紧水滩水电站枢纽布置及机墩设计1

1水轮机311特征水头的确定312水轮机选型413水轮机蜗壳及尾水管614调速设备及油压设备选择72发电机821发电机的尺寸估算822发电机的重量估算103重力坝非溢流坝段1031坡面设计1032荷载计算13321设计洪水位下荷载1333稳定验算1434坝内廊道及坝基处理19341坝内廊道19342坝基处理19343坝体分缝204重力坝溢流坝段2041剖面设计20411堰顶高程的确定204111设计洪水位下20413堰面曲线21414下游反弧段22校核洪水位2442溢流坝消能抗冲刷措施25421挑距25422冲坑25423导墙高度255水电站厂房结构计算2651主厂房的特征高程26511水轮机安装高程26512尾水管底板高程26513水轮机层地面高程26514定子安装高程26515发电机层地面高程（定子埋入式）26516装配场地面高程26装配场与发电机层同高21205M。26517吊车轨顶的高程26518厂房顶部高程2652水电站主厂房长宽尺寸的确定27521主厂房宽度的确定27522主厂房长度的确定276水电站引水建筑物2961进水口高程2962压力钢管的布置2963压力钢管的厚度3064拦污栅及进水口闸门的设计3065通气孔的面积确定317专题发电机机座结构稳定计算3271荷载3272机墩静力计算34722垂直正应力34723剪应力35724主拉应力35725应力校核3573机墩动力计算36731机墩强迫振动频率36732机墩自振频率36733共振检验与动力系数确定37734振幅检验3874配筋391水轮机11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Q13500M3/S,由厂区水位流量关系可得，尾水位尾22020M，库2922MH1098库尾098292222027056M2,在设计洪水位下，四台机组满发，下泄流量11000M3/S,由厂区水位流量关系得,尾水位尾2179M,库2905MH2098库尾0982905217971148M3,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N981QHH099库尾尾FQ水电09509列表试算，得QM3/S库M尾MHMN万KW8028452028085535702845201948090946872284520195809048271284520194580904475当下泄流量为71M3/S时，一台机组满发，对应水头为80904M，即H38126M4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QM3/S库M尾MHMN万KW22528452029799681487539528452035793825922402845203798715852881284520317977219当下泄流量为2881M3/S时，四台机组满发，对应水头为79772M，即H479772M。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QM3/S库M尾MHMN万KW80264202624124026420359781186191626420285997695947264202160662475当下泄流量为947M3/S时，一台机组满发，对应水头为60662M，即H560662M6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QM3/S库M尾MHMN万KW28882642031596821425395264203559291936336526420345938817922387264203455933919当下泄流量为387M3/S时，四台机组满发，对应水头为59339M，即H559339M综上，HMAX80904M，HMIN59399M坝后式水电站HR095HAV6674M12水轮机选型根据水头变化范围59339M80904M,在水轮机系列型谱表33表34中查出合适的机型为HL220HL220型水轮机的主要参数选择1转轮直径D1计算查水电站表36和图312可得HL220型水轮机在限制工况下单位流量Q11M1150L/S，效率890，由此可初步假定原型水轮机在该工况下单位流量Q11Q11M1150L/S，效率913。发电机的额定效率取为GR98,NRNGR/GR47500/984846939KWD12938MR1N98QH9130746158939选用与之接近而偏大的标称直径D130M2转速N计算查水电站表34可得，HL220型水轮机在最优工况下单位转速N110M700R/MIN,初步假定N110N110M700R/MIN,HAV6674M,D130MN19557R/MIN10AVHD03257选择与上述计算值相近而偏大的同步转速N2143R/MIN。3效率及单位参数修正查表36可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率为MMAX91模型转轮直径D1M046MMAX11MMAX94615MD则效率修正值为94691333。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10，可得修正值为18，原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为MAXMMAX9123933M8923913与上述假定值相同单位转速的修正值1（1）001110MNMAX9130由于30000NM属大型调速器。调速柜、主接力器、油压装置三者分别选择。142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25MP，接力器直径DSD100330404MB0/D10250MAXBH250948选用与之接近而偏大的450MM的标准接力器。接力器最大行程SMAX1418A0MAX，由N11R7858R/MIN,Q11MAX1081L/S,在模型综合曲线上查得，A0MAXA0MMAX301970MDZ3246SMAX1418A0MAX15197296两接力器总容积为VS0452030094M32MAX1SD143调速器的选择主配压阀直径D1130077（TS为导叶从全开到全关的直线关闭TSVM时间，取为4S），选用DT8015油压装置压力油罐的容积VK（1820）VS（1820）00941692188M3，选用HYZ252发电机21发电机的尺寸估算额定转速N2143R/MIN150R/MIN，选择悬式发电机。查表，对应SF6528/640,功率因数COS090则发电机额定容量SF为SFNF/COS47500/095588235KVA211主要尺寸估算1极矩6015CM445192FJSKP2定子内径DIDI53637CM145833定子铁芯长度LTLT17773CM查表71，C取5510626510243FIESCN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/25M时，一般采用现场叠装定子。4定子铁芯外径DANE1667RPMDADI53637601559652CM212外形尺寸估算2121平面尺寸估算1定子基座外径110满足条件258967301170应力条件T5787M16455794M2193205M3168839M418316M5786587M6525293M4710688静水压力MPX62500614MPY62837扬压力MI32484M25769658上游点432KPA1YTWM26下游点10824KPA2YW262折坡处W30752192002516675452895091静水压力P上X1/298150932254扬压力U110198U2679875稳定分析W2895091U10877875K138110满足条件PUWF应力分析T41625M1501259M21499641M3150079静水压力MPX1509321/35552792242扬压力M11917224M233539M83634上游点4059KPA1YTWM26下游点9851KPA2YW263正常蓄水位2845M校核洪水位下1坝基面1自重G1307521G2920025G31667545G4287845G53423656G61077531静水压力上游PX1/2981349875842PY1/29817（845495）45962下游PX1/2981313147089PY1/298131310753532扬压力U11/2（31203531）98183189U21/2（203531845）1198158183稳定分析K135110满足PUWF应力分析T7488M1797709M22386545M3176176M494346M5329612M6215258上游MPX34987845/39854672MPY459623744231610508下游MPX4713。1/34867MPY3532（37441）12873扬压力U183189（3744116388/31）34496U258183388/31）（374438）1957276上游点7107KPA1YTWM26下游点14653KPA2YW262下游尾水面自重G1307521G2920025G31667545G423914G531204G689677静水压力上游PX1/2981（28452031）32467PY40922扬压力U19811/2814025619361753U29811/2（81。4025814）10498575稳定分析K139110满足条件PUWF应力分析T7193M175235M2225084M31528305M474839M5262129M61794885上游MPX32467813/38798557MPY40922（7193/224）1373547下游M161753（7193/2106193/3）32863M2498575（7193/238）1603666上游点674KPA1YTWM26下游点1428KPA2YTWM263折坡面自重G1307521G2920025G31667545静水压力上游PX1/2981（2845235）（2845235）120185扬压力U19811/2123753823066U29811/2（12375495）361091稳定分析K140110满足条件PUWF应力分析M150126M2144960M391715静水压力MPX120185495/3198305扬压力230661432292410911819638上游点5689KPA1YTWM26下游点8221KPA2YW2634坝内廊道及坝基处理341坝内廊道灌浆廊道距坝底45M，距上游坝面9M，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20M布置一层廊道，共分3层，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250M，高400M，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。342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052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。343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，横缝间距为20M，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。4重力坝溢流坝段41剖面设计411堰顶高程的确定4111设计洪水位下QS11000M3/SQO24699M3/S1100009247107777M3/S0QS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/MSLQ/Q718M我国目前大中型混凝土重力坝，溢流孔净宽一般常用812M。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145M，确定这四个闸墩间的溢流孔净宽为85M，根据初步确定的溢流前缘的宽度718M，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853124735M溢流坝长LO7353264221075M计算堰上水头230HGMLQ求得H1586M流速水头2GVO堰顶高程2905158627484M412堰顶高程及闸门尺寸综上堰顶高程为27484M闸门高度正常蓄水位堰顶高程安全超高284527484（0305）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13M的净宽，本设计取净宽15M。413堰面曲线溢流面曲线采用的为WES曲线，其曲线方程为YKHXNDN1即8523XY最大运行水头MAX29220274841736MMAXH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剖面设计，D常取（075095），取15MDMAXHD堰顶与上游采用三圆弧连接，参数如下表所示表21三圆弧参数R105HD85R202HD34R3004HD068B10175HD3122B2027HD4698B30281HD5013堰面形态如下图所示图21堰面形态414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2300M。200CCHGQTTO校核洪水位230622V试算HC0假定HC03TO1063假定HC04TO6210假定HC039TO6502假定HC0395TO6293假定HC0392TO622试算得HC0392反孤段半径R（410）HCO1568392取MR3鼻坎挑角，取52030坎顶高程。MHO24CS1图22溢流坝剖面图415应力与稳定分析面积1/230851/23571/2604828375设计洪水位上游静水压力PX9811/24017322059PY50129下游PX1/2981179179157161PY1/2981179179075117871扬压力U11/2981（1791815）741307173U21/2981（1815905）1158622稳定分析K119110满足条件PUWF应力分析W110486875W2108927W3524520静水压力上游MPX1211891MPY171540下游MPX9377MPY38856扬压力U18496605U22256947上游点603KPA1YTWM26下游点16543KPA2YW26校核洪水位上游静水压力PX9811/2421534092PY50129下游PX1/298120202020208361PY1/298120202020075216373扬压力U11/2981（20201815）741427373U21/2981（18159220）1163422稳定分析K121110满足条件PUWF应力分析W110486875W2108927W3524520静水压力上游MPX1211891MPY171540下游MPX9377MPY38856扬压力U18496605U22256947上游点893KPA1YTWM26下游点13453KPA2YTWM2642溢流坝消能抗冲刷措施421挑距H1392H233M890158901250370KZL632HGVC931C挑距12494M2121121SINCOSINO/HGVVGL422冲坑97421089THHKTRR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200M宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。423导墙高度掺气水深HAHC3923MH导392314923M取H导50M5水电站厂房结构计算51主厂房的特征高程511水轮机安装高程HSBO/220210436075/220204尾512尾水管底板高程MHBZS83197250391220101513水轮机层地面高程1691204732514定子安装高程进人孔高（2M）圈梁高（1M）20773M12Z515发电机层地面高程（定子埋入式）上机架高度2077329813421205M定子高度23Z516装配场地面高程装配场与发电机层同高21205M。517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080M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22129M。6518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2300M。752水电站主厂房长宽尺寸的确定521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9416M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8738M主厂房宽度LL1L218154M。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1036MC选择桥吊跨度为16M，根据前面算出的发电机转子重量,选择2100（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。522主厂房长度的确定5221机组间距1L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11MAXAXL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寸。MAXLAX蜗壳层MAX34516IILR式中、蜗壳沿厂房纵轴线方向，在机组中心线两345IR165I侧的最大尺寸蜗壳四周的混凝土厚度，取为1M。13380M1MAXAXL尾水管层MAXA2XBL式中尾水管宽度度，；B816尾水管混凝土边墩厚，。1124M1MAXAXL发电机层AXMA2XBL式中发电机风罩内径，94M发电机风罩壁厚，05M两台机组之间风罩外壁净距，一般取1520M，B1436M1MAXAXL经比较，确定机组段长度为145M。5222端机组段长度端机组段的附加长度L（0210）D1式中转论直径，M。（D30M）1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10M5223主厂房总宽度装配场长度L（1015）L（1421）M，考虑发电机转子，发电机上机架，水轮1机转轮，水轮机顶盖的尺寸，确定装配场的宽度为208M主厂房总长度4145208150798LN216水电站引水建筑物61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SCRCV716M。D831260则进水口底高程为26471625784M62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MHQD5241607925373MAX坝内埋管的经济流速为57，蜗壳进水口的直径为38M，综合考虑经济流速/S和蜗壳进水口直径，确定坝内埋管的直径为38M，对应管内流速为6，94，满足经/S济流速要求。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215X12561Y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66M。进口段水平，总长度为1215M。后接压力钢管圆弧转弯段，进口中心线高程为25294M，轴线处转弯半径R10M，转角53。后接斜直管段，轴线与下游坝坡平行，长5340M。再接圆弧转弯段，轴线处转弯半径R10M，转角53。后接水平段至蜗壳，水平段中心线高程为20219M。在钢管进入厂房前设一伸缩节，以适应变形。63压力钢管的厚度钢管计算厚DRMRHRTRAPA91071803649COS。取11MM。64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18米拦污栅由若干栅片组成，每块栅片的宽度一般不超过25米，取，高度不超过4米，取18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10M/S为宜26479MVQA本设计取拦污栅高度为7M，半径35米，A7697M。图51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11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812M。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，65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7080M/S。MAXQVA式中A通气孔的面积，2进水口的最大引用流量，MAXQ3/SV坝内埋管允许进气流速，M/S通气孔的直径取为12M，面积为，对应的进气流速为688M/S21M通气孔导向下游。7专题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的弹性曲线与在静质量荷载作用下的弹性曲线形式相似，从而可用动静法进行动力计算静力计算中的假定荷载沿圆周均匀分布，正应力取单宽直条，按矩形截面偏心受压构件计算任一水平截面的弯矩假定按底部固定，顶部自由的无限长薄壁圆筒公式计算扭矩产生的剪应力假定按俩端自由的圆筒受扭公式计算进人孔部分的扭矩剪应力假定按开口圆筒受扭公式计算孔边应力集中按圆筒展开后的无限大平板开孔公式计算温度应力计算假定圆筒底部为固定，顶部也受约束动力系数取1520，复核后修正，疲劳系数20，冲击系数2071荷载711作用在机墩上的静荷载1机墩自重风罩自重P11054323550525KN圆筒自重P210822823542864KNP311/21680823515792KNP412815235987KN发电机层楼板荷载P5400KN发电机固定部分重量传来的荷载P65439KN机组转动部分重量传来的荷载P78201KN轴向水推力V3传来的荷载P8620KN2发电机层楼板自重及其活荷重KNA4023发电机定子重KNA47534励磁机定子及附属设备重045上机架重K935016下机架重水轮机重NA726712作用在机墩上的动荷载1发电机转子连轴重KNB16738951702励磁机转子重KN823水轮机转子连轴重5434水轮机轴向水推力KB217045水平离心力正常运行时KNEGN284532167010125飞逸时KENB73094167301012256发电机正常扭矩B6975172888KNM2457发电机短路扭矩MKNNXNBZ4902531479772机墩静力计算721利用公式913将上述各荷载换算成相当于单宽圆筒中心周长的荷载PI,PIRO89176211512P2059873P4P7059674055611165952