河岸式水电站设计及进水口拦污栅结构计算【含CAD图纸+文档】
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压缩包内含有CAD图纸和说明书,均可直接下载获得文件，所见所得，电脑查看更方便。Q 197216396 或 11970985
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摘 要黄坛口水电站于浙江省乌溪江，黄坛口，属于二级开发电站，于湖南镇水电站间距29km,根据地形要求，其开发方式为有压引水式。坝区地质条件较好，主要建筑物（混凝土重力坝），泄水建筑物（混凝土溢流坝），引水建筑物（有压引水遂洞、调压室和压力钢管），河岸式地面厂房。水库设计洪水位119.50m（千年一遇），相应的下泄流量5340m3/s；校核洪水位121m（万年一遇），相应的下泄流量6600m3/s；正常蓄水位116m.非溢流坝坝顶高程126.5m。坝底高程70.0m。最大坝高126.5m。上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.72，溢流坝堰顶高程112.1m。引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长200m。洞径10m，调压室位于厂房上游80m左右处，高程150m左右的山峦上，型式为差动式。装机容量41.8=7.2万kw，主厂房净宽16m，净长82m。水轮机安装高程88.78m，发电机层高程100.4m，安装场层高程100.4（大于下游校核洪水位88.78m）。厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制，尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；水轮机；引水隧洞；调压室；厂房；排架。AbstractWuxijiang Hydropower Station is located in Zhejiang Province Wuxijiang, Hunan town power station belonging to the cascade development, according to the terrain requirements for the development of pressure-type water. Dam good geological conditions, the main building (concrete gravity dam), discharge structure (concrete spillway), diversion of buildings (with ballast water hole was, the surge tank and pressure pipe), riparian terrestrial plants. Reservoir design flood level 119.50m (a case of the Millennium), the corresponding discharge flow of 5340m3 / s; check flood level 121.0m (once in every million years), the corresponding discharge flow of 6600m3 / s; normal water level 116m. To determine the design of the dam site is located near the front Luan, non-overflow dam crest elevation 126.5m. Dam at the end of elevation 70.0m. Maximum height of 126.5m. Upper reaches of the slope gradient of 1:0.15, downstream slope gradient 1:0.72, top spillway weir elevation 、112.1m. Diversion dam was located in the upper reaches of the import-hole notch, the hole has a total length of 200m. Diameter 10m, surge tank factory is located in the upper reaches around 80m, the 150m elevation of the mountains around, the patterns for the differential. installed capacity of 4 1.8= 7.2 million kw, the main plant净宽16m, net long-82m. Turbine installation elevation 88.78m, generator layer elevation 100.4m, the installation of field layer height 100.4 (more than downstream flood check 88.78m). Switching station near the plant layout, such as main transformer. Subject to topographical constraints, the end of the level of Taiwan serves as road, dam and plant through the winding roads connect to form a hub system. In addition, the design of the plant was designed and conducted a bent structure calculation.目 录1.1 流域概况和地理位置51.1.1 水文条件51.1.2气象条件61.1.3 工程地质61.1.4 当地建筑材料71.2 设计资料71.2.1 水能规划71.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物81.2.3 引水建筑物81.2.4 水电站建筑物81.2.5 专题81.3 设计任务81.3.1 枢纽布置、挡水及泄水建筑物81.3.2 水电站引水建筑物81.3.3 水电站厂房81.1枢纽主要建筑物的等级确定91.2混凝土非溢流坝91.2.1剖面设计91.2.1 实用剖面101.3 廊道布置111.4坝体剖面验算121.4.1基本验算121-5 坝体折坡点验算182.1. 设计水位下212.1.1溢流坝孔口尺寸的确定 溢流坝下泄流量的确定212.1.2 溢流孔口尺寸确定和布置212.1.3 堰顶高程的确定212.2.1堰顶高程的确定222.2.2 闸门高度反弧段设计222.4溢流坝段稳定验算233.1水轮机水头的确定263.1.1 的确定263.1.2设计低水位的确定273.1.3 的确定283.2 水轮机型号选择：283.2.1 HL240型水轮机方案的主要参数选择283.3 ZZ440型水轮机方案的主要参数选择313.3.2 转速n的计算313.3.4单位转速、单位流量的修正333.3.5水轮机的流量333.3.6工作范围检验334.1 主要尺寸估算3542 外形尺寸估算364.2.1平面尺寸估算364.2.2 轴向尺寸计算364.3水轮发电机重量计算和型号选择374.4水轮机蜗壳尺寸及尾水管384.4.1.蜗壳尺寸：384.5 调速系统，调速设备选择394.5.2油压装置394.5.3.水轮机阀门及其附件404.5.4 起重机设备选择404.6主厂房尺寸404.6.1长度404.6.2厂房宽度确定414.6.3 厂房各层高程确定4闸门断面4进口具体形式4隧洞进口顶部高程435.4水头损失计算455.4.1引水隧洞的水头损失455.4.2 压力钢管的水头损失4沿程水头损失（糙率取最大值0.013）4局部水头损失475.5断面计算485.6.1 阻抗式调压室481 设计基本资料1.1 流域概况和地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长170公里，流域面积2623平方公里。流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为1/1000，水能蕴藏量丰富。流域内已建成二级水电站，第一级为湖南镇水电站，坝址位于衢县境内乌溪江区山前峦处，坝址以上流域面积为2151平方公里。第二级为黄坛口水电站，坝址位于衢县黄坛口公社。坝址以上流域面积为2328平方公里。水文与气象1.1.1 水文条件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为83.0m3/s。实测最大洪峰流量为5440 m3/s，（1954年），千年一遇洪水总量（4日）为11.0亿立方米，洪峰流量为11300m3/s。万年一遇洪水（4日）总量为16.2亿立方米，洪峰流量为16600m3/s。保坝洪水总量为17.2亿立方米，洪峰流量为22000m3/s。表1-1 下游水位流量关系曲线表1-2电站厂房处获青水位流量关系曲线1.1.2气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温10.4，月平均最低气温4.9，最高气温28。多年平均降雨为1710mm ，雨量年内分配极不均匀，4、5、6三个月属梅雨季节，降雨量占全年的50%左右。7、8、9月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的25%左右。 1.1.3 工程地质库区多高山峡谷，平原极少。地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的。唯坝前水库左岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为23万立方米，在水库蓄水过程中，裂隙中充填物受潮软化，易崩塌、滑落，由于距坝趾较近，在施工过程中应注意安全。库取未发现有经济价值的矿床，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有30余个旧矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值。本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽110m左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约24m。岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅1m左右，半风化带厚约212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米，规模及影响范围均不大，坝址的主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为1126m，右岸1534m。岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，因此坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌浆深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸1012m，右岸69m，河中68m，详见坝址地质剖面图。坝体与坝基岩石的摩擦系数采用0.68。引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽0.50.8m，两岸岩石完好。本区地震烈度小于6度。1.1.4 当地建筑材料 本工程需要砾石约186万立方米，砂67万立方米。经勘测，砂的粒径偏细，砾石超粒径的含量偏多，其他指标均能满足要求，但坝址附近几个料场的贮量不能完全满足设计要求。故不足的砾石用轧石解决，轧石料场选在大坝左岸距坝址0.8-12公里的范围内。不足的砂料用楼里村附近的几个料场补充，距坝址2.5 公里。坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。1.2 设计资料1.2.1 水能规划1.校核洪水位：121.0m，校核最大洪水下泄流量6600；2 .设计洪水位：119.5m，设计洪水最大下泄流量5340；3 .设计蓄水位：116m；4 .设计低水位：108.5m；5 .装机容量：，7.2万KW，即41.8=7.2万KW；6.机组机型：自选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1.2.3 引水建筑物 有压引水 1.2.4 水电站建筑物 河岸式地面厂房 1.2.5 专题 拦污栅结构计算1.3 设计任务1.3.1 枢纽布置、挡水及泄水建筑物要求对整个水利枢纽进行布置（包括挡水及泄水建筑物、引水建筑物、厂房、对外交通、进水口及开关站等，绘出枢纽平面布置图）要求根据现有资料设计挡水及泄水坝段的断面型式，进行必要的稳定计算，绘出挡水及泄水坝的剖面图。1.3.2 水电站引水建筑物根据地形、地质条件选顶引水隧洞的路线，并设计隧洞断面的型式，绘出引水隧洞的布置图（含进水口）。根据地形、地质及水力计算，确定调压室的位置、型式和尺寸并绘出调压室剖面图。1.3.3 水电站厂房根据所选机型及水位计算条件，确定厂房的轮廓尺寸，并绘出发电机层、水轮机层和涡壳层的平面布置图以及厂房的横剖面图。对厂区进行布置并绘出平面布置图（包括开关站、主变场、厂房、尾水渠和对外交通等）1混凝土非溢流重力坝1.1枢纽主要建筑物的等级确定按黄坛口水库水位容积关系曲线算出校核洪水位121米是的V=1.02108m31108m3. 所以工程类型为大（2）型，工程等别为二，主要建筑物2，次要建筑物为3级。1.2混凝土非溢流坝1.2.1剖面设计重力坝的基本剖面，一般指在主要载荷作用下满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角剖面。因此，基本剖面分析的任务是在满足强度和稳定的要求下，根据给定的坝高求得一个最小的坝底宽度，也就是确定三角形的上下游坡度。为分析方便计，沿坝轴线方向取单位长度的坝体进行研究，其上下游面的水平投影长度分别为和。假定上游库满水位平三角形顶点水深为，下游无水。坝的载荷只考虑上游水平压力、水重和坝体自重以及扬压力，在此情况下，讨论及应如何取值才能满足安全和经济的要求。 按应力条件确定坝底最小宽度 式中为设计洪水位，为上游坡度取时可以得到： 按稳定条件确定坝底最小宽度由于电站形式为引水式，故坝上游侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，取上游面坡度，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度。 B坝底宽度，m；H基本剖面坝高，m（基本剖面H=126.5.0-70=56.5m）；坝体材料容重，；水的容重，；扬压力折减系数,按规范坝基面取0.3；摩擦系数，由资料可得本设计采用0.68；K基本组合安全系数。考虑一定的裕度，坝底宽度最终定为70m。1.2.1 实用剖面坝顶宽度 坝顶宽度b=（8%10%）H，且不小于2m。本设计取5m 坝顶高程坝顶高程=静水位+h 式中：h=h1%+hz+hc 式中：h1%=累计频率为1%的破浪高度 hz=波浪中心线高出静水位的高度。 hc=取决于坝的级别和计算情况的安全超高 gh2%/v0=0.0065v1/6(gD/V0)1/3; glm/v0=0.386(gD/v02)1/2(a) 设计洪水位计算风速度vt取15m/s,设计洪水位下吹成D=5B,B=197m,风速v0=(1.52)vt v0取25m/s.h2%=0.00625v01/6(gD/v02)1/3 v02/g =1.696查表2-12得出h2%/hm=2.23 hm=0.761 ; h1%/ hm=2.42h1%=1.84lm=0.386(gD/v02)1/2 v02/g = 9.7hz=3.14h1%2 /( lmcth23.14h/lm)hz=3.141.842 /9.71=1.1hc=0.5 根据水库水位容积曲线V（1 10）108m3.大（2)型工程 所以hc=0.5。h=h1%+hz+hc =1.84+1.1+0.5=3.44m（b）校核水位计算风速度vt取15m/s,设计洪水位下吹成D=5B,B=197m,风速v0=(1.52)vt v0取23m/s.h2%=0.00625v01/6(gD/v02)1/3 v02/g =2.43查表2-12得出h2%/hm=2.23 hm=1.043m ; h1%/ hm=2.42h1%=2.524mlm=0.386(gD/v02)1/2 v02/g=8.896mhz=3.14h1%2 / (lmcth23.14h/lm)hz=3.142.5242 /8.8961=2.248hc=0.5h=h1%+hz+hc =2.524+2.248+0.5=5.272坝高取126.5m1.3 廊道布置廊道断面一般为城门洞形 宽2.53.0，高3.03.5取23.0m坝体纵向排水检查廊道，距上游侧每隔1530m 取15m。基础排水廊道（1.52.5）（2.22.5）取22.51.4坝体剖面验算1.4.1基本验算a设计工况坝体自重G1=RCA =23.5213.151/2=777.3KNG2=RCA= 23.5549.5=5816.25KNG3=RCA=23.535.6349.51/2=20723.3KN水压力PY上=R0A=9.81(49.5+28.5)/23.15=1968.97KNPy上的形心：Py上=（28.53.152/2+1/2213.1522/3）/(28.53.15+213.15/2)=1.46mPX上=1/2Pgh12=1/29.8149.52=12018.48KN下游：h2=18.72mPX下=1/2R0h22=9.8118.7221/2=1718.91KNPY下=R0A=9.8113.4918.721/2=1238.KN下游受水压力图扬压力（为降低扬压力设副排系统及抽排系统）查表2-5（p49）得a1=0.2,a2=0.5a1H1=0.249.5=9.9ma2H2=0.518.72=9.36m扬压力受力图U1= a2H243.789.81=4251.87KNU2=( a1H1- a2H2) 9.815=26.49KNU3=( a1H1- a2H2) 9.8191/2=23.84KNU4=(H2- a2H2) 9.8181/2=367.29KNU5=(H1- a1H2) 9.8151/2=(49.5-9.9) 9.8151/2=971.19KN浪压力：（LM=9.7m,h1%=1.84m,hz=h0=1.1m）坝前水深H=49.5 LM./2=4.85m 则选用公式：PWK=1/4 LM(h1%+ hz)PWK=1/4 9.819.7(1.84+1.1)=69.94KNe=1/44.85(4.85+2.94)21/3-1/24.8521/34.85/(1/24.85(4.85+2.94)-1/24.854.85=1.32非溢流坝浪压力作用图浪压力1-1表编号荷载垂直水平力臂力矩m正向逆向1自重G1777.319.7915382.77G25816.2516.2494455.9G3207231.86338606.952水压力PX上12018.4816.5198304.92PY上1969.97120.239793.4Px下1718.96.2410725Py下1238.6712.915978.8433扬压力U14251.87000U226.4919.89513.64U323.8413.89331.14U4367.2918.566815.68U5971.1920.2219637.464浪压力Pwt69.94115.978110.94总30525.495640.6812088.421718.9242876.94205780.64W=30525.49-5640.68=24884.81KNP=12088.42-1718.9=10508.02KNM=3.71104MPa(1) 稳定验算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.6824884.8/10508.02=1.61k=1.1 满足稳定要求。(2)应力验算 （T=43.78）y=WT+MT2=24884.843.78+6(3.71104) 43.782 =0.05 Mp-0.1Mp 未出现拉应力y=WT-MT2=24884.843.78-6(3.71104 ） 43.782 =0.07 Mp 远远小于岩石的抗滑应力（123.287 Mp）b.校核工况坝体荷载（H1=121-70=51m ,H2 =88.78-70=18.78m）G1=RCA =23.5213.151/2=777.3KNG2=RCA= 23.5551=5992.5KNG3=RCA=23.535.68511/2=21351.3KN 水压力上游：PX上=1/2Pgh12=1/29.81512=12757.02KN PY上=R0A=9.81(49.5+28.5)/23.15=1968.97KN PY上的形心：y=(303.152/2+21213.1522/6)/(303.15+213.15/2)=2.26m下游：PX下=1/2R0h22=9.8118.7821/2=1628.31KNPY下=R0A=9.8113.4818.781/2=1237.76KN扬压力（为降低扬压力设副排系统及抽排系统）查表2-5（p49）得a1=0.2,a2=0.5a1H1=0.251=10.2ma2H2=0.518.78=9.39mU1= a2H243.789.81=2894.71KNU2=( a1H1- a2H2) 9.815=169.713KNU3=( a1H1- a2H2) 9.8191/2=152.74KNU4=(H2- a2H2) 9.8181/2=587.62KNU5=(H1- a1H1) 9.8151/2=(51-10.2) 9.8151/2=1000.62KN浪压力 （LM=8.89m,h1%=2.524m,hz=h0=2.281m）h0+ h1%=4.805坝前水深H=51 LM./2=4.448m 则选用公式：PWK=1/4 LM(h1%+ hz)=1/49.818.8964.805=104.83KN=164.448(4.4484.805)2-16 4.4483124.4484.448+4.805-124.4482 =4.23 (120.78-70=50.78m) 校核水位下非溢流坝浪压力作用图 表2-1编号荷载垂直水平力臂力矩m正向逆向1自重G1777.319.7915382.77G25992.516.2497318.2G321351.31.86339776.912水压力PX上12757.9117216884.47PY上2503.0214.77136972.11Px下1628.316.2410160.65Py下1237.7612.915967.13扬压力U12894.71000U2169.71319.393290.74U3152.7413.893290.56U4587.6218.5610906.32U5100.6220.2220232.544浪压力Pwt104.8350.785323.27总31861.884805.412826.741628.31243587.14230748.44W=31861.88-4805.4=27056.48KNP=12826.74-1628.31=11198.43KNM=243587.14-230748.44=12838.56KN（2）稳定验算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.6827056.48/11198.43=1.643k=1.05 满足稳定要求。1 应力验算 （T=43.78）y=WT+MT2=27056.4843.78+612838.56 43.782 =0.58 Mp-0.1Mp 未出现拉应力y=WT-MT2=27056.4843.78-612838.56 43.782 =0.66 Mp 远远小于岩石的抗滑应力（123.287 Mp）满足应力条件。 1-5 坝体折坡点验算a.设计工况（H1=49.5m）坝体自重 G1=RCA =23.52128.55=3348.75KNG2=RCA= 23.521.5615.521/2=3931.68KN水压力PX上=1/2Pgh12=1/29.8128.52=3984.86KN扬压力U=U1+U2+U3=9.8118.67+5.712+1.875.7+28.5-5.71.8512=833.33KN yc=18.675.712+1.85+18.673+1.855.71.852+121.85(28.5-5.7)1.853A=84.85 = 5.33m（4）浪压力 PWK=69.94KN 表1-3荷载力臂弯距弯距G13348.787.7625986.3G23931.680.125.33px上3984.869.537856.17U823.334.934103.39PWK69.94115.978110.94总7280.43823.334054.850095.826011.6W=6457.1KNP=4054.8KNM=24084.2KN1.稳定验算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.686457.1KN/4054.8KN=1.12k=1.1 满足稳定要求。2.应力验算 （T=20.52）y=WT+MT2=6457.120.52+624084.2 20.522 =-0.01 Mp-0.1Mp 未出现拉应力y=WT-MT2=6457.120.52-624084.2 20.522 =0.66 Mp远远小于岩石的抗滑应力满足应力条件。b.校核工况坝体自重 (H1=30m) G1=RCA =3725KNG2=RCA= 3931.68KN水压力PX上=1/2Pgh12=1/29.81302=4415.5KN扬压力U=U1+U2+U3=9.8118.67+612+1.876+30-61.8512=913.79KNyc=18.67612+1.85+18.673+1.8561.852+121.85(30-6)1.85393.15 = 5.1m（4）浪压力 PWK=104.83KN1-4表荷载knknkn力臂弯距kn弯距knG137257.7627354G23931.680.125.33393.17px上4415.51044155U913.764.243874.47PWK104.8350.785323.27总7656.68913.764520.3353352.7427747.171.W=6742.89KNP=4520.33KNM=25605.57KN2.稳定验算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.686742.89KN/4520.33KN=1.061k=1.05 满足稳定要求。3.应力验算 （T=20.52）y=WT+MT2=6742.8920.52+625605.57 20.522 =-0.04 Mp-0.1Mp 未出现拉应力y=WT-MT2=6742.8920.52-625605.57 20.522 =0.7 Mp远远小于岩石的抗滑应力满足应力条件。第二章 混凝土溢流坝2.1. 设计水位下2.1.1溢流坝孔口尺寸的确定 溢流坝下泄流量的确定按千年一遇设计涉及洪水位下流量Q泄=5340m3/s,水轮机最大引用流量为77.46 m3/s则通过溢流坝顶的下泄流量为： （取=0.8）2.1.2 溢流孔口尺寸确定和布置（无）2.1.3 堰顶高程的确定堰顶高程=设计洪水位-H 设计行进流速：0=QA=534050119.5-70=1.4m/sH=H0-022g=11.65-0.09=7.4m堰=119.5-7.4=112.1mb.校核洪水位 ( Q泄=6600m3/s,H=121m )2.2.1堰顶高程的确定同样的方法经行计算 H=113.82m综上：堰顶高程=112.1m取单宽流量q为50， 取为102m单孔净宽度为102/10=10.2m,溢流坝段的闸墩取为4m宽，导墙取2m则溢流坝段的总宽度为：L0=L（n-1）d=102+210=122m2.2.2 闸门高度闸门高度=正蓄-堰+安全高度0.30.5=4.3m所选闸门为：长宽=124.3m反弧段设计 选择挑流消能，查水力学（下） 总有效水头，m；临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深），m；流速系数查表取0.95。经试算， 反孤段半径，取R=15m鼻坎挑角，取坎顶高程h2=16mH2=H1-Rcos =arctan10.72=540.25H1=h2-Rcos=1615cos300=29mH2=H1-Rcos=20.3mL=Rsin+Rsin- H20.72= 8m反孤段水流速度=2ghc=0.90529.812.66=6.9m/s 为了保证坝的基本不尺寸不变溢流坝段需要在上游伸出一段因为b3=2 L1=(1.52)b1=4.76.6取L1=5m,L2=2.7m溢流坝断面如下图所示：溢流坝剖面图2.4溢流坝段稳定验算a. 设计水位计算结果如表所示：2-1表KNKNKNKN力臂104KN104KNG1777.328.092.18G2466.421.641.01G313401.9813.718.361G43782.611.754.5G5235022.395.3U16149.42000U2578.7923.391.4U37345.60.4U41003.7323.712.3PX156.9100.159Py724.9318.391.315PX上11403.216.518.82Py上92461.521.4总30749.218465.9411403156.931.33525.9（详细内容请看计算书）W=2.23104KN P=1.13104KN M =54500KN 稳定验算 K=f(W-U)P=0.682,231041.13104=1.361.1 满足要求 。b.校核水位 （计算结果如表所示）2-2表KNKNKNKN力臂104KN104KNG1777.328.092.18G2466.421.641.01G313401.9813.718.361G43782.611.754.5G5235022.395.3U16195.3000U2588.623.391.4U37345.60.4U41030.0523.712.44PX156.9100.159Py724.9318.391.315PX上11966.81720.344Py上85911.521.31总26311.61854711966.8156.932.85927.26W=1.87104KN P=11809.9KN M =55990KN 稳定验算 K=f(W-U)P=0.681.8710411809.9=1.061.05 满足要求 。 第三章水轮机3.1水轮机水头的确定3.1.1 的确定1. 校核洪水位+四台机组满发 Z=88.783m= Z- Z=121-88.78=32.22m=98%32.22=31.58m2. 设计洪水位+四台机组满发 Z=119.5m， Z=88.72m=119.5-88.72=30.78m=98%30.78=30.2m3. 正常蓄洪水位+一台机组发电 Z116m 12MWNR100MW 水轮机为中型水轮机则k=8.08.5,且 K=9.81=0.820.85根据N=9.8QH ，水电站的效率一般为85%即=85%.表3-1试算过程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(万KW)7111684.94331.05730.441.759757211684.94631.05430.431.783957311684.82731.04930.491.81229 7273之间又插值计算，N=1.8万KW 72.51m3/s,Z下=84.888m 取84.89m.=116-84.89=31.11m=98%31.11=30.49m=max31.58,30.2,30.49=31.58m3.1.2设计低水位的确定设计低水位（即设计死水位）+机组满发 Z108.5m发电机出力N=1.84=7.2万KW 表3-2试算过程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(万KW)400108.586.00222.00222.057.19962350108.586.00622.49422.047.232089300108.586.0122.4922.047.26298 由NQ关系曲线，N=7.2万KWQ=401.03 Z=86.002m=22.5m=98%22.5=22.05m 即 22.05m 水头（22.0531.58）3.1.3 的确定加权平均水位=26.82m引水式水电站=26.82m3.2 水轮机型号选择： 根据该水电站的水头工作范围22.0531.58，查水电站教材型谱表选择合适的水轮机型有HL240、ZZ440种。现将这二种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。3.2.1 HL240型水轮机方案的主要参数选择查表水电站3-6得限制工况下单位流量Q1M=1240L/S=1.24m3/S效率hm90.4，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Q1Q1M=1.24m3/S,效率92转轮直径(假定=92%)=3.47 m 取标称直径 =3.5m3.2.1. 2.转速n的计算HL240型水轮机在最优工况下单位转速n10M=72r/min, 初步假定n10=n10M；取与之接近而偏大的同步转速n=107r/m 效率及单位参数修正HL240最优工况下Mmax=92%,模型转轮直径D1M=0.46m则原型效率则效率正修正值94.692%=2.7%考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，在求的值中减去一个修正值。取=1%，则=2.7%1%=1.6%由此可得原型水轮机在最优工况下和限制工况下的效率为： 单位转速的修正：，当 时，单位转速、单位流量可不加修正；由于，故单位转速、单位流量不加修正；由上可见：原假定92%，是正确的，那么D13.50m ，n=107r/min也是正确的； 工作范围的检验在选定D1=3.50m、n=107r/min后，水轮机的及各种特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在、下工作时，其即为，故1.221m3/s1.24 m3/s水轮机的最大引用流量：与特征水头、相对应的单位转速为：在HL240型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出，和的直线，这三条直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特征区线的高效区（水电站机电设备，P65）所以对于HL240型水轮机方案所选参数D1=3.50m、n=107r/min是合理的。 吸出高度计算由水轮机的模型转轮主要参数表中可查得相应的气蚀系数为，并且查得气蚀系数的修正值约为，则：可见，HL200型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。3.3 ZZ440型水轮机方案的主要参数选择3.3.1 转轮直径D1查表水电站3-7得限制工况下单位流量Q1M=1650L/S=1.65m3/S,同时可查的该工况下的气蚀系数，HS=-4 时相应的为：=10-900-HSH-=10-100900+426.82-0.04=0.470.72式中为气蚀系数修正值，由图2-26得=0.04，在满足-4吸出高度的前提下从图3-16（水电站，P68）中可查的选用工况点（，=0.47）处的单位流量Q1为1260L/S,同时可查的该工况点的模型效率=84.9%，并据此假定水轮机的效率为88.5% 装以上的参数代入公式：D1=3.51m根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定，由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值D1=3.6m3.3.2 转速n的计算ZZ440型水轮机在最优工况下单位转速n10M=115r/min, 初步假定n10=n10M；n= n10/D=165.4r/min速，选择与上述计算值相近的水轮机标准转速n=166.7r/min3.3.3效率及单位参数的修正相关参数 代入上式可求得：叶片在不同转角时的可由模型综合特性曲线查得，从而可求出相应值的原型水轮机的最高效率当选用效率的制造工艺影响修正值=1，即可计算出不同转角时效率修正值，其结果如下：表3-1水轮机效率的修正叶片转角-10-50+5+10+1584.988.088.888.387.286.089.891.992.4-ZZ440水轮机最优工况的模型效率为=89.0，由于最优工况接近于等转角线，故采用=2.6作为修正值，从而原型最高效率为=89.0+2.6=91.6 Q1为1260L/S n10M=115r/min,处的模型效率为=85.9%，而该工况点处于=+15 由此该工况点的原型水轮机效率为：=85.9+3.4=89.3 与假定值88.5%相近。3.3.4单位转速、单位流量的修正n10M= n10M（-1）Q11 = Q10M （-1）式中： n10M 模型水轮机最优工况下的转速值（r/min）。Q10M 模型水轮机最优工况下的流量值（m/s）。n1 / n10M =-1=-1=1.2% Q1 / Q10M =-1=-1=1.2%所以单位转速、单位流量均可不加修正。由此可见，以上选用的D1=3.6m，n=165.4r/min是正确的。3.3.5水轮机的流量Q1max=1.197m3/s=1.888m/s则水轮机最大引用流量为：Qmax=Q1max D12 =1.1973.62=80.34 m/s3.3.6工作范围检验与特征水头Hmin 、Hmax 、Hmin 、Hr对应的单位转速为： n1max =nD1/=165.43.6/=105.96r/min n1min =nD1/=165.43.6/=126.8 r/min n1r =nD1/ =165.43.6/=114.98 r/min在 ZZ440水轮机模型综合特性曲线上绘出Q1max=1197m/s，n1max=105.96 r/min , n1min=126.8 r/min的直线，由这三根直线所围成的水轮机工作范围大部分包含了该特性曲线的高校区。3.3.7吸出高度HsHs=10/900(+)H Hs=10/900(+)H=10-100/900(0.44+0.04) 26.82=-2.98m 3-2表 序号项 目HL240ZZ4401模型转轮参数推荐使用水头范围 （m）254520362最优单位转速（r/min）721153最优单位流量（L/s）11008004最高效率 （%）9289.05气蚀系数0.20.36原型水轮机参数工作水头范围 （m ）22.05-31.5822.05-31.587水轮机直径 （m）3.53.68额定 转速n （r/min）107166.79最高效率 （%）93.691.610额定出力 （万KW）187501875011最大引用流量（m/s）77.4680.3412吸出高度 Hs （m）3.51-2.9813高效区占有率很多较多 水轮机机型综合比选：1. 转轮转速较大有利于减小发电机尺寸，降低造价，上述水轮机中ZZ440转速较高；2. 水轮机直径越小，则蜗壳体积和座环体积有所减少，从而厂房宽度也会相应减小，降低了工程造价，有利于枢纽布置，上述水轮机中HL240直径较小；3. 水轮机吸出高度越大，则安装高程越大，使尾水管底板高程升高，有利于减少开挖量，上述水轮机中HL240安装高程最大.4. 高效区占有率有效的反应水轮机的工作效率，以上几种水轮机中，HL240的高效区占有率最大，ZZ440较多，经以上综合分析，选择HL240。 第四章 发电机4.1 主要尺寸估算1、极距 发电机额定容量KVA cm（取=9）2、定子内径 cm3、定子铁芯长度(采用空冷) cm 通风较好，发电机效率高，比较合理4、定子铁芯外径 166.7r/min Da=Di+1.2=697.68+46.94=744.62cm42 外形尺寸估算4.2.1平面尺寸估算 1、定子机座外径 136.4 r/min 2、风罩内径=20000KVA D2=D1+2m=10.48cm 3、转子外径 4、下机架最大跨度1000010000KVA (为水轮机机坑直径,由水电站机电设备表7-2得：=456cm)5、推力轴承外径和励磁机外径 由表7-2得: 4.2.2 轴向尺寸计算1、定子机座高度88.2rpm125rpm 2、上机架高度 伞式：3.励磁机高度、副励磁机高度和永磁机高度 （起重机架高0.81.0m） 4、下机架高度 5、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离 6、下机架支承面主主轴法兰底面距离=700mm1500mm这里取7、转子磁轭轴向高度无风扇时 +(500600)mm=89.23cm+55cm=144.23cm8、发电机主轴高度 =（0.70.9）H=0.7H=0.8892cm=714cm9、定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距4.3水轮发电机重量计算和型号选择水轮发电机的总重量 发电机转子重量=4.4水轮机蜗壳尺寸及尾水管4.4.1.蜗壳尺寸： 查教材水电站机电设备附表3： 断面形状采用圆形，尾部采用椭圆形 包角=345 （查教材水电站）图2-8表3-3 涡壳计算表格角度（）（m）(m)(m)342552.044.746.781651.644.345.987.尾水管尺寸的确定（变肘形）：尾水管参数的选择，选择湾 形尾水管。（1）对于混流式水轮机 =8o ， D1=0.35mh = 2.6D1 =9.1m 。 L= 4.5D1= 15.75m B5= 2.72D1= 9.3m D4= 1.35D1=4.73m h6=0.675D1=2.36m L1=1.82D1=6.37mH5=1.22D1=4.27m h4=1.35D1=4.73m （2）出口扩散段=12o（3）尾水管的高度 （D1D2）h2.6D1=9.1m (4)尾水管的水平长度 L=（3.54.5）D1=(12.2515.75m)4.5 调速系统，调速设备选择.调速功计算nmin=nD1HMAX=107.13.5/ 31.58=66.7 r/min Q1=Nr/9.81D12HMAX3/2n=18750/9.813.531.583/293.6%=939.3 L/s.接力器选择接力器直径计算：选额定油压为2.5MPa，则每个接力器直径为： ds=D1b0D1HMAX=0.033.50.36531.58=35.6 cm 式中：标准正曲率导叶参数，由Z0=24，查得接力器最大行程：Smaxx =(1.41.8)aa max 上式中：由n1r=72.31 r/min，QMAX=1221L/S 在模型综合特性曲线上查得为27mm，=534，=24 ，DO=1.17D1=11.73.5=409.5 cm，=24采用系数1.8则 =2.7(4095245342)=207.1 cm Smax=1.8207.1=0.373m接力器容积计算。VS=Smaxds/2=3.140.37520.373/2=0.0824 m.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 d=1.13VSTSVM=1.130.082444.5=76.5 cm 选用， 选择与之相邻而偏大的DT-100型电气液压型调速器。表3-4调速器型号尺寸图调速器机械柜尺寸基础板尺寸电器柜尺寸重量型号l1b1h1（mm）LB（mm）MNH（mm）（Kg）DT-100700800130012001500440800236012064.5.2油压装置VK=(1820)VS=(18 20)0.0824=1.481.65 m3 于是选用组合式油压装置HYZ-.水轮机阀门及其附件水头较大，故选用蝴蝶阀（配套设备：伸缩节、空气阀、旁通阀）Df= D0/ =5.6m查蝴蝶阀的直径型谱图得， Df=6300mm压力油源及设备，取组合式油压装置 HYZ-4.0表3-5油压装置型号尺寸图型号油罐长度m（mm）宽n(mm)总高H(mm)油罐高h(mm)油罐外径（mm）HYZ-4.029502000445030501028HYZ-1.6240017003270237013004.5.4 起重机设备选择4.54.1设备型号台数选择：最大起重量 130.77 t，机组台数4台，选用一台双小车起重机，跨度16m。（根据厂房净宽确定）4.6主厂房尺寸4.6.1长度机组段长度需要根据下部块体以及各楼层的具体布置来确定。下部块体：一个机组段的最小长度L=蜗壳沿厂房纵轴线的长度+（蜗壳层L=R左+R右2=7.5+5.98+2=15.48 式中：保护层厚度1m发电机层L=尾水出口段B5+俩测边墩=9.3+2=11.3发电机层L=发电机风罩内经D2+两侧风罩壁厚+机组段近距=10.48+20.3+3=14.08m 三者之间取最大值15.48 取16m端部附加长度L=(0.21.0)D1=(0.73.5)取L=2m装配厂房长度L1=(1.01.5)L=15.4823.22取为L1=18m。则主厂房=4L+L+L1=164+2.0+18=82m。安装场长度机组段长度（其中发电机转子、水轮机转轮需要考虑1m的维修工作场地。）4.6.2厂房宽度确定由于厂房设置蝴蝶阀，故厂房宽度取决于下部尺寸下游侧块体结构的厚度=中心线至下游侧蜗壳外缘尺寸+外墙厚度 =6.78+1.00+1.20=8.98 m上游侧块体结构的厚度= 中心线至上游侧蜗壳外缘尺寸+蝶阀室宽度+外墙厚度 =4.9+1.00+3.2+1=10.20m取厂房宽度为8.98+10.20=19m4.6.3 厂房各层高程确定水轮机安装高程 4.632尾水管底板高程 水轮机层地面高程 定子安装高程发电机层地面高程校核洪水位121m吊车轨顶高程 厂房顶部高程 =115.1m 第五章 水电站引水建筑物5.1引水隧洞整体布置5.1.1洞线布置（水平位置）略5.1.2垂直方向略 5.2细部构造5.2.1隧洞断面隧洞采用圆形断面，取经济流速为4。设计水位下机组满发时隧洞流量 实际取为10 m5.2.2闸门断面闸门断面闸门高度取为10 m宽度A=108.7=87m , V=Q/A=13.6m/s渐变段长度取为18m.进口具体形式根据国内外实践经验，喇叭口顶板的椭圆方程为：，即由上 a= 1.1D = 9.9 取取为10m；b= (1/31/2) D = 3 4.5 为 4.0m。隧洞进口顶部高程用戈登公式估算临界淹没深度Scr进水口底部高程= 108.5-6.3-10=92.7m 拦污栅倾角取为，这样过水面积大，且易于清污。拦污栅净高度=（10 +4）/sin40=23.6m考虑到一定的安全超高实际取为24m 最终取Scr=6.3m即隧洞进口顶部高程108.5-6.3=102.2m 为了安全=100.2 m5.3调压室5.3.1 调压室功用为了改善水锤现象，常在有压引水隧洞与压力管道衔接处建造调压室。调压室利用扩大的断面和自由水面反射水锤波将有压引水系统分成两段：上游段为有压引水隧洞，调压室使隧洞基本上避免了水锤压力的影响；下游段为压力钢管，调压室可以减轻位于其下游的压力钢管中的水锤压力。5.3.2 设置调压室的条件设置上游调压室 所以本电站需要设置上游调压室。5.3.3压力管道设计管道内径估算 隧洞到压力钢管直径由大变小，取钢管直径9.5m岔管处管道直径的确定岔管采用Y型布置各分管内径用经济流速公式估算，且认为水流流速在岔管段基本保持不变。（1）1#岔管主岔压力管道直径的确定由经济流速确定，压力钢管的经济流速为46m/s，取5m/s 岔管处管道直径由大变小，取（2）2#、3#岔管主岔压力管道直径的确定由经济流速确定，压力钢管的经济流速为46m/s，取5m/s 岔管处管道直径由大变小，取估算压力管道段全长80m。5.4水头损失计算5.4.1引水隧洞的水头损失（1）沿程水头损失 计算托马断面时混凝土衬砌，选用最小糙率0.012。 （2）局部水头损失1、 拦污栅处 （具有独立支墩）过栅平均流速2、 喇叭口段 （取减缩段的面积）3、 闸门段（有两个闸门门槽）4、闸门渐变段（两个渐变段） （有两个闸门门槽）（v按最不安全计算） 矩形变圆段 =5.1m/s h4j=0.1745、隧洞转弯处 5.4.2 压力钢管的水头损失沿程水头损失（糙率取最大值0.013） L=80m局部水头损失1 一级分岔（垂直方向） 1= Q/A=401.034/3.149.22=6.04m/s2 二级分岔(共三处斜分岔和一个弯管段) 2=(3/4401.03)/18.213.14=5.7m/s 4 三级分岔 ，3 =（1/2401.34）/3.146.82=5.5m/s3 蝶阀 （取）5.5断面计算为了保证稳定性和加快削减速度，实际调压室的面积还应比托马断面大，工程中往往将其乘以1.05，所以得:（式中：=22.05-2.194-31.3=16）5.6 调压室设计比较：5.6.1 阻抗式调压室 最低涌波水位的计算上游取最低水位,引水隧洞糙
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