毕业设计（论文）-青海省门源县石头峡水电站厂房设计.doc

1绪论1绪 论近年来，门源回族自治县以优势资源为主导，逐步形成了资源特色突出，集约化优势比较明显，具有一定规模的工业经济发展新格局。目前，该县境内水电站已建成装机容量11.15万千瓦的14座，正在建设装机容量为4.89万千瓦的8座，其中装机容量9万千瓦的石头峡电站即将开工建设，装机容量8.7万千瓦的纳子峡等电站也已列入计划，大通河水电走廊初具规模。石头峡水电站的建成，将重装构筑门源大通河水电走廊，进一步满足引大济湟工程的调水，并在增强大通河中下游调蓄防洪能力、补充电网电力、缓解供水矛盾等方面发挥至关重要的作用。门源主要有农牧、矿产、水能、旅游、动植物五大资源。境内仅流域面积50平方公里以上的河流有31条，水能理论蕴藏量为56万千瓦。以大通河为主可建32座装机容量33万千瓦的水电站；境内有众多的野生动物和食用药用野生植物资源。中国最大的油菜花海、中国最美的祁连山草原、青海最大的仙米林区等壮美的自然景观和多姿多彩的人文景观，构成了高原回族之独特的旅游风景线。 新中国成立以来，在国家的大力支持和全县人民的团结奋斗下，门源的经济得到快速恢复发展，社会全面进步。特别是改革开放以来，门源的经济逐步步入了持续、快捷、协调发展的良性轨道。石头峡水电站是等大型工程，而厂房及压力管道是石头峡水利枢纽中极为重要的水工建筑物，它们设计的好坏，直接影响到整个工程建设的质量。压力管道是从水库或引水道末端的前池或调压井，将水在有压状态下引入水轮机的输水管。在明钢管管线选择上应尽可能短而直，以降低造价，减少水头损失，降低水锤压力和改善机组运行条件；选择良好的地质条件，使钢管支承在坚固的地基上；尽量减少管道线路的起伏波折。因为它是集中了水电站全部或大部分水头输水管，它的特点是坡度较陡，承受电站的最大水头，且受水锤动水压力；靠近厂房。它的安全性和经济性应受到特别的重视，对材料，设计方法和工艺等有不同于一般水工建筑物的特殊要求。全面规划，统筹兼顾，是进行水工建筑物设计的总体思想，只有各水工建筑物间的协调统一，才能使整个水利枢纽发挥出最大的效益。故设计内容在延续传统的设计方法的同时，也要不断开拓创新，让水电事业的圣火永久不息。水利电力学院 412石头峡水电站工程基本资料2石头峡水电站工程基本资料2.1设计依据2.1.1工程等别及建筑物级别石头峡水电站总装机90MW，总库容9.85108m3，为混合式电站，年调节水库，最大坝高114.5m，根据水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准（SL2522000）和防洪标准（GB50201-94）的规定，确定本工程为等大（2）型工程。主要建筑物级别：大坝坝高114.5m，级别为2级，根据规范土石坝坝高大于90m时可提高一级，因此大坝为1级建筑物；其他主要建筑物为2级建筑物；（溢洪道、导流泄洪洞、进水口、发电洞、调压井、压力钢管、发电厂房）；次要建筑物（尾水）为3级建筑物，临时建筑物（导流明渠、导流洞、围堰、临时护坡）为4级建筑物。可研批复同意确定的工程等别和建筑物级别。2.1.2洪水标准根据防洪标准（GB50201-94）中的规定确定各项洪水标准如表1.1-1。表1.1-1洪水标准汇总表项目规定重现期选定重现期频率（%）洪峰流量（m3/s）面板坝设计洪水50010005000.21960面板坝校核洪水50002000100000.012520厂房建筑物设计洪水2001002000.51730厂房建筑物校核洪水10005005000.21960土石围堰导流洪水20102051140砼围堰导流洪水1051010957土石坝施工期临时渡汛洪水标准1005010011560砼坝施工期临时渡汛洪水标准50205021380枯水期土石围堰挡水标准20102051140枯水期砼围堰挡水标准1051010957可研批复同意挡水、泄洪建筑物洪水标准500年一遇，提出校核洪水10000年一遇；电站厂房采用100年一遇设计洪水，500年一遇校核洪水；消能防冲建筑物采用50年一遇洪水设计。2.1.3设计基本资料（1）水文、气象根据门源站气象统计资料，门源站的多年平均气温0.48，多年平均最高气温9.2，多年平均最低气温-6.6，多年平均无霜期51天，多年平均降水量525.0mm，多年平均蒸发量1138mm（20cm口径蒸发器），历年最大冻土层深度大于200cm。（2）风速及风向坝址风力风向采用门源站气象资料，站多年平均风速为2.1-3.7m/s，实测最大风速达21-23m/s。（3）径流与洪水经计算，坝址处的多年平均流量为50.2m3/s。历年枯水流量最小值0.37m3/s(出现在1975的12月)，最大值6.26m3/s(出现在1956年12月)，多年平均枯水流量为2.70 m3/s，枯水流量年际变化比较大。尕大滩站实测系列中最大的洪水为1974年洪水，洪峰流量为1280m3/s，主峰历时5天左右，最大24h洪量为0.817108m3，最大72h洪量为1.658108m3；次大洪水发生在1989年，这次洪水持续一个多月，洪峰流量为1030m3/s，最大24h洪量为0.654108m3，最大72h洪量为1.636108m3，七日洪量2.79108m3，十五日洪量5.36108m3，三十日洪量8.69108m3，这也是尕大滩水文站实测系列中洪水持续时间最长、洪量最大的一场洪水。分期洪水的起讫时间是根据流域洪水的季节性变化规律而定，结合统计分析，各年最大或偏大洪水集中在59月份，104月份洪水则相对较小，实测最大流量为605m3/s，尤其是123月份，实测最大流量为31.8 m3/s，为特别枯水期。（4）泥沙尕大滩水文站有1956年1997年共42年的悬移质实测资料，多年平均悬移质年输沙量68.43104t，多年平均含沙量0.42kg/m3，实测最大含沙量16.6kg/m3,发生在1989年7月6日，相应的流量为418m3/s。1974年洪水洪峰流量1280m3/s，相应的含沙量为11.4kg/m3；1989年洪水洪峰流量1030m3/s，相应的含沙量为9.42kg/m3。尕大滩站没有推移质实测资料，推移质输沙量通过悬移质量按比例系数法推算。对山区性河流=0.150.3，根据尕大滩地区实际情况，取=0.25，计算得到多年平均推移质输沙量17.0104t。则尕大滩站多年平均输沙量为85.43104t，输沙模数为108.2t/km2。（5）冰情尕大滩站在10月上旬，水流中就出现冰花，10月中下旬到11月上旬，河道即出现流冰。11月下旬河流开始封冻，封冻时间最短47天，最长157天，平均封冻时间135天；在封冻期间，河段河心最大冰厚为2.10m，河岸最大冰厚为1.80m，河段河心平均冰厚为1.27m，河岸平均冰厚为1.23m，出现时间一般在1-2月份。（6）水库主要水位特性指标水库主要水位特性指标见表1.1-2。表1.1-2水库及电站主要特性指标项 目单 位数 值项 目单 位数 值最高洪水位m3088.54机组台数台3正常蓄水位m3086.0总装机规模MW90死水位m3066.0电站额定水头m103.45总库容m9.85最大工作水头m110.93正常蓄水位相应库容108m38.99最小工作水头m92.79死库容108m34.32保证出力104kW2.96兴利库容108m34.67多年平均发电量108kW.h3.52设计发电流量m3/s102.35年利用小时数h3907（7）地震烈度根据2001年1/400万中国地震动峰值加速度区划图及中国地震动反映谱特征周期区划图资料，石头峡水电站工程场地50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.15g、地震动反映谱特征周期为0.45s，对应的地震基本烈度为度。可研批复地震提出大坝地震设计烈度应采用度，其他建筑物地震设计烈度采用度。2.2工程选址2000年由水利水电勘测设计院研究完成了青海省石头峡水利枢纽工程可研行性研究报告，其中工程选址在石头峡峡谷内共选了四处坝址进行比较，从上游到下游依次是、。经地形地貌，工程地质，水文地质，工程布置等方面分析比较，详见表5.2-1。从中选定、坝址同时进行了可行性研究阶段工作，并将重点放在坝上，完成了可行性研究报告。2008年1月青海省水利水电勘测设计研究院编制完成了青海省石头峡水利枢纽工程可行性研究补充报告。可研报告通过青海省发展和改革委员会组织的审查并核准立项。可研批复同意可研报告推荐的坝址为选定坝址。坝址位于大通河石头峡下游段，河谷呈“U”型,两岸山体雄厚,地形坡度30-70，河床宽50-80m，比降4.6%，两岸发育有不对称的级与级阶地，阶面开阔平坦，宽度200-400m，具有二元结构，河谷两岸冲沟较发育，地形完整性差，相对高差100-300m，河谷岸坡坡度30-35，自然边坡基本稳定。级阶地形成于全新世中期，为基座阶地，高8-10m，级阶地形成于全新世中期，为基座阶地，高25-35m，级阶地形成于更新世末期-晚更新世早期，为基座阶地，高70-80m。本区出露的地层自老至新有前寒武系、中上奥陶统、中志留统、石炭系、二叠系、三叠系、中下侏罗统、上第三系及第四系等。其中上古生界及三叠系出露较为广泛，中新生界基本上广布全区。本区在大地构造位置上属于祁连山加里东地槽褶皱系东部，处于该褶皱系中次级构造单元北祁连优地槽褶皱带中段，近场区位于青藏高原隆起东北部，新构造分区属青藏高原断块区中二级单元北西西向祁连山强烈隆起带，该隆起带自新第三纪以来强烈隆升。进一步可划分为北部的冷龙岭强烈隆起区、南部的大坂山强烈隆起区和挟持在两隆起区中间的门源盆地沉降区三个次级新构造单元。该区处于门源盆地相对沉降区中的石头峡弱隆起。根据中国地震局地壳应力研究所青海省石头峡水库坝址地震安全性评价报告，近场区主要断裂有13条，按其走向可分为北西西-北西向、北北西向和近东西向三组。以北西西-北西向断裂最为发育，表现为区域性大规模断裂带，控制着区域地质构造发展与演化历史，是区域大地构造单元划分的边界，在第四纪时期表现出程度不同的活动性。其次为北西向断裂，这组断裂在进场区规模不大，发育在两条北西西向断裂之间，控制着区域次级构造单元划分。根据中国地震局地壳应力研究所青海省石头峡水库坝址地震安全性评价报告工程区位于祁连山祁连山褶皱系南缘，隶属北祁连加里东褶皱带和中祁连隆起带的相邻地段，区内地质构造复杂，断裂构造发育。近场区内主要展布有8条第四纪活动断裂,按其走向分为北西西-北西向、北北西向和近东西向三组,以北西西-北西向为主。其中全新世活动断裂4条,晚更新世活动断裂2条,早-中更新世活动断裂2条。全新世活动断裂中,规模最大、活动性强的是展布于北部隆起区冷龙岭断裂带（F2）、硫磺沟-狮子口断裂（F4）和金洞沟断裂（F4）,它们表现为强烈的左旋走滑运动,并兼有逆冲活动的特点,其次是规模较小的门源盆地北缘断裂带（F3）。场区距冷龙岭断裂带（F2）、硫磺沟-狮子口断裂(F4)最近距离分别为24km、30km。距场区最近的第四纪断裂为莱日图河-苏吉滩断裂（F6）,属晚更新世活动断裂,距场区最近距离8km左右。新构造运动强烈，主要表现为断块间的差异性隆升和北西西向断裂的逆冲左旋走滑运动，工程区属第四系以来构造运动相对较弱的地段。近场区总体属于第四纪及现代构造运动较强的地区，且是中强地震活动区。但构造运动表现最强烈的地带是近场区北部展布有全新世活动断裂的冷龙岭强烈隆起区，该构造区在1986年曾发生过6.4级地震及一系列中强余震，具备发生7级以上地震的构造条件。场区所在的门源盆地相对沉降区及其以南地区，第四纪晚期以来构造活动相对较弱，但展布有晚更新世活动断裂和规模不大的全新世活动断裂，而且于1925年、1929年先后发生2次5.5级地震，1963年发生过4.7级地震，对场区影响较大的历史地震为1927年古浪8级地震、1986年门源6.4级地震，它们的最大影响烈度分别为度和度，因此该地区具有发生6.5级左右地震的地质构造环境。库区的地质构造较为齐全，褶皱、断裂发育，轴向为北东东的背斜核部和两翼穿过库区的主体部分，核部由前寒武系的斜长角闪石英片岩、角闪岩、花岗岩组成，两翼由二叠系和三叠系的长石石英砂岩及部分砾岩、砂岩组成。库区岩石主要由变质岩和沉积岩组成，并有加里东期的花岗岩、闪长岩侵入，变质岩主要是前寒武系地层，由石英岩、角闪片岩、花岗片麻岩组成，岩石致密，分布在库区水域东部，沉积岩主要为二叠系、三叠系和第三系的地层，由长石砂岩、石英砂岩组成，分布在库区水域西部。库区岩石总体较为致密坚硬，但由于断裂发育，稳定性较差。库区的断裂构造发育，有多组走向的断裂，但集中库区东段，即峡谷地带，规模最大的一条为走向北西330-335的菜日图河-苏吉滩断裂，该断裂走向与库区大体平行，破碎带宽约60-80m，出露长度14km，为一扭性走滑正断层，断裂最新活动时代为晚更新世，表明活动年代相对较新，是对库区诱发地震有一定影响的断裂。场区地处祁连山地震带中段，地震活动频繁，1972年5月23日的古浪8级大地震离库区80km，这次地震震中烈度级，影响库区烈度级，在距离库区50km范围内曾发生Ms5.级的地震4次，其中1986年8月26 日的门源北6.4级地震震级最高，影响最大，该震中烈度度，影响库区度，自1970年以来，在距离库区25 km范围内，曾发生5.1Ms3.0级的地震105次，这些地震空间分布上是不均匀的，主要集中在库区以外的东部，库区仅有一次ML 3.9的地震。库区及临近地区的地震震源在0-9km的有103个，约占总数的63%，地震烈度复核结果为度。综合因素分析，石头峡水库具备一些水库诱发地震的自然条件，不能排除发生诱发地震的可能，尤其在水库东段，但概率不高，最大地震级为3.7级，给水库造成的影响烈度是-度，库区地震基本烈度为度，因此诱发地震可能造成的影响不会超过基本烈度。石头峡水库南西侧的大坂山是大通河与宝库河的分水岭，与大通河河谷相对高差大于500m，山体宽度20-30km，在地形上不存在低于水库最高水位的垭豁。山体为下元古界变质岩系，古生界碎屑岩及加里东期侵入岩组成，不存在通向邻谷的深大断裂。库区两岸有多条支流排泄于大通河，坡体上多有泉水出露，其高程均高于正常高水位，库区北东岸为低山或中低山，基岩为前寒武系变质岩，二迭系、三迭系及上第三系碎屑岩，断层不发育。沿岸高于正常高水位3086m的斜坡及沟脑有8个泉水，并有数条支流补给于大通河，表明库区两侧的地下分水岭均高于正常高水位，所以，石头峡水库不存在永久渗漏问题。坝址区位于大坂山褶皱带与冷龙岭褶皱带之间，区域性大断裂未通过坝址区，但断裂构造复杂，以F32、F130代表的级，其他为、级结构面，断层以NE向挤压结构面为主，NNE向次之。坝址区主要基岩岩性为角闪石英片岩、花岗岩，断裂构造发育，岩体在构造带不同深度存在不同程度的蚀变现象，蚀变严重的钻孔岩芯呈粉末状，构造岩受过两次以上构造运动的痕迹。根据多组钻孔岩芯及块石点荷载试验及岩石抗压强度试验统计归纳，角闪石英片岩饱和抗压强度：强风化岩石为15-30MPa,弱风化岩石35-80MPa。花岗片麻岩强风化饱和抗压强度38-46MPa，弱风化岩石饱和抗压强度67-120MPa；蚀变云母石英片岩饱和抗压强度20-27MPa；断层带构造岩饱和抗压强度56-74MPa。从区域地质、水库区地形、地质条件、坝址地质条件、筑坝材料、施工布置等方面综合考虑，工程选址为坝址是合理的。2.2.1工程总布置经坝址、厂址、引水线路和坝线、坝型比选后，最终选定的枢纽布置方案为：首部枢纽由钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道、导流泄洪洞组成；引水系统由进水口、发电引水隧洞、调压井、压力钢管组成；发电枢纽由发电厂房、尾水渠、110kV开关站、生活区、进厂永久交通桥组成。现以推荐的坝址介绍工程总布置。其布置见图STX-CS-SG-sk04。坝址地形条件较好，枢纽区位于石头峡峡谷的下段，河谷在平面上呈倒“”型，河谷由NW向转为NE向，在坝址处右转为NW向，向厂房方向转为NE向。河道在坝址处形成半径约600m的天然弯道，左岸山体凸出，便于布置导流泄洪洞和发电洞，右岸有一天然丫豁，根据这一地形特点，在大坝右岸的丫豁处布置开敞式溢洪道。因此水库枢纽布置形式为主河床布置混凝土面板堆石坝；河流左岸布置导流泄洪洞，泄洪洞进口为“龙抬头”形式，后段与导流洞结合改为泄洪洞，全长672.1m，其中泄洪“龙抬头”段长222m；溢洪道布置在右岸天然丫豁，为正堰，全长211.2m。根据河流地形条件，为合理利用水头，增加装机容量，发电引水系统布置在河流左岸，发电洞进口位于坝轴线上游约900m，进口地面高程3070.0m左右，为竖井式进水口；进水口后接发电引水隧洞，长981.82m，直径6.8m；调压井位于发电洞后，为圆筒阻抗式，直径18m；调压井后接埋藏式压力钢管，主管全长196.76m。发电枢纽布置在左岸下游约1.5km河床以及阶地上，主、副厂房布置在河流一级阶地上，轴线与压力钢管垂直布置，升压站和生活区布置在厂房下游。永久交通桥位于电站尾水下游。上坝永久道路利用右岸现有的青石嘴-苏吉滩乡村公路经坝后“之”字路至坝顶到导流泄洪洞和发电洞进口。总体布置紧凑而不拥挤，施工方便，特别是左岸发电洞的导流洞利用弯道，穿山而过，洞线短，利用水头多，布置形式比较理想。大坝管理房布置在大坝下游左岸，永久生活管理区布置在主厂房下游的阶地上。2.2.2建筑物设计（1）厂房设计A、主厂房厂房位于大通河级阶地中部，覆盖层厚度19m，具二元结构，表部覆质土1-3m，下部为冲积砂卵石层，地下水埋深14-15m，水位高程2977m，基岩岩性为角闪石英片岩，发育一压性断层，宽度0.7m，产状NE37SE45,充填压碎岩、角砾岩，局部岩体有蚀变现象，糜棱化及绿泥石化，有檫痕，强风化层厚度4-6m。厂房开挖高程为2964m，深入基岩7-8m，为弱风化岩体，承载力高稳定性好。厂房基础座落在基岩上，根据当地的地形、地质条件及河流的水流方向，厂房采用正向进水型式布置，厂房结构尺寸长宽为60.826.7m，建筑面积1623.36m。主厂房发电机层以上为上部结构，以下为水下结构，主厂房为地面式，砖砼结构。发电机层地板高程2981.16m，布置3台发电机组，水轮机型号： HLSR13LJ200,发电机型号： SF3016/4000。右侧布置安装间，高程2981.16m，为了安装和检修需要，主厂房内设置高能电动双梁吊车一台，吊车最大起吊重量100t。主厂房最大柱距6.0m，截面形式为矩形，尺寸为bh，采用C30钢筋砼现浇。吊车梁最大跨度6.0m，截面为“”形，尺寸bh为0，采用C45预应力钢筋砼予制。B、副厂房副厂房布置在主厂房上游侧，与压力钢管线垂直，结构为二层，底层为电缆廊道，上层为中控室和高压开关柜室，电揽廊道底板高程2973.35m，高5.3m，宽7.2m，水下墙厚0.8m，采用C25钢筋砼现浇，抗冻标号F150，抗渗标号W6，中控室地板高程2981.16m，布置高压开关柜和中央控制盘柜，地板为板胁结构，主梁最大间距6.0m，截面尺寸bh，副厂房屋顶高程2985.56m，净高4.7m。主副厂房发电机层高程以下为箱形砼结构，发电机层以上为框架结构，厂房整体性好，能满足抗震要求。厂房整体稳定计算采用水电站厂房设计规范（SD335-89）中公式，计算抗滑、抗浮稳定及基础应力。针对厂区的主机间坝段，考虑正常运行、检修工况、校核洪水三种工况。抗滑稳定采用抗剪强度公式计算：K=fW/P式中：K按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数； f滑动面的抗剪摩擦系数。计算荷载及组合见表5.4-29.3水电站厂房3 水电站厂房3.1厂房的内部布置3.1.1主厂房将主厂房以发电机层为界分为上部结构和下部结构，上部结构为单层厂房建筑，下部结构分水轮机层、蜗壳层和尾水管层。将发电机、水轮机的调速器、机旁盘等设备布置于发电机层，为尽量减小相邻风罩外缘间净距，以缩短机组段长度，将调速器、油压装置、楼梯孔、吊物孔等不布置在机组间。水轮机层布置有水、油、气系统，调速设备的接力器、发电机主引出线及中性点引出线和电缆等，为避免电气设备受潮而影响安全运行，将水机设备布置在上游侧，将其管路与电气设备及其线路布置于下游侧。为尽量使设备间少发生或不发生交叉混杂，将水、油、气管路沿墙面布置。尾水管在检修时，需要人进入检查修补，故应设置进人孔，石头峡电站的尾水管进人孔布设在尾水管的直锥段，做直径为错误！未找到引用源。的圆形进人孔。3.1.2装配场装配场高程布置于发电机层同一高程，与主厂房间设置沉降伸缩缝，装配场内设有转子墩，主变坑，试块坑，地面为水磨石，装配场大门为横拉门。以运输工具为载重汽车考虑，建议取大门尺寸为长度错误！未找到引用源。高度错误！未找到引用源。3.1.3副厂房将中央控制室、开关室、集缆室、电气实验室，电缆廊道、值班室、调度室、办公室等布置于副厂房内，窗户要尽量避免西晒，保证通风、采光，出线的合理和机械，电气设备运行，检修的要求。中央控制室它是整座水电站厂房运行保护、调度、控制和监视的神经中枢，与主厂房的发电机层邻近，缩短控制电缆长度，有利于主机室与中控室的联系；考虑到工作环境的安静条件，中控室与外界采用玻璃作隔音墙。电气实验室电气实验室主要设施包括继电保护和自动装置、测量表计、精密仪表、高压等部分。高压的实验对象为3KV以上的电气设备；其余均为电气二次回路设备和500V以下的电气设备。高压试验的电气设备体积大而笨重，搬运不便，所以高压试验室布置在方便运输以及设备集中的地方。其他试验室根据副厂房布置安排，能在中控室附近更好。实验室应设置通风、采暖、防尘、防潮措施，测试工作台要求有良好采光和局部照明。4厂房尺寸的确定4厂房尺寸的确定4.1机组段平面尺寸的确定。4.1.1主厂房长度的确定（1）机组间距L1:由发电机风罩确定的机组段长度L1:L1=+B+2=7.0+4.2+20.4=12.0(m)所以取L1:为12.0（m）。（2）机组段长度L2:计算边机组段长度的时候需要考虑设备的布置和吊运的要求。由经验公式得：L2= L1+L=12.0+0.87.8=18.24 (m) 式中L=-(0.2-1)D（3）装间长度L3:根据吊运与机组检修等的布置要求，由经验公式得L3=（1-1.5）L1 所以取L3:为11.86米。所以厂房的总长为3 L1+ L2+ L3=212.0+18.24+20.7=60.4米。4.1.2 主厂房宽度的确定。（1） 厂房水下部分宽度的确定:下游侧宽度B1: B1主要决定于下游尾水管的尺寸，故B1=4.5D1=4.53.8=17.1（m）。故取B1:为17.1m。上游侧宽度B2: B1主要决定于蜗壳进口的布置、主阀、机组及其他附属设备的布置，为了方便取与厂房水上部分上游侧的宽度相同为：8.8m。（2） 厂房水上部分宽度的确定:下游侧宽度B1:B1主要决定于发电机层地面的设备的布置及交通要求。B1=7.1+9.9+0.8=17.8m。取B1为17.8m。上游侧宽度B2:B2主要决定于发电机层地面的设备的布置及交通要求。B2=8.0+20.4=8.8m。取B1为8.8m。4.2尾水平台及尾水闸室的布置。尾水管的出口分为三个孔，每孔的尺寸为5.56m2.54m，中间隔墩宽为6.439m。尾水闸门尺寸为6.0m0.8m，每台机组各设一套闸门，分别以六台电动活动式尾水闸门起闭机操作。在每台机组的尾水闸墩上分别设置两个尾水闸室，分别放置尾水闸门。根据吊运闸门和行人交通的需要，以及尾水管的长度，设置尾水平台，高程与发电机层地面高程相同为：2973.35m4.3水轮机吸出高度Hs的计算。Hs = 10/900（ +）H公式中 -电站的海拔高程为114.5m。（由多年平均流量Q=50.2秒立方米）-水轮机的汽蚀系数为0.133。-水轮机的汽蚀系数修正值为0.02。H-水轮机的工作水头为102.28m。4.4主厂房控制高程的确定4.4.1水轮机的安装高程：式中 为水轮机导叶高度，取0.10.39（为水轮机转轮直径取3.0m）因为一台机组满发时引用最小流量为70.87m3/s,对应的水位即为下游尾水位：水轮机安装高程：4.4.2尾水管底板高程： 1=3b02h1=2972.410.7027.15=2964.91 尾水管进人孔地面高程： 2=3b0h2=2972.410.3512.375=2956.0(m)4.4.3水轮机层地面高程： 4=3+b0+h3=2972.41+0.35+7.48=2980.24 (m)4.4.4发电机定子安装高程： D=4+h4+h5=2972.41+3.7125+3.7125=2979.84 (m)4.4.5发电机层地面高程： 5=D+h6=2979.84+1.856=2981.70 (m)4.4.6安装间地面高程：根据下游洪水资料及厂房的施工等需要将安装间高程相对发电机地面高程抬高H为10.55。所以安装间高程为6=5+H=2981.70 -10.55=2971.15 (m)4.4.7吊车轨顶高程： =+=2971.15+7.88+0.2+0.8+1.895=2994.16(m) 所以取7为2994.16米。4.4.8屋顶大梁底部高程： 8=7+h+ h9+ h10 =2994.16+0.2+1.8+1.2=2998.16 (m) 所以取8为2998.16米。4.4.9厂房屋顶高程：以上高程都已经确定所以厂房屋顶高程可取为2999米。5水轮机的选型5水轮机的选型根据该电站的水头范围92.79110.93，在水轮机系列型谱表中查出该电站最好选择HL200-LJ-550机型。5.1水轮机的额定出力计算Nr = Ngr / 公式中Ngr为水轮机额定出力。 为水轮机效率为 90.7% Nr 为水轮机出力为2.96KW。 故Ngr为2.68KW5.2水轮机转轮直径的计算 为水轮机模型效率为90%。 为该出力下模型的流量。由此初步假定原型水轮机在该工况下 ,效率 由公式： 得 得 又因为转轮直径应选符合转轮直径系列并比计算值稍大的值故为3.0 m。5.3水轮机转速n的计算。单位转速 初步假定 （对于坝后式水电站）由公式又因为水轮机的转速要采用发电机的标准转速，为此要选取与上述公式得出的转速相近的发电机的标准转速。常选取稍大的标准转速作为水轮机采用的转速。故为375 r/min。效率很好。5.4效率与单位参数修正。HL200-3000的 求得原型（当水头H150m时效率修正值：考虑原型与模型水轮机在制造工艺、质量上的差异，在已求得的值中减去一个修正值则由此原型水轮机在最优工况下的效率为: 与假定值不等，重新假定。重新假定： ,效率 得 又因为转轮直径应选符合转轮直径系列并比计算值稍大的值故为3.0m。 HL200-3000的 求得原型（当水头H150m时效率修正值：考虑原型与模型水轮机在制造工艺、质量上的差异，在已求得的值中减去一个修正值则由此原型水轮机在最优工况下的效率为 与假定值相等。单位转速修正值： 由于 按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q也可不修正，由上可见，原假定，正确，所以为3.0m和n = 375r/min是正确的。5.5水轮机工作范围的检验。则水轮机最大引用流量：与特征水头Hmax，Hmin,Hr相应单位转速为：查相关表得水轮机重 W=650（t）6发电机的选型6发电机的选型6.1 发电机的外型尺寸n=375r/min150r/min 故采用悬式发电机，选择SF34-16/410型号6.1.1主要尺寸估算极距： （查相关表得，查水电站资料中表58得p=16）(2).定子内径：（3）定子铁心的长度：（4）.定子铁芯外径：因n=375r/min166.7r/min有6.1.2平面尺寸估算定子机座外径：因n=375r/min166.7r/min，有风罩内径：因 转子外径：下机架最大跨度：因 （查相关表得）推力轴承外径和励磁机外径：根据发电机容量查表得：取6.1.3轴向尺寸的计算定子机座高度：因n=375r/min 上机架高度：推力轴承高度、励磁机高度和永磁机高度：查表得： 取下机架高度：悬式非承载机架：定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离：悬式非承载机架：下机架支承面至主轴法兰盘之间的距离：转子磁轭轴向高度：无风扇：发电机主轴高度：定子铁芯水平中心线至主轴法兰底盘之间的距离：6.2发电机的重量查相关资料得（1） 发电机总重：（2） 发电机转子重：（3） 发电机飞轮力矩：7尾水管的选型由于采用HL200型，因此，所以：hLB5D4h4h6L1h52.6D14.5D12.72D11.35D11.35D10.675D11.82D11.22D17.8m13.5m8.16m4.05m4.05m2.025m5.46m3.66m肘管进口直径D3： 对于混流式水轮机，h1=0.05577m，h2=0.06971m，h3=0.1m，8调速系统8调速系统8.1 调速器的选择调速功计算： 水轮机在该工况的效率 属于大型调速器。8.2接力器选择8.2.1接力器直径的计算采用标准导水机构用两个接力器操作选用额定油压为2.5Mpa 已知导叶数 ，采用标准正曲率导叶，查水力机械中表53得取为0.03，=1.05/3.0=0.35。选用与之偏大的8.2.2接力器的最大行程的计算在HL200模型综合特性曲线上由设计工况点： 查得 又 则 8.2.3接力器容积的计算两个接力器总容积8.2.4主配压阀直径的选择由公式：得取与之偏大的d=80mm即选用WT-80/4.0型电气液压式调速器。8.3油压装置的选取油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则油压装置压力油罐的容积按经验公式：选择与之接近偏大的HYZ-4型分离式油压装置。8.4起重设备发电机转子重量：104T 乘以动力系数1.2：1041.2=124.8T查水电站建筑物设计参考资料选用2125双小车桥式起重机。9厂房结构设计9 厂房结构设计9.1屋盖系统9.1.1屋架的设计考虑到厂房的跨度达18m，属较大跨度，在综合了经济、安全等因素的因素下，主厂房屋架拟采用钢筋混凝土屋架，具体型式见下表：表9-1钢筋混凝土屋架相关参数屋架型式跨度m混凝土量钢筋自重屋面荷载备注预应力折线形181.741745002.55适用于6.0m的大型屋面板屋盖支承自重可近似按5（采用钢系杆时）或25（采用钢筋混凝土系杆时）估算；计算屋架下弦杆时，尚应该考虑排架传来的水平拉力（此力由排架计算决定）；如系压力不予考虑。屋架自重可近似按估算（为厂房跨度，以m计）。屋面坡度取为，高度符合高跨比的要求。9.1.2 屋面板的设计采用预应力混凝土板结构，屋面板的尺寸，屋面板的厚度。9.1.3 荷载(1) 自重：按构件实际尺寸计算；钢筋混凝土容重取。(2) 雪荷载：按当地雪深计算，雪深在间雪压为。(3 活荷载：主厂房屋顶为非上人屋顶，但考虑施工荷载，故取。9.1.4吊车梁的设计 9.1.4.1 荷载及其组合自重：对预制预应力吊车梁，验算运输及吊装情况时要乘以1.5的系数。钢轨及附件重：根据厂家数据取。垂直轮压： 式中： 吊车、小车及起吊物最大重量，； 吊车跨度，m； 主吊钩至吊车梁轨道的最小极限距离，； 动力系数，取； 一个吊车作用在一根梁上的轮数，(4) 横向水平力： 式中： 小车及起吊物最大重量，； 一个吊车作用在一根梁上的轮数，(5) 纵向水平刹车力： 式中： 一侧轨道上各制动轮最大轮压之和荷载组合：；对验算纵向排架时，考虑。9.1.4.2结构型式根据规范要求，结合石头峡水电站的工程实际，取吊车梁伸入支座的长度为160mm，梁与梁之间的空隙取80mm。吊车梁的长度；吊车梁的净跨跨度为12m时，以下吊车，梁高式中： 梁的计算跨度，按净跨计算吊车梁的断面采用工字形，先张法预应力混凝土吊车梁，上翼缘宽度一般为的梁跨，取上翼缘宽度；翼缘板厚度的梁高，取翼缘板厚度；吊车梁腹厚度取为110mm，符合梁腹厚度的构造要求。下翼缘宽度决定于预应力钢筋的排列，可研设计阶段时，下翼缘宽度也取为400mm。吊车轨道梁选用型号为QU100，轨道梁与吊车梁在连接时，下设厚30mm的钢衬板混凝土垫层，轨道梁的基本数据见表9-2起重机机轨道梁基本数据表9-2 尺寸型号QU1001001081503815040.0 尺寸型号重量QU10030845076.074.088.969.2内力计算(1) 均布恒荷载 吊车梁自重钢轨及附件重均布恒荷载(2) 垂直轮压 (3) 横向水平力 荷载的设计值支座处的反力 ； 式中： 吊车梁上的均布恒荷载的设计值，； 垂直轮压，； 吊车梁的跨度，m； 支座反力系数，由两等跨连续梁支座反力系数表，可查得： 各截面弯矩、剪力式中： 各截面 在均布荷载作用下截面的弯矩系数，可由弯矩系数表查得； 由集中荷载产生的截面的弯矩系数， 可由弯矩系数表查得； 由集中荷载产生在0截面，3截面，5截面，10截面左的剪力系数，可由剪力系数表查得表9-3各截面弯矩、剪力计算00000000111+0.122-0.018+0.0387-0.0062182.775-2.77212+0.202-0.03+0.0675-0.0125322.41-58.57313+0.242-0.045+0.0852-0.0187404.96-149.81414+0.244-0.06+0.095-0.0250447.575-117.14515+0.224-0.068+0.0937-0.0312438.89-145.13616+0.222-0.092+0.0825-0.0375390.235-175.01717+0.181-0.114+0.0612-0.0437291.988-206.15818+0.118-0.12+0.0300-0.0500147.626-234.27919+0.018-0.134+0.0061-0.073629.097-338.310200-0.1560-0.12500-563.57备注：；9.3主厂房板梁的设计9.3.1 发电机层和安装间的板梁设计考虑到发电机层楼盖板安置的机电设备的重量较大，还会受到机组运行的震动影响，为经济安全计，故取发电机层楼盖板厚度为250mm。安装间机组安装或大修时需要放置的各种机件重量也都较大， 设备的吊运、安装时，又可能使楼板受到撞击，故取安装间板厚度为300mm，取板的跨度为2.0m。根据设计规范要求，结合工程经验，按构造取主梁跨度为6m，取次梁跨度为6m，对主梁的高度取，取，满足高宽比 。 对次梁的高度，取，取，满足高宽比。将主梁沿主厂房横向布置在构架柱上，两端与上下游构架柱整体连接。如遇到机墩时，一端与机墩相连，另一端与排架柱相连；当次梁遇到机墩时，也采取同样方式 一端与主梁相连，另一端与风罩、机墩相连。主厂房发电机层主梁下设2根，中间立柱，考虑到板梁的承重较大，为防止受压柱失稳，中间立柱的截面尺寸取为的方形受压构件。9.3.2发电机层的荷载(1) 楼板的荷载： (2) 主梁的荷载： (3) 次梁的荷载： (4) 楼板上的活荷载考虑到起吊物对楼板的可能撞击作用，活荷载乘以动力系数1.11.2。 9.3.3主梁的内力计算(1) 板的两个跨度比，故此时板为单向板。板梁的折算荷载：主梁 (2) 主梁承受由次梁传来的集中荷载： 主梁自重折算成集中荷载 求弯矩时，计算跨度， 求剪力时，计算跨度，序号荷载简图1234对于承受固定和移动的集中荷载的等跨连续主梁： 按下列公式计算：式中：弯矩系数和剪力系数；固定的和移动的集中力表9-5集中荷载作用下的内力计算序号荷载简图计算截面的弯矩值支座剪力值见上图(0.1882+0.0614+0-0.0231-0.0147+0+0.0071+0.0055)1621.368(0.0390+0.1434+0-0.0539-0.0343+0+0.0167+0.0127)1621.368(-0.0728-0.0952+0-0.077-0.049+0+0.0238+0.01821621.368(-0.0455-0.0595+0+0.1414+0.0326+0-0.0119-0.00911621.368(1+0.6272+0.2048+0-0.077-0.049+0+0.0238+0.0182+0) 270.228(0-0.3728-0.7952-1-0.077-0.049+0+0.0238+0.0182)270.228(0+0.091+0.119+1+0.728+0.272+0-0.119-0.091)270.228见上图(0+0.1182+0.0614+0+0+0.0071+0.0055+0)1191.11(0+0.0390+0.1434+0+0+0.0167+0.0127+0) 1191.11(0-0.0728-0.0952+0+0+0.0238+0.0182+0) 1191.11(0-0.0455-0.0595+0+0-0.0119-0.0091+0) 1191.11(1+0.6272+0.2048+0+0+0.238+0.0182+0)198