水能利用与水利工程毕业论文.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 水能利用与水利工程毕业论文水能利用与水利工程毕业论文 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 2 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 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 水利水电工程专业毕业设计 3 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 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 4 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 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 水利水电工程专业毕业设计 5 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 6 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 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 水利水电工程专业毕业设计 7 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 8 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 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 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 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 1 1 厂区水位流量关系 水位 m 202203204205206207208209210 流量 m3 s 8024054088012801740230029003620 水利水电工程专业毕业设计 9 水位 m 211212213214215216217218219 流量 m3 s 438052006060700079408980100801120012340 1 1 4 水库面积 容积 表 1 2 水库面积 容积 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 10 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 200 220 米高程为 35 220 260 米高程为 45 260 340 米高程为 50 60 河低高程约 200 米 谷宽 80 100 米 一般苦水面宽度 50 米 水深 1 3 米 1 1 5 2 岩性 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 500 550 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 水利水电工程专业毕业设计 11 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 80 85 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 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 4 46MW 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 12 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 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 水利水电工程专业毕业设计 13 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 14 2 2 水轮机选型 根据水头变化范围 59 79m 81 26m 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 90 D1 2 1 r 11rr N 9 81Q HH Nr Ngr gr 式中 Nr 水轮发电机额定出力 kW gr 发电机的额定效率 gr 96 Nr Ngr gr 46000 96 47916 67kw Hr 设计水头 m 原型水轮机的效率 由限制工况下的模型水轮机的效率修正 可得 Nr Ngr gr 47916 67kw D1 2 866m r 11rr N 9 81Q HH 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 72 74m D1 3 0m 水利水电工程专业毕业设计 15 n 199 00r min 2 2 110 1 av nH D 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 1 1 91 93 8 2 3 1 5 1 M D D 5 0 46 3 0 则效率修正值为 93 8 91 2 8 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 1 8 92 8 M 89 1 8 90 8 90 与假定不符 重新假定效率 90 8 采用上述过程 得出 D1 3 0m n 214 3r min max 93 8 93 8 91 1 8 max Mmax 92 8 M 90 8 与上述假定值相同 单位转速的修正值 1 0 98 2 4 110 110M n n max maxM 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 0 928 0 91 修正 由上可见 原假定的 90 8 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 4 工作范围检查 水轮机在 Hr Nr下工作时 Q11 Q11max 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 16 Q11max 1 04030000Nm 属大型调速器 调速柜 主接力器 油 压装置三者分别选择 h D1L D1B5 D1D4 D1h4 D1h6 D1L1 D1h5 D1 2 64 52 721 351 350 6751 821 22 H m L m B5 m D4 m h4 m h6 m L1 m h5 m 7 813 58 164 054 052 0255 463 66 水利水电工程专业毕业设计 19 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 ds D1 2 9 0 max 1 b H D 式中 标准正曲率导叶参数 由导叶数 Z0 24 查得 0 029 b0 导叶高度 b0 D1 0 25 ds D1 0 329m 0 max 1 b H D 选用与之接近而偏大的 400mm 的标准接力器 接力器最大行程 Smax 1 4 1 8 a0max 2 10 式中 水轮机导叶最大开度 0max a a0max a0Mmax 2 00 00 M M D Z DZ 11 式中 原型和模型水轮机导叶轴心圆的直径 0 D 0M D 原型和模型水轮机的导叶数目 0 Z 0M Z 由 n11r 77 33r min Q11max 1040L s 在模型综合曲线上查得 a0max a0Mmax 187 83 00 00 M M D Z DZ Smax 1 4 1 8 a0max 269 96 338 09 取 Smax 300 两接力器总容积为 VS 0 075m3 2 max 1 2 s d S 2 4 3 调速器的选择 大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的 主配压阀的直径为 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 20 2 12 1 13 s sm V d T v 式中 导叶从全开到全关的直线关闭时间 s s T 管内油的流速 m s 当油压装置的额定油压为 2 5MPa时 一般取 m v 45 m vm s 1 130 07294 s sm V dm T v 选择与之相邻而偏大的 DT 80 气液压型调速器 2 4 4 油压装置 压力油罐的容积 Vk 18 20 Vs 18 20 0 075 1 35 1 5m3 选用 HYZ 1 6 表 2 3 油压装置尺寸大小 装置型号 D mm h mm H mm m mm n mm HYZ 1 610282370327024001700 m h H n 图 2 3 油压装置尺寸图 水利水电工程专业毕业设计 21 第三章 发电机 3 1 发电机的尺寸估算 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 51111 11kVA 3 1 1 主要尺寸估算 1 极矩 3 1 4 2 f j S K p 式中 发电机额定容量 KVA f S 取 8 10 此时取 9 f K P 磁极对数 P 14 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 22 458 83 2 f j S Kcm p 2 定子内径 Di Di 524 33cm 3 2 2p 3 定子铁芯长度 lt 3 3 2 f t ie S l CD n 式中 C 系数 C 取 5 5 10 6 额定转速 rpm e n lt 157 73cm 2 f ie S CD n lt 2 68 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 524 33 58 83 583 16cm 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 D1 20000kVA D2 D1 2 4 7 0 2 4 9 4m 3 转子外径 D3 D3 Di 2 Di 524 33cm 为单边空气间隙 初步估算时可 忽略不计 4 下机架最大跨度 D4 水利水电工程专业毕业设计 23 D4 D5 0 6 4 2 0 6 4 8m 5 水轮机基坑直径 D5 D5 4 2m 6 推力轴承外径 D6 3 4m 7 励磁机外径 D7 2 4m 3 1 2 2 轴向尺寸计算 1 定子机座高度 h1 ne 214 3r min h1 lt 2 157 73 2 58 83 275 34cm 2 上机架高度 h2 h2 0 25 Di 0 25 58 83 131 08cm 悬式承载机架 3 推力轴承高度 h3 h3 1600mm 励磁机高度 h4 h4 2100mm 2 1m 包括励磁机架 高度 900mm 副励磁机高度 h5 h5 900mm 0 9m 永磁机高度 h6 h6 700mm 0 7m 4 下机架高度 h7 h7 0 12 Di 0 12 524 33 62 92cm 悬式非承载机架 5 定子支座支承面至下机架支承面的距离 h8 h8 0 15 Di 0 15 524 33 78 65cm 6 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离 h9 h9 1m 按以生产的发电机统计资料 一般为 700 1500mm 取 1000mm 1m 7 转子磁轭轴向高度 h10 h10 lt 500 600 mm 1 58 0 52 2 1m 无风扇时 8 发电机主轴高度 h11 0 7 0 9 H 0 7 0 9 10 45 7 32 9 41 水利水电工程专业毕业设计 24 取 h11 7 5m 1 图 3 1 发电机外形尺寸 3 2 发电机重量估算 水轮发电机的总重量 Gf K1 2 3 f e S n 式中 发电机总重量 t f G 系数 悬式 8 10 这里取 9 1 K 1 K Gf K1346 13t 2 3 f e S n 发电机转子重量约为 0 5Gf 0 5 346 13 173 1t 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 25 第四章 混凝土重力坝 4 1 剖面设计 重力坝剖面设计的任务在于选择一个既满足稳定回去强度要求 又使体积最 小和施工简单 运行方便的剖面 4 1 1 坝高的确定 水库总库容 13 71 亿 m3 工程规模为大 1 型 一等 主要建筑物为 1 级 次要建筑物为 3 级 临时性建筑物为 4 级 水利水电工程专业毕业设计 26 坝顶高程 设计洪水位 h设 289 94 h设 坝顶高程 校核洪水位 h校 291 80 h校 坝顶超出静水位高度 h 2h1 hz hc 式中 2h1 累计频率为 1 的波浪爬高 m hz 波浪中心线高出静水位的高度 m hc 取决于坝的级别和计算情况的安全超高 m 4 1 1 1 3 12 0 22 00 1 1 3 75 2 15 0 22 00 0 0076 0 331 m ghgD V VV gLgD V VV 式中 h 当 20 250 时 为累计频率 5 的波高 m 2 0 gD V V0 计算风速 m s 正常运用条件 正常蓄水位 设计洪水位 取多年 平均最大风速的 1 5 2 0 倍 非常运用条件 校核洪水位 取洪 水期多年平均最大风 D 风区长度 m g 重力加速度 m s Lm 平均波长 m 设计洪水位下 设 289 94 27 13 20 250 2 0 gD V h 0 91m 1 12 3 0 12 0 2 0 0 0076 VgD V Vg h 为累计频率 5 的波高 hm Hm 0 1 查表得 hp hm 1 95 则 hm 0 47m h1 hm 2 42 则 h1 2 42 hm 1 13m Lm 1 12 3 75 0 2 15 0 2 0 0 331 VgD V Vg 9 68m 4 2 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 27 hz 0 41m 4 3 2 1 2 mm hH cth LL 式中 H 水深 m 累计频率 1 的波高 m 1 h 坝的级别为 1 级 正常情况 hc 0 7m h 2h1 hz hc 3 37m 坝顶高程为 顶 289 94 3 37 293 31m 校核洪水位 校 291 80m 61 48 20 250 2 0 gD V 2 9 81 1410 15 h 0 55m 1 12 3 0 12 0 2 0 0 0076 VgD V Vg h 为累计频率 5 的波高 hm Hm0 RRR RR WM T AJ 满足要求 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 45 2 设计洪水位 44357 8KN R W 435864 8 R M KN m 137 33 0 RRR RR WM T AJ 满足要求 4 2 3 2 坝体选定截面上游端点的拉应力验算 要求坝体上游面的垂直应力不出现拉应力 计扬压力 计算公式为 0 c c c c c J TM A W 4 17 式中 c M 计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和 逆时针 mKN 方向为正 c J 计算截面面积对形心轴的惯性矩 4 m c T 计算截面形心轴到上游的距离 m 1 正常蓄水位 29326KN c W 27097 6 c M KN m 626 6 0 cCc cc WM T AJ 满足要求 2 设计洪水位 28930 3 KN c W 56300 5 c M KN m 474 0 cCc cc WM T AJ 满足要求 4 2 3 3 施工期坝体下游面拉应力验算 水利水电工程专业毕业设计 46 施工期属短暂状况 规范规定按正常使用极限状态作用的标准值计算作用的 短暂组合 坝体下游面垂直拉应力应不大于 100kPa 计算公式为 4 100 cCc cc WM T kPa AJ 18 坝址处 83173 5 c WKN 860549 8 c MKN m 214 4100 cCc cc WM T kPa AJ 满足要求 选定截面下游端点 32585 c WKN 257228 2 c MKN m 32 8100 cCc cc WM T kPa AJ 满足要求 4 3 混凝土坝的材料与构造 4 3 1 材料 采用的混凝土编号为 20 C 4 3 2 构造 4 3 2 1 坝顶结构 采用实体结构 坝顶宽 9m 两边设 1 2 m 的栏杆 路面中间高 两边低 呈 圆拱状 以便于排水 道路两旁布置排水系统和照明设备 4 3 2 2 坝体分缝 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 横缝间距有 18m 和 16m 两种情 况 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 47 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 距离为 25 25 27 6 77 6m 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 4 3 2 3 坝体排水 为了减小渗水对坝体的有害影响 降低坝体中的渗透压力 在靠近上游坝面 处应设置排水管 将坝体渗水由排水管排入廊道 再由廊道汇集于集水井 由水 泵排向下游 排水管距上游坝面的距离为 4 5m 排水管间距为 2m 采用预制多 孔混凝土做成 管内径为 20cm 上 下层廊道之间的排水管布置成垂直方向 4 3 2 4 坝内廊道 基础灌浆排水廊道向布设在坝踵附近 廊道上游壁到上游坝面的距离为 9m 廊道底面至基岩面的距离为 5m 宽度为 3m 高度 3 5m 基础灌浆排水廊道轴线 沿地形向两岸逐渐升高 基础排水廊道沿纵横两个方向布置 且直接设在坝底基岩面上 廊道宽度为 2m 高度为 2 2m 坝体纵向排水检查廊道靠近坝的上右侧隔 18 m 高差向上设置两层 再隔 20m 向上设置第 4 层 其上游壁到上游坝面的距离为 4 5m 4 4 地基处理 4 4 1 坝基帷幕灌浆 帷幕灌浆是在靠近上游坝基设一排或几排钻孔 利用高压灌浆填塞基岩内的 裂缝和孔隙等渗水通道 在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕 其作用是 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 即防止基 岩裂缝中的充填物被带走或溶滤 4 4 3 坝基排水设施 基础排水廊道沿纵横两个方向布置 且直接设在坝底基岩面上 廊道宽度为 1 5m 高度为 2 5m 水利水电工程专业毕业设计 48 第五章 引水建筑物布置 引水建筑物设立在溢流坝段 采用坝式进水口 压力钢管引水 压力钢管采 用坝内埋管形式 具体可见坝内埋管专题部分 5 1 压力钢管布置 本电站采用压力钢管引水 钢管直接埋入坝体混凝土中 二者结为总体 共 同承担水压力 5 1 1 确定钢管直径 钢管的经济直径为 5 1 3 max 7 5 2Q D H 式中 压力钢管最大引用流量 max Q 3 ms H 最大引用流量对应的水头 4 47m 3 max 7 5 2Q D H 坝内埋管的经济流速为 5 7 蜗壳进水口的直径为 3 4m 综合考虑经 m s 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 86 满足经济流速要求 m s 管道由上水平段 弯管段 倾斜段 弯管段和下水平段组成 弯管段曲率半 径一般为直径的 2 3 倍 即 7 6m 11 4m 取为 9m 倾斜段斜率为 0 77 与 坝体下游倾斜面斜率一致 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 49 5 2 进水口布置 进水口采用坝式进水口 进水口长度较短 进口段与闸门段合而为一 5 2 1 确定有压进水口的高程 闸门孔口为矩形 其宽度一般等于或稍小于压力管道直径 D 本设计取其宽度 等于压力管道直径 D 3 8m 高度稍大于压力管道直径 取为 4 4m 闸门断面流速 max Q V A 4 66 m s 闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度 5 2 dcvScr 式中 d 闸门孔口高度 m v 闸门断面的水流速度 m s 闸门门顶最低水位的临界淹没深度 m cr S c 经验系数 取 0 6 5 86mdcvScr 所以进水口高程 H 最低水位 258 14m cr S 取闸门门顶高程 256 2m 压力钢管起始水平段中心线的高程为 254m 进口段为平底 上唇收缩曲线为四分之一椭圆 方程为 22 22 1 xy ab 确定椭圆曲线方程为11 5aD 11 32 bDD 22 22 1 4 11 6 xy 5 2 2 渐变段尺寸确定 渐变段水平是由矩形闸门段到圆形钢管的过渡段 采用圆角过渡 渐变段 的长度一般为管道直径的 1 5 2 0 倍 取为 5m 水利水电工程专业毕业设计 50 图 4 5 渐变段 5 2 3 拦污栅尺寸确定 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 51 Q A V 2 77 84m 本设计取拦污栅高度为 7 2m 半径 3 5 米 A 79 17 2 m 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 2 4 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 1 8m 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 对混流式水轮机 栅条厚 度 本设计取 10mm 1 30 bD 5 2 4 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 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 通气孔顶端高出上游最高水位 防止水流溢出 水利水电工程专业毕业设计 52 第六章 主厂房尺寸及布置 6 1 厂房高度的确定 根据厂房各部位之间的关系 可以从下到上一层一层确定 在确定过程中 坚持符合规范和条件以及节省的原则 6 1 1 水轮机安装高程 Zs w Hs b0 2 6 1 式中 w 设计尾水位 1 台水轮机的额定流量 水轮机选型时 可知水轮机 的额定流量为 79 36m3 s 对应水位为 202m 即 w 202m 吸出高度 m Hs 0 03m s H 导叶高度 m b0 D1 0 25 b0 0 69m 0 b 得到水轮机的安装高程 Zs w Hs b0 2 202 41m 6 1 2 尾水管顶部高程及尾水管底部高程 尾水管顶部高程为 Zs b0 2 202 41 0 75 2 202 04m 尾水管顶部高程 尾水管顶部高程 尾水管高度 202 04 7 8 194 24m 6 1 3 基岩开挖高程 基岩开挖高程 尾水管底部高程 底板厚 194 24 2 192 24m 6 1 4 水轮机层地面高程 水轮机层地面高程 水轮机安装高程 蜗壳进口断面半径 蜗壳上部混凝土厚 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 53 202 41 1 68 1 205 09m 6 1 5 发电机层楼板高程 发电机层楼板高程 水轮机层地面高程 水轮机井进人孔高度 2m 进人孔顶部 深梁 1m 定子高度 上机架高度 205 09 2 1 2 75 1 31 212 15m 6 1 6 吊车轨顶高程 吊车轨顶高程 发电机层楼板高程 吊运物与固定物间垂直安全距离 起吊设备高 度 202 15 1 7 5 0 146 220 80m 6 1 7 厂房顶高程 厂房顶高程 轨顶高程 轨道面至起重机顶距离 房顶净高 混凝土厚度 220 80 3 7 0 3 3 227 8m 6 2 主厂房长度的确定 6 2 1 机组段长度确定 机组段长度 1 L 6 1maxmaxxx LLL 2 式中 机组段沿厂房纵轴线方向 在机组中心线两侧的最大 max x L max x L 尺寸 蜗壳层 水利水电工程专业毕业设计 54 max max 345 165 xi xi LR LR 式中 蜗壳沿厂房纵轴线方向 在机组中心线 345 i R 165 i R 两侧的最大尺寸 蜗壳四周的混凝土厚度 取为 1m 1maxmax 12 39 xx LLLm 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 1maxmax 10 16 xx LLLm 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 若两机组间设楼b 梯取为 3 4m 本设计取为 3 6m 1maxmax 14 xx LLLm 经比较 确定机组段长度为 14m 6 2 2 端机组段长度 端机组段的附加长度 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 55 L 0 2 1 0 D1 式中 转论直径 m 3 0m 1 D 1 D 考虑到下部块体在端部设置了检