 2 2 4 3 调速器的选择 主配压阀直径 d 1 13 0 077 Ts为导叶从全开到全关的直线 TsVm Vs 关闭时间 取为 4s 选用 DT80 2 5 油压装置 压力油罐的容积 Vk 18 20 Vs 18 20 0 094 1 692 1 88m3 选用 HYZ 2 5 河海大学水利水电毕业设计 19 3 发电机 3 1 发电发电机的尺寸估算机的尺寸估算 额定转速 n 214 3r min 150r min 选择悬式发电机 查表 对应 SF65 28 640 功率因数 cos 0 90 则发电机额定容量 Sf为 Sf Nf cos 47500 0 9 55882 35kVA 3 1 1 主要尺寸估算 1 极矩 60 15cm 4 4 51111 11 9 22 14 f j S K p 2 定子内径 Di Di 536 37cm 22 14 58 83 p 3 定子铁芯长度 lt lt 177 73cm 查表 7 1 C 取 26 51111 11 5 5 10214 3 f ie S CD n 5 5 10 6 定子铁芯长度 lt主要受发电机的通风冷却和运输条件的限制 当 lt 3 时 通风较困难 当 lt 2 5m 时 一般采用现场叠装定子 4 定子铁芯外径 Da ne 166 7rpm Da Di 536 37 60 15 596 52cm 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 20 3 1 2 外形尺寸估算 3 1 2 1 平面尺寸估算 1 定子基座外径 1 10 p Uwf 25829 6 7370 11 51191 37 0 折坡处 K 1 38 1 10 p Uwf 坝基面 K 1 125 1 10 p Uwf 4 3 2 校核洪水位下稳定计算 抗剪稳定公式 下游尾水位面 K 1 39 1 10 p Uwf 32470 11161 05 75606 27 0 折坡面 K 1 4 1 10 p Uwf 坝基面 K 1 35 1 10 p Uwf 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 28 5 坝内坝内构造构造 5 1 坝内廊道 灌浆廊道距坝底 4m 距上游坝面 12m 廊道宽 3m 高 4m 由于下游 尾水位较高 产生较大的扬压力 为增加坝的安全稳定 在坝基面上设两 个基础排水廊道以减小扬压力 两廊道距上游坝面距离分别为 27m 45m 沿灌浆廊道向上 间隔大概 20m 布置一层廊道 共分 3 层 各层的高 程为 224 5m 239 5m 258 86m 每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊 道 并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接 非溢流坝段除底层廊道 横向不贯穿至下游外 其余横向廊道均贯穿 非溢流坝段横向廊道连接两 排纵向廊道 廊道尺寸宽 2 50m 高 4 00m 由于上游坝面倾斜 故廊道上下并非垂 直布置 而是向下游倾斜 这使得排水管亦倾斜布置 但角度不大 在允 许的范围内 5 2 坝基处理 重力坝承受较大的荷载 对地基要求较高 然而天然基岩经受长期地质 构造运动及外界因素的作用 多少存在着风化 节理 裂隙 破碎带等缺陷 因此 必须对地基进行适当的处理 地基处理一般包括坝基开挖清理 对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆 设置基础排水系统 对特殊软弱带如断层 破碎带和溶洞等进行专门的处理 紧水滩峡谷而岸风化层零星分布 一般厚 0 5 2 米 所以坝基开挖比较 容易 帷幕灌浆作用是降低坝基的渗透压力 减少渗透流量 防止坝基内产生 机械或化学管涌 帷幕灌浆是在靠近上游坝基布设一排或几排钻孔 利用高 压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道 防渗帷幕的深度因根据基岩的 透水性 坝体承受水头和降低坝体渗透压力的要求确定 此外在基岩表面设置排水廊道 5 3 坝体分缝 河海大学水利水电毕业设计 29 横缝将坝体沿坝轴线方向分成若干坝段 其缝面常为平面 不设键槽 不进行灌浆 使各坝段独立工作 缝的宽度器取 1cm 横缝间距具体见枢 纽布置图 横缝止水用两道金属止水片 紫铜片或不锈钢片 和一道防渗 沥青井 纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临 时缝 本设计采用两条垂直纵缝 详细见图纸 为了加强坝体的整体性 缝面一般设置键槽 槽的短边和长边大致与 第一及第二主应力相交 使槽面基本承受正压力 且键与槽互相咬合 可 提高纵缝的抗剪强度 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 30 6 重力坝溢流坝段重力坝溢流坝段 6 1 剖面设计剖面设计 6 1 1 堰顶高程的确定 6 1 1 1 设计洪水位下 Qs 11000 m3 s Qo 246 99 m3 s 11000 0 9 247 10777 7m3 s 0 QQQ s 当河谷狭窄 岩石坚硬 且下游水深较大时 应选择较大的单宽流量 本工程所处河谷狭窄 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 单宽流量取为 150 3 ms m L Q q 71 8m 我国目前大中型混凝土重力坝 溢流孔净宽一般常用 8 12m 本设计 采用溢流式厂房 其四个压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下 这种 布置方式进水口闸门及拦污栅的提降与溢流坝顶闸门的操作互不干扰 布 置和运行都比较方便 采用这种布置方式时 闸墩的厚度必须考虑布置进 水口闸门井和拦污栅的需要 厚度需要增大 四个闸墩的尺寸相应的加宽 定为 6m 根据之前确定的一个机组段长度为 14 5m 确定这四个闸墩间的 溢流孔净宽为 8 5m 根据初步确定的溢流前缘的宽度 71 8m 再设置四个 净宽为 12m 的溢流孔 其余的四个闸墩宽度取为 3m 边墩宽度取为 2m 最后确定的溢流前缘总净宽为 8 5 3 12 4 73 5m 溢流坝长 Lo 73 5 3 2 6 4 2 2 107 5 m 计算堰上水头 2 3 0 2 HgmLQ 求得 H 15 86m 河海大学水利水电毕业设计 31 流速水头 0 2 2 g Vo 堰顶高程 290 5 15 86 274 84m 堰顶高程及闸门尺寸 综上堰顶高程为 274 84m 闸门高度 正常蓄水位 堰顶高程 安全超高 284 5 274 84 0 3 0 5 10m 取 10m 工作闸门一般布置在溢流堰顶点 以减少闸门高度 为了避免闸门局部 开启时水舌脱离坝面而产生真空 将闸门布置在堰顶偏下游一些 以压低水 舌使其贴坝面下泄 检修闸门位于工作闸门之前 为便于检修 两者之间留 有 1 3m 的净宽 本设计取净宽 1 5m 6 1 2 堰面曲线 溢流面曲线采用的为 WES 曲线 其曲线方程为 yKHX n d n1 即 85 1 23 22 1 xy 最大运行水头 max H 292 20 274 84 17 36m max H 校核洪水位堰顶高程 定型设计水头 为使实际运行时 m 较大而负压绝对值较小 对于 WES d H 剖面设计 常取 0 75 0 95 取 15m d H max H d H 堰顶与上游采用三圆弧连接 参数如下表所示 表 2 1 三圆弧参数 R1 0 5Hd 8 5R2 0 2Hd 3 4R3 0 04Hd 0 68 B1 0 175Hd 3 122B2 0 27Hd 4 698B3 0 281Hd 5 013 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 32 堰面形态如下图所示 图 2 1 堰面形态 6 1 3 下游反弧段 由于采用厂房顶溢流式 反弧段的高程应结合厂房的顶高程 根据厂 房部分的计算 反弧段的底高程为 230 0m 2 0 2 2 00 2 c c hg q hT To 校核洪水位 230 62 2 g v 2 2 试算 hc0 假定 hc0 3 To 106 3 假定 hc0 4 To 62 10 假定 hc0 3 9 To 65 02 假定 hc0 3 95 To 62 93 假定 hc0 3 92 To 62 2 试算得 hc0 3 92 反孤段半径 R 4 10 hco 15 68 39 2 河海大学水利水电毕业设计 33 取 mR30 鼻坎挑角 取 35 20 30 坎顶高程 mH o 234 30cos1 30230 图 2 2 溢流坝剖面图 6 2 稳定与应力校核 作用在溢流坝上的荷载主要有 坝体自重 上下游坝面上的水压力 扬 压力 浪压力 泥沙压力 地震荷载 冰荷载 动水压力等 此处考虑了坝 体自重 上下游坝面上的水压力 扬压力 其他力就暂不考虑 此溢流坝为一级主要永久建筑物 工况计算需考虑设计洪水位 校核洪 水位 荷载计算如下表 6 2 1 设计洪水位下 表 3 3 设计洪水位下荷载 名称荷载 KN 方 向 弯矩 kN m 方 向 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 34 自重66681 25 420741 3 1571 61 1211891 上 游5012 9 171540 静 水 压 力 下 游 1178 71 38856 13071 73 84966 05扬压力 5862 2 225694 7 6 2 2 校核洪水位下 表 3 4 校核洪水位下荷载 名称荷载 KN 方 向 弯矩 kN m 方 向 自重66681 25 420741 3 1573 61 1314871 上 游5832 8 196540 静 水 压 力 下 游 1241 71 41123 14071 57 94205扬压力 6123 2 245675 7 稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度 工程实践和试验研究表明 岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况 一种是 河海大学水利水电毕业设计 35 坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动 另一种是在荷载作用下 上游坝踵 以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移 破坏 为保证重力坝的安全可靠性 在结构设计的标准中 要明确规定出安全 储备要求 其表达形式有定值安全系数法和分项系数极限状态法 下面就采 取这两种方法验算稳定 定值系数法采用抗剪强度公式和抗剪断公式 6 3 1 设计洪水位下 抗剪稳定公式 1 119 1 59 38601 929 589387 0 p UWf K 6 3 2 校核洪水位下 抗剪稳定公式 1 124 1 71 42589 3725 758637 0 p UWf K 6 4 溢流坝消能抗冲刷措施溢流坝消能抗冲刷措施 由于坝址处基岩良好 故采用挑流消能 挑距 h1 3 92 h2 33m 89 0 125 81 9 21 0 1 125 0 25 0 375 0 25 0 Kzl 63 29 5 5681 9 289 0 2 h gvc 59 321 1 1 c vv 挑距 124 94m 21 22 11 2 1 2sincossincos 1hhgvvvgL 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 36 6 5 冲坑冲坑 97 7 44 2 11 0 89 0 tHhKt Krr 由于下游基岩质量较好 且水流沿河道较平顺 故抗冲刷措施比较简单 只需在溢流坝与非溢流坝交界处设 2 00m 宽的导水墙 下游岸坡做简单防浪 措施即可 6 6 导墙高度导墙高度 掺气水深 ha hc 3 923m h导 3 923 1 4 923m 取 h导 5 0m 河海大学水利水电毕业设计 37 7 水电站厂房结构计算水电站厂房结构计算 7 1 主厂房的特征高程主厂房的特征高程 7 1 1 水轮机安装高程 Hs bo 2 202 1 0 436 0 75 2 202 04 尾 7 1 2 尾水管底板高程 mh b Zs83 1938 7225 0 3912 1 19 202 2 1 0 1 7 1 3 水轮机层地面高程 1 69 1 204 73 2 7 1 4 定子安装高程 进人孔高 2m 圈梁高 1m 207 73m 12 ZZ 7 1 5 发电机层地面高程 定子埋入式 上机架高度 207 73 2 98 1 34 212 05m 定子高度 23 ZZ 7 1 6 装配场地面高程 装配场与发电机层同高 212 05m 7 1 7 吊车轨顶的高程 轨顶高程取决于发电机主轴长度和发电机露出地板部分的高度 还要留有 0 80m 的安全距离 以保证起吊时不会碰到其他机组或墙壁 本电站厂房轨顶 高程为 221 29m 6 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 38 7 1 8 厂房顶部高程 厂房顶高程是在轨顶高程的基础上加上起重机高度和屋面结构的厚度 并留有一定空间 本电站厂房顶部高程为 230 0m 7 7 2 水电站主厂房长宽尺寸的确定水电站主厂房长宽尺寸的确定 7 2 1 主厂房宽度的确定 主厂房宽度由发电机层 蝸壳层 起重机跨度分别决定 a 由蜗壳层决定的厂房宽度 上游侧宽度 l1 机组中心线至上游涡壳外缘尺寸 涡壳外包混凝土 外墙厚 9 416m 下游侧宽度 l2 机组中心线至下游涡壳外缘尺寸 涡壳外包混凝土 外墙厚 8 738m 主厂房宽度 L l1 l2 18 154m b 由发电层决定的厂房宽度 L 风罩直径 2 通道宽度 外墙厚 10 36m c 选择桥吊跨度为 16m 根据前面算出的发电机转子重量 选择 2 100 t 跨度为 16m 的双小车桥式起重机 装配厂宽度 采用与主厂房宽度相同 综上可得 桥吊跨度为 16 米 再加上边墙厚度 得主厂房宽度 19 米 装配厂宽度 采用与主厂房宽度相同 19m 7 2 2 主厂房长度的确定 7 2 2 1 机组间距 1 L 机组间距由蜗壳层 尾水管层和发电机层共同决定 机组段长度 1 L 1maxmaxxx LLL 式中 机组段沿厂房纵轴线方向 在机组中心线两侧 max x L max x L 河海大学水利水电毕业设计 39 的最大尺寸 蜗壳层 max max 345 165 xi xi LR LR 式中 蜗壳沿厂房纵轴线方向 在机组 345 i R 165 i R 中心线两侧的最大尺寸 蜗壳四周的混凝土厚度 取为 1m 13 380m 1maxmaxxx LLL 尾水管层 max max 2 2 x x B L B L 式中 尾水管宽度度 B8 16Bm 尾水管混凝土边墩厚 1m 11 24m 1maxmaxxx LLL 发电机层 max max 22 22 x x b L b L 式中 发电机风罩内径 9 4m 发电机风罩壁厚 0 5m 两台机组之间风罩外壁净距 一般取 1 5 2 0m b 14 36m 1maxmaxxx LLL 经比较 确定机组段长度为 14 5m 7 2 2 2 端机组段长度 端机组段的附加长度 L 0 2 1 0 D1 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 40 式中 转论直径 m 1 D 3 0m 1 D 考虑到下部块体在端部设置了检修集水井和渗漏集水井 根据需要 附加长度 取为 1 0m 7 2 2 3 主厂房总宽度 装配场长度 L 1 0 1 5 L 14 21 m 考虑发电机转子 发电机上 1 机架 水轮机转轮 水轮机顶盖的尺寸 确定装配场的宽度为 20 8m 主厂房总长度L 4 14 5 20 8 1 50 79 8lLnLL 21 8 水电站引水建筑物水电站引水建筑物 河海大学水利水电毕业设计 41 8 1 进水口高程进水口高程 水电站进水口在枢纽中的位置 应尽量使入流平顺 对称 不发生回流 和漩涡 不出现淤积 不聚集污物 而泄洪时仍能正常进水 本电站采用坝 式进水口 有压进水口应低于运行中可能出现的最低水位 并有一定淹没深度 以 免进水口前出现漏斗状吸气漩涡并防止有压引水道内出现负压 不出现吸气 漩涡的最小淹没深度为 Scr cv 7 16m d 8 312 6 6 0 则进水口底高程为 264 7 16 257 84m 8 2 压力钢管的布置压力钢管的布置 引水建筑物为压力钢管 采用单机供水 压力钢管经济内径 m H Q D522 4 41 66 06 792 52 5 7 3 7 3 max 坝内埋管的经济流速为 5 7 蜗壳进水口的直径为 3 8m 综合考 m s 虑经济流速和蜗壳进水口直径 确定坝内埋管的直径为 3 8m 对应管内流速 为 6 94 满足经济流速要求 m s 进水口由拦污栅 进口段 渐变段及输水管组成 进口采用三面收缩 底部水平的方式 顶部采用 1 4 椭圆曲线 方程为 1 2 2 15 5 x 2 2 56 1 y 渐变段水平 由矩形闸门段到圆形钢管段采用圆角过渡 渐变段长度 为 6 6m 进口段水平 总长度为 12 15m 后接压力钢管圆弧转弯段 进口中心线高程为 252 94m 轴线处转弯 半径 R 10m 转角 53 后接斜直管段 轴线与下游坝坡平行 长 53 40m 再接圆弧转弯段 轴线处转弯半径 R 10m 转角 53 后接水 平段至蜗壳 水平段中心线高程为 202 19m 在钢管进入厂房前设一伸缩 节 以适应变形 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 42 8 3 压力钢管的厚度压力钢管的厚度 钢管计算厚度 180 77 235 3 111 11 0 f d R mm rHr t R apa a 910 77 180 9 1364 10481 9 9 1 cos 取 11mm 8 4 拦污栅及进水口闸门的设计拦污栅及进水口闸门的设计 拦污栅的功用是防止漂木 树枝 树叶 杂草 垃圾 浮冰等漂浮物随 水流带入进水口 同时不然这些漂浮物堵塞进水口 影响进水能力 此设计 采用的坝式进水口一般为垂直拦污栅 平面形状为多边形 拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承 拦污栅框架由柱及横梁组成 横梁间距一般不大于 4 米 本设计取 1 8 米 拦污栅由若干栅片组成 每块栅片的宽度一般不超过 2 5 米 取 高 度不超过 4 米 取 1 8 米 栅条的厚度由强度计算决定 通常厚 8 至 12mm 本设计取 10mm 拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出 过栅 流速以不超过 1 0m s 为宜 2 64 79m V Q A 本设计取拦污栅高度为 7m 半径 3 5 米 A 76 97m 河海大学水利水电毕业设计 43 图 5 1 拦污栅 进水口设一道工作闸门 一道检修闸门 闸门孔口通常为矩形 工作闸 门净过水断面一般为隧洞断面的 1 1 倍左右 检修闸门取与工作闸门相同 我国目前大中型混凝土重力坝 溢流孔净宽一般常用 8 12m 本设计 采用溢流式厂房 其四个压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下 这种布 置方式进水口闸门及拦污栅的提降与溢流坝顶闸门的操作互不干扰 布置和 运行都比较方便 8 5 通气孔的面积确定通气孔的面积确定 通气孔设在进水口工作闸门后 其功用是 当引水道充水时用以排气 当闸门关闭放空引水道时 用以补气以防出现有害的真空 通气孔的面积常按最大进气流量除以允许进气流速得出 最大进气流 量出现在闸门紧急关闭时 可近似认为等于进水口的最大引用流量 允许 进气流速与引水道形式有关 对坝内埋管可取 70 80m s max Q V A 式中 A 通气孔的面积 2 m 进水口的最大引用流量 max Q 3 ms 紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计 44 V 坝内埋管允许进气流速 m s 通气孔的直径取为 1 2m 面积为 对应的进气流速为 68 8 m s 2 1 13m 通气孔导向下游 河海大学水利水电毕业设计 45 9 专题专题 发电机机座结构稳定计算发电机机座结构稳定计算 动力计算中的假定 忽略机墩本身重 用一个作用与圆筒顶的集中质量代替原有圆筒的质量 使在此集中质量作用下的单自由度体系的振动频率与原来多自由度体系的最 小频率接近 机墩的振动作为单自由度体系计算 在计算动力系数和自振频率重 不 计阻尼影响 机墩的振动为在弹性限度内的微幅振动 力和变位之间关系服从虎克定 律 结构振动时