水轮机选型设计毕业论文.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 水轮机选型设计毕业论文水轮机选型设计毕业论文 目 录 第一章第一章 水轮机水轮机 4 4 1 11 1 特征水头的确定特征水头的确定 4 4 1 21 2 水轮机选型水轮机选型 6 6 1 31 3 水轮机蜗壳及尾水管水轮机蜗壳及尾水管 8 8 1 3 1 蜗壳尺寸确定 8 1 3 2 尾水管尺寸确定 8 1 41 4 调速设备及油压设备选择调速设备及油压设备选择 8 8 1 4 1 调速功计算 8 1 4 2 接力器选择 9 1 4 3 调速器的选择 9 1 4 4 油压装置 9 第二章第二章 发电机发电机 1111 2 12 1 发电机的尺寸估算发电机的尺寸估算 1111 2 1 1 主要尺寸估算 11 2 1 2 外形尺寸估算 11 2 22 2 发电机重量估算发电机重量估算 1313 第三章第三章 混凝土重力坝混凝土重力坝 1414 3 13 1 剖面设计剖面设计 1414 3 1 1 坝高的确定 14 3 1 2 坝底宽度的确定 16 3 23 2 稳定与强度校核稳定与强度校核 1616 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 2 3 2 1 作用大小 16 3 2 2 承载能力极限状态强度和稳定验算 19 3 2 3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算 25 第四章第四章 引水建筑物布置引水建筑物布置 2727 4 14 1 压力钢管布置压力钢管布置 2727 4 1 1 确定钢管直径 27 4 24 2 进水口布置进水口布置 2727 4 2 1 确定有压进水口的高程 27 4 2 2 渐变段尺寸确定 28 4 2 3 拦污栅尺寸确定 28 4 2 4 通气孔的面积确定 28 第五章第五章 主厂房尺寸及布置主厂房尺寸及布置 3030 5 15 1 厂房高度的确定厂房高度的确定 3030 5 1 1 水轮机安装高程 30 5 1 2 尾水管顶部高程及尾水管底部高程 30 5 1 3 基岩开挖高程 30 5 1 4 水轮机层地面高程 30 5 1 5 发电机层楼板高程 30 5 1 6 吊车轨顶高程 31 5 1 7 厂房顶高程 31 5 25 2 主厂房长度的确定主厂房长度的确定 3131 5 2 1 机组段长度确定 31 5 2 2 端机组段长度 32 5 2 3 装配场长度 32 5 35 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 3232 第六章第六章 混凝土溢流坝混凝土溢流坝 3434 6 16 1 溢流坝段总宽度的确定溢流坝段总宽度的确定 3434 6 1 1 单宽流量 q 的选择 34 6 1 2 确定溢流前缘总净宽 L 34 6 1 3 确定溢流坝段总宽度 35 6 26 2 堰顶高程的确定堰顶高程的确定 3535 水利水电工程专业毕业设计 3 6 2 1 堰顶高程的确定 35 6 2 2 闸门高度的确定 35 6 36 3 堰面曲线的确定堰面曲线的确定 3535 6 3 1 最大运行水头 max H和定型设计水头 d H 的确定 36 6 3 2 三圆弧段的确定 36 6 3 3 曲线段的确定 36 6 3 4 直线段的确定 36 6 3 5 反弧段的确定 37 6 3 6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定 38 6 3 7 溢流坝倒悬的确定 38 6 46 4 溢流坝强度和稳定验算溢流坝强度和稳定验算 3838 6 4 1 作用大小 39 6 4 2 承载能力极限状态强度和稳定验算 40 6 4 3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算 43 6 56 5 消能与防冲消能与防冲 4343 6 5 1 挑射距离和冲刷坑深度的估算 43 第七章第七章 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 4444 7 17 1 水力计算水力计算 4444 7 1 1 水头损失计算 44 7 1 2 水锤计算 49 7 27 2 压力钢管厚度的拟定压力钢管厚度的拟定 5252 7 37 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 5454 7 3 1 混凝土开裂情况判别 54 7 3 2 应力计算 58 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 4 第一章 水轮机 1 1 特征水头的确定 1 在校核洪水位下 四台机组满发 下泄流量 Q 14100m3 s 由厂区水位流量关 系可得 尾水位 尾 220 54m 库 291 8m H1 0 99 库 尾 0 99 291 8 220 54 70 54m 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 82m 库 289 94m H2 0 99 库 尾 0 99 289 94 217 82 71 40m 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 kw 60284201 8881 3040916 35 65284201 9181 2744309 18 70284201 9481 2447699 42 67 5284201 9281 2646004 63 当下泄流量为 67 5 m3 s 时 一台机组满发 对应水头为 81 26m 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 水利水电工程专业毕业设计 5 试算 Q m3 s 库 m 尾 m H m N kw 300284203 279 99201281 07 250284203 0380 16168080 21 270284203 180 09181377 16 274284203 180 08184033 9 当下泄流量为 274 m3 s 时 四台机组满发 对应水头为 80 08m 即 H4 80 08m 5 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 kw 300264203 260 19151459 02 400264203 5359 87200838 21 350264203 3760 02176217 81 362264203 4159 97184000 当下泄流量为 362m3 s 时 四台机组满发 对应水头为 59 79m 即 H5 59 79m 6 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 kw 8026420261 3841186 23 90264202 0661 3246287 80 8526461 3561 3543738 31 89 4526461 3261 3246006 33 当下泄流量为 89 45m3 s 时 一台机组满发 对应水头为 61 32m 即 H6 61 32m max123456 maxHHHHHHH max 70 5471 4081 2680 0859 7961 32 81 2 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 6 min123456 minHHHHHHH min 70 5471 4081 2680 0859 7961 32 59 79 maxmin 0 60 4 av HHH 0 6 81 260 4 59 79 72 74 69 110 95 rav HH 0 95 72 74 由 H1 70 54m H2 71 40m H3 81 26m H4 80 08m H5 59 79m H6 61 32m 确 定 最大水头 Hmax 81 2m 最小水头 Hmin 59 79m 加权平均水头 Hav 0 6Hmax 0 4 Hmin 0 6 81 2 0 4 59 79 72 74m 设计水头 Hr 0 95 Hav 0 95 72 74 69 11m 1 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 发电机的额定效率取为 gr 96 Nr Ngr gr 46000 96 47916 67kw D1 2 866m r 11rr N 9 81Q HH 47916 67 9 81 1 15 69 1169 11 90 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 70 0 r min 初步假定 70 0r min Hav 72 74m D1 3 0m 10M n 10 n 10M n 水利水电工程专业毕业设计 7 n 199 00r min 10 1 av nH D 70 072 74 3 0 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 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 93 8 91 1 1 8 max Mmax 91 1 8 92 8 M 89 1 8 90 8 与上述假定值相同 单位转速的修正值 1 1 0 98 110 110M n n max maxM 0 928 0 91 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 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 1 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 0 029 3 0 329m b0 D1 0 25 0 max 1 b H D 0 25 81 26 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 由 n11r 77 33r min Q11max 1040L s 在模型综合曲线上查得 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 10 a0max a0Mmax 28 8 187 83 00 00 M M D Z DZ 3 24 0 46 24 Smax 1 4 1 8 a0max 1 4 1 8 187 83 269 96 338 09 取 Smax 300 两接力器总容积为 VS 0 42 0 3 0 075m3 2 max 1 2 s d S 2 1 4 3 调速器的选择 主配压阀直径 d 1 13 Ts为导叶从全开到 0 075 1 130 07294 4 4 5 s sm V m TV 全关的直线关闭时间 取为 4s 选用 DT80 1 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 m h H n 压力油罐尺寸 装置型号 D mm h mm H mm m mm n mm 水利水电工程专业毕业设计 11 HYZ 1 610282370327024001700 第二章 发电机 2 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 46000 0 9 51111 11kVA 2 1 1 主要尺寸估算 1 极矩 58 83cm 4 4 51111 11 9 22 14 f j S K p 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 12 由极矩 计算转子的飞逸速度 Kf nf n 410 214 3 1 91 Vf KfV 1 91 58 83 112 55m s 2 定子内径 Di Di 524 33cm 22 14 58 83 p 3 定子铁芯长度 lt lt 157 73cm 查表 7 1 C 取 5 5 10 6 26 51111 11 5 5 10214 3 f ie S CD n lt 157 73 58 83 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 2 1 2 外形尺寸估算 2 1 2 1 平面尺寸估算 1 定子基座外径 20000kVA 3 转子外径 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 D5 0 6 4 2 0 6 4 8m 5 水轮机基坑直径 D5 4 2m 6 推力轴承外径 水利水电工程专业毕业设计 13 D6 3 4m 7 励磁机外径 D7 2 4m 2 1 2 2 轴向尺寸计算 1 定子机座高度 h1 lt 2 157 73 2 58 83 275 34cm ne 214 3r min 2 上机架高度 h2 0 25 Di 0 25 58 83 131 08cm 悬式承载机架 3 推力轴承高度 h3 1600mm 励磁机高度 h4 2100mm 2 1m 包括励磁机架 高度 900mm 副励磁机高度 h5 900mm 0 9m 永磁机高度 h6 700mm 0 7m 4 下机架高度 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 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 1m 按以生产的发电计资料 一般为 700 1500mm 取 1000mm 1m 7 转子磁轭轴向高度 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 取 h11 7 5m 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 14 1 9 定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离 h12 0 46h1 h10 2 2 发电机重量估算 水轮发电机的总重量 Gf K1 346 13t 2 2 3 3 51111 11 9 214 3 f e S n 发电机转子重量约为 0 5Gf 0 5 346 13 173 1t 第三章 混凝土重力坝 水利水电工程专业毕业设计 15 3 1 剖面设计 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 3 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 坝顶超出静水位高度 h 2h1 hz hc 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 计算风速 V0 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速 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 设 289 94 27 13 20 250 2 0 gD V 2 9 81 1400 22 5 h 1 12 3 0 12 0 2 0 0 0076 VgD V Vg 0 0076 1 12 3 12 2 9 81 140022 5 22 5 22 59 81 0 91m h 为累计频率 5 的波高 hm Hm 0 1 查表得 hp hm 1 95 则 hm 0 91 1 95 0 47m h1 hm 2 42 则 h1 2 42 hm 2 42 0 47 1 13m Lm 1 12 3 75 0 2 15 0 2 0 0 331 VgD V Vg 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 16 1 12 3 75 2 15 2 9 81 140022 5 0 331 22 5 22 59 81 9 68m hz 0 41m 22 1 21 13289 94 9 689 68 mm hH cthcth LL 坝的级别为 1 级 正常情况 hc 0 7m h 2h1 hz hc 2 1 13 0 41 0 7 3 37m 坝顶高程为 顶 289 94 3 37 293 31m 校 291 80m 61 48 20 250 2 0 gD V 2 9 81 1410 15 h 1 12 3 0 12 0 2 0 0 0076 VgD V Vg 1 12 3 12 2 9 81 141015 0 0076 15 159 81 0 55m h 为累计频率 5 的波高 hm Hm0 71857 2221365 6 77 61003 63 RRR RR WM T AJ 满足要求 设计洪水位 44357 8KN 435864 8 R W R M KN m 137 33 0 44357 8435864 8 77 61003 63 RRR RR WM T AJ 满足要求 3 2 3 2 坝体选定截面上游端点的拉应力验算 正常蓄水位 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 28 29326KN 27097 6 c W c M KN m 626 6 0 2932627097 6 45 3342 cCc cc WM T AJ 满足要求 设计洪水位 28930 3 KN 56300 5 c W c M KN m 474 0 28930 356300 5 45 3342 cCc cc WM T AJ 满足要求 3 2 3 3 施工期坝体下游面拉应力验算 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 第四章 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 4 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 水利水电工程专业毕业设计 29 同承担水压力 4 1 1 确定钢管直径 钢管的经济直径为 33 max 77 5 25 2 77 84 4 47 69 11 Q Dm 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 V 的大小 为 max 22 44 77 84 6 86 3 8 Q Vm D 满足经济流速要求 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 4 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 4 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 77 84 4 66 4 4 3 8 Q Vm s A 闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度 0 6 4 664 45 86 cr Scv dm 进水口高程为 H 最低水位 264 5 86 258 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 30 3 8 5 7 1 3 1 9 确定椭圆曲线方程为11 5aD 11 32 bDD 22 22 1 4 11 6 xy 4 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 的长度一般为引水道宽的 1 0 2 0 倍 即 3 8m 7 6m 取为 5m 4 2 3 拦污栅尺寸确定 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 77 84 77 84 1 Q Am V 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 4 2 4 通气孔的面积确定 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 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 通气孔顶 2 1 13m 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 31 第五章 主厂房尺寸及布置 5 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 32 5 1 1 水轮机安装高程 Zs w Hs b0 2 202 0 03 0 75 2 202 41m 5 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 5 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 5 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 202 41 1 68 1 205 09m 5 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 5 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 水利水电工程专业毕业设计 33 220 80m 5 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 5 2 主厂房长度的确定 5 2 1 机组段长度确定 机组段长度 1 L 1maxmaxxx LLL 式中 机组段沿厂房纵轴线方向 在机组中心线两侧的最大尺 max x L max x L 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 4 685 71 1 112 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 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 34 1maxmax 8 16 1 110 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 9 43 62 0 514 xx LLLm 经比较 确定机组段长度为 14m 5 2 2 端机组段长度 端机组段的附加长度 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修集水井和渗漏集水井 根据需要 附加长度取 为 1 5m 5 2 3 装配场长度 装配场长度 L 1 0 1 5 L 14 21 m 考虑发电机转子 发电机上机 1 架 水轮机转轮 水轮机顶盖的尺寸 确定装配场的宽度为 17m 5 3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定 主厂房宽度 B B B1 B2 式中 B1 机组中心线至上游侧的宽度 m B2 机组中心线至下游侧的宽度 m 水利水电工程专业毕业设计 35 由下部块体决定的厂房最小宽度 上游侧宽度 B1 B1 机组中心线至上游涡壳外缘尺寸 涡壳外包混凝土 外墙厚 5 24 1 2 7 24m 下游侧宽度 B2 B2 机组中心线至下游涡壳外缘尺寸 涡壳外包混凝土 外墙厚 3 92 1 2 6 92m 则下部块体宽度方向的最小尺寸为 B B1 B2 7 24 6 92 14 16m 由发电层决定的厂房宽度 B 风罩直径 2 通道宽度 外墙厚 9 4 2 2 3 16 4m 选择桥吊跨度为 16m 根据前面算出的发电机转子重量 173 1t 选择 2 100 t 跨度为 16m 的双小车桥式起重机 本设计中 发电机转子在上游侧起吊 考虑到发电机转子与周围建筑物及设 备之间的最小间隙 水平方向为 0 4m 垂直方向 0 6 1 0m 若采用刚性吊具 垂直间隙可减为 0 25 0 5m 通过画图 为保证发电机转子在水平方向的安全距 离 发电机主轴在垂直方向与发电机层楼板距离取为 1 0m 机组中心线距上游距 离为 7 5m 据下游距离为 8 5m 主厂房总宽度为 7 5 8 5 1 5 1 5 19m 装配厂宽度 采用与主厂房宽度相同 19m 第六章 混凝土溢流坝 6 1 溢流坝段总宽度的确定 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 36 6 1 1 单宽流量 q 的选择 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 6 1 2 确定溢流前缘总净宽 L 6 1 2 1 初拟溢流前缘总净宽 L 初步确定溢流前缘总净宽 L 94m Q L q 14100 150 6 1 2 2 溢流孔口和闸墩的尺寸确定和布置 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 14m 确定这四个闸墩间的溢流孔净宽为 8m 根据初步确定的溢 流前缘的宽度 94m 再设置六个净宽为 12m 的溢流孔 其余的四个闸墩宽度取为 3m 边墩宽度取为 2m 6 1 2 3 确定的溢流前缘总净宽 最后确定的溢流前缘总净宽为 96m8 3 12 6 对应的单宽流量 146 88 150 Q q L 14100 96 3 ms m 6 1 3 确定溢流坝段总宽度 溢流段总宽度 0 L 136m 0 8 3 12 66 43 42 2L 水利水电工程专业毕业设计 37 6 2 堰顶高程的确定 6 2 1 堰顶高程的确定 堰顶水头 0 H 3 2 0 2qmgH 3 2 0 96 17 58 20 9 0 52 9 81 q Hm mg 行近流速 0 11000 0 44 280 89 94 Q Vm s A 堰上总水头 17 57m 22 0 0 0 44 17 5817 57 22 9 81 V HHm g 堰顶高程 设计洪水位 H 289 94 17 57 272 37m 6 2 2 闸门高度的确定 闸门高度 正常蓄水位 堰顶高程 安全超高 284 272 37 0 3 0 5 12m 选择平面闸门 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 3 堰面曲线的确定 溢流堰采用 WES 型剖面 上游堰面铅直 其堰顶上游部分由三段圆弧连接 下部与一倾斜直线相连接 再由圆弧与下游河床相连接 堰面曲线的确定与最大 运行水头和定型设计水头有关 max H d H 6 3 1 最大运行水头和定型设计水头的确定 max H d H 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 38 最大运行水头 max H 291 8 272 37 19 43m 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 剖 d H 面设计 常取 0 75 0 95 即 14 57m 18 46m 取 18m d H max H d H 6 3 2 三圆弧段的确定 1 2 3 0 1750 175 183 2 0 2760 276 185 0 0 2820 282 185 1 d d d bHm bHm bHm 1 2 3 0 50 5 189 0 20 2 183 6 0 040 04 180 72 d d d RHm RHm RHm 6 3 3 曲线段的确定 yKHX n d n1 式中 定型设计水头 d H K n 与上游坝面坡度有关的系数和指数 查设计手册知 k 2 n 1 85 即 1 850 85 2 18Xy 6 3 4 直线段的确定 直线段采用与非溢流坝段剖面一样的坡度 直线段方程为 0 77 X yC 联立方程 1 850 85 2 18 0 77 Xy X yC 0 85 0 85 1 85 2 18 1 0 77 yX y 水利水电工程专业毕业设计 39 曲线段与直线段的切点的坐标为 26 83m 18 83m X 5 1 851 85 0 850 85 5 0 84 2 182 18 X y X 10 1 851 85 0 850 85 10 3 03 2 182 18 X y X 15 1 851 85 0 850 85 15 6 42 2 182 18 X y X 20 1 851 85 0 850 85 20 10 94 2 182 18 X y X 25 1 851 85 0 850 85 25 16 53 2 182 18 X y 5 0 84 10 3 03 15 6 42 20 10 94 25 16 53 6 3 5 反弧段的确定 选择挑流消能 总有效水头为 2 0 0 200 2g V T 校核洪水位 2 2 1 14100 291 8020091 82 282 91 82 9 81 22 000 2222 00 146 88 91 82 22 9 81 0 95 cc cc q Thh ghh 0 3 6 c h 2 0 22 146 88 3 692 91 2 9 81 0 953 6 T 0 3 65 c h 2 0 22 146 88 3 690 53 2 9 81 0 953 65 T 0 3 62 c h 2 0 22 146 88 3 6291 85 2 9 81 0 953 62 T 经试算 临界水深 校核洪水位闸门全开时反弧处水深 0 3 62 c h 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 40 反孤段半径 取 0 4 1014 48 36 2 c Rhm 30Rm 6 3 6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定 鼻坎挑角 取 35 20 30 坎顶高程距下游水位一般为 1 2m 校核洪水位对应下游水位为 220 54m 坎顶高程定为 22m 6 3 7 溢流坝倒悬的确定 曲线段与直线段的切点的坐标为 26 83m 18 83m 溢流坝直线段与非溢 流坝下游坝面齐平 切点的高程为 272 37 18 83 253 54m 对应相同高程非溢流坝的宽度为 非溢流坝坝顶高程 切点的高程 0 77 293 88 253 54 0 77 31 06m 3 0 2820 282 185 08 d bHm 溢流坝超出非溢流坝的宽度为 5 08 26 83 31 06 0 85m 0 6 d H 倒悬长度应 0 60 6 1810 8 d Hm 倒悬长度取为 11m 6 4 溢流坝强度和稳定验算 混凝土溢流坝同非溢流坝一样 分别按承载能力极限状态和正常使用极限状 态进行强度和稳定的计算和验算 6 4 1 作用大小 编 号 荷载 垂直水平力臂力矩 水利水电工程专业毕业设计 41 正常蓄水位溢流坝坝体所受的作用 作用的大小为 W1 23 5 3818 38 89731 9 P1 0 5 11 63 84 72 37 9 81 33946 2 P2 0 5 3 1 3 1 9 81 47 1 P3 375 94 9 81 3766 4 U1 3 1 94 5 9 81 2965 1 U2 9 81 20 2 12 8471 4 U3 9 81 20 2 12 2377 9 U4 0 5 60 7 12 9 81 3572 8 校核洪水位溢流坝坝体所受的作用 m 1 自 重 89731 910 57948331 9 33946 227 06918485 1 47 11 0348 672 水 压 力 3766 446 02 169720 4 2965 1 0 8471 48 2569889 1 2377 942 75101655 2 3 扬 压 力 3572 844 75159882 8 垂直水平力臂力矩 编 号 荷载 m 1 自 重 89731 910 57948331 9 40029 428 34 1134434 2 2069 46 814168 3 2 水 压 力 4324 7445 8198073 196460 7464 98 25615855 9 2095 442 7589579 3 扬 压 力 3146 744 75140812 8 1491 918 627749 3 4 动 水 压 力 7675 1623 95183820 1 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 42 作用的大小为 W1 23 5 3818 38 89731 9 P1 0 5 19 43 91 8 72 37 9 81 40029 4 P2 0 5 20 54 20 54 9 81 2069 4 P3 9 81 440 85 4324 74 U1 20 54 94 5 9 81 19646 U2 0 5 9 81 85 5 17 8 7464 9 U3 9 81 17 8 12 2095 4 U4 0 5 53 46 12 9 81 3146 7 D1 146 88 40 57 cos30 cos52 1491 9 D2 146 88 40 57 sin30 sin52 7675 16 6 4 2 承载能力极限状态强度和稳定验算 承载能力极限状态强度和稳定验算包括 1 坝体与坝基接触面抗滑稳定计算 2 坝址的抗压强度验算 6 4 2 1 坝体与坝基接触面抗滑稳定计算 正常蓄水位下 1 作用效应函数 33899 1KN R SP 2 抗滑稳定抗力函数 RRRR RfWc A 3 1 21 2 73148 281094 5 1 33 0 106521 5KN KN 0 1 1 1 0 33899 137289 01S KN 106521 5 88767 9 1 2 d R 水利水电工程专业毕业设计 43 0 d R S 满足要求 校核洪水位下 1 作用效应函数 36319 79KN R SP 2 抗滑稳定抗力函数 RRRR RfWc A 3 1 21 2 67604 951094 5 1 33 0 101404 57KN 33959KN 0 1 1 0 85 36319 79S 84503 81KN 101404 57 1 2 d R 0 d R S 满足要求 6 4 2 2 坝趾抗压强度承载能力极限状态 正常蓄水位 1 作用效应函数 73148 28KN R W 198096 6 R M KN m 2 2 1m J TM A W S R RR R R 2 73148 28198096 6 1 0 77 94 51584 38 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 44 1394 22KN 2 抗压强度极限状态抗力函数 Cm Rf 2 9000 KN m d R 2 5000 KN m 1533 64kp 0 1 1 1 0 1394 22S 0 d R S 满足要求 校核洪水位 1 作用效应函数 67604 95KN R W 1161036 12 R M KN m 2 2 1m J TM A W S R RR R R 2 67604 951161036 12 1 0 77 94 51584 38 2271 8kp 2 抗压强度极限状态抗力函数 Cm Rf 2 9000 KN m 1 1 0 85 2363 0 2124 11kp 0 S d R 2 5000 KN m 水利水电工程专业毕业设计 45 0 d R S 满足要求 6 4 3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算 正常使用极限状态应进行坝踵拉应力验算 正常蓄水位 76032 7KN R W 131811 19 R M KN m 76032 7131811 19 696 630 94 51584 38 RRR RR WM T AJ 满足要求 6 5 消能与防冲 6 5 1 挑射距离和冲刷坑深度的估算 平均坎顶流速V 0 14100 29 51 13236 2 132 c Q V h m s 坎顶水面流速 1 V 1 1 11 1 29 5132 46VVm s 坎顶平均水深在铅直方向的投影 h 1 cos3 62 cos30hh 3 14m 坎顶至河床表面高差 2 32hm 水舌挑距 222 11112 1 sincoscossin2Lvvvg hh g 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 46 222 1 32 46sin30 cos3032 46cos3032 46 sin 302 9 813 143 2 9 81 102 94m 上下游水位差 291 80 220 54 71 26mH 下 上 冲刷坑深度 21 71m 0 50 5 rr tk qHt 第七章 压力钢管应力分析及结构设计 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 管道由上水平段 弯管段 倾斜段 弯管段和下水平段组成 上 水平段的长度为 1 16m 弯管段曲率半径为 9m 转角为 长度为52 8 17m 倾斜段斜率为 0 77 与坝体下游倾斜面斜率 52 9 180180 lR 一致 长度为 56 4m 下水平段长度为 14 6m 7 1 水力计算 7 1 1 水头损失计算 7 1 1 1 正常蓄水位对应的水头损失 在正常蓄水位下 一台机组的引用流量为 68 5m3 s 1 拦污栅水头损失系数 1 44 33 12 112 12 sin SS bb 33 44 160 2 420 92sin90 10130 0 441 过栅流速 水利水电工程专业毕业设计 47 1 68 5 0 8 3 57 2 Vm s 拦污栅处水头损失 1 h 0 44 0 017m 2 1 11 2 V h g 2 0 8 2 9 81 2 喇叭段最小断面平均流速 4 1m s 2 68 5 4 4 3 8 Q V A 有压进水口喇叭段水头损失 2 h 0 069m 22 2 22 4 1 0 08 22 9 81 V h g 3 闸门槽断面平均流速 4 1 m s 3 68 5 4 4 3 8 Q V A 闸门槽水头损失 3 h 0 086m 2 3 33 2 V h g 2 4 1 0 1 2 9 81 4 压力管道渐变段最小断面平均流速 6 04 m s 4 2 68 5 1 9 Q V A 压力管道渐变段水头损失 4 h 0 093m 2 4 44 2 V h g 2 6 04 0 05 2 9 81 5 压力钢管转弯处的平均流速 6 04 m s 5 2 68 5 1 9 Q V A 压力钢管转弯处的水头损失系数 5 7 2 5 0 131 0 1632 90 D R 紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计 48 7 2 3 852 0 131 0 1632 990 0 08 压力钢管转弯处的水头损失 5 h 0 149m 2 5 55 2 V h g 2 6 04 0 08 2 9 81 6 压力钢管平均流速 6 04 m s 6 2 68 5 1 9 Q V A 22 3 6 22 6 04 5 6310 82 620 95 V L C R 压力钢管沿程水头损失 6 h 2 6 6 2 V L h C R 3 5 6310L 7 压力钢管末端渐变段的最小断面平均流速 7 54 m s 7 2 68 5 1 7 Q V A 压力钢管末端渐变段水头损失 7 h 0 145m 2 7 77 2 V h g 2 7 54 0 05 2 9 81 8 压力钢管变管径后的断面平均流速 7 54m s 8 2 68 5 1 7 Q V A 谢才系数 C 81 11 1 6 1 CR n 1 6 1 0 85 0 012 0 01 22 8 22 7 54 81 110 85 V C R 压力钢管变管径后的沿程水头损失 8 h 水