毕业设计（论文） 太平哨水利枢纽引水式水电站设计

毕业设计（论文）太平哨水利枢纽引水式水电站设计目录1基本资料611任务的提出612工程地质条件6121地貌与地层6122水库区工程地质条件7123坝址工程地质条件7124付坝工程地质条件8125引水隧洞和厂房区工程地质条件813建筑材料914水文与气象11141流域自然地理概况11142气象条件11143水文资料1215水利、动能及水库17151电站任务17152水库水位18153装机容量的选择18154引水隧洞的洞径选择18155附图192水轮机选型设计2521机组台数与单机容量的选择25211机组台数选择25212机组单机容量选择2622水轮机型号及装置方式的选择26221水轮机型号选择26222装置方式的选择2623水轮机参数计算26231HL240型水轮机方案主要参数选择26232ZZ440型水轮机方案主要参数选择29233HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较3124水轮机运转特性曲线的绘制32241等效率曲线的绘制32242出力限制线的绘制33243等吸出高度曲线的绘制3425水轮机蜗壳设计35251蜗壳形式的选择35252断面形状及包角的选择35253进口断面面积及尺寸的确定35254中间断面尺寸的确定36255图的绘制36FR26尾水管设计37261尾水管的形式37262弯肘形尾水管部分尺寸的确定3727发电机的选择38271发电机型式的选择38272水轮发电机的结构尺寸3828调速器设计39281调速设备的选择39282接力器的选择39283调速器的选择40284液压装置的选择4129附图423坝区枢纽总布置4631坝轴线及坝型选择46311坝轴线选择46312坝型选择4632泄洪方式选择及调洪演算4733枢纽布置474拦河坝设计4841基本资料4842挡水坝剖面设计48421挡水坝坝顶高程的确定48422挡水坝的剖面尺寸确定4843溢流坝剖面设计49431溢流坝面曲线设计49432消能防冲设计5044洪水下泄流量校核51441溢流坝过流能力的验算51442底孔过流能力验算5345闸门闸墩及工作桥设545挡水坝稳定及应力分析5651计算说明56511计算内容56512计算工况56513计算单元与计算截面5652挡水坝稳定及应力分析56521荷载计算56522抗滑稳定分析57523应力分析586细部构造设计6061坝体分区及标选择6062分缝与止水6063廊道系统和排水系统的布置61631廊道系统布置61632排水设施布置6264坝顶构造62641非溢流坝坝顶构造62642溢流坝坝顶构造6265坝基处理62651坝基开挖及清理62652坝基的加固处理62653坝基的防渗处理63654地基排水63655两岸的处理637水电站引水系统设计6471隧洞洞径及洞线选择64711有压引水隧洞洞径计算64712洞线选择原则6472进水口设计65721进水口型式的选择65722进水口高程确定65723进水口尺寸的拟定66724进口设备6773引水隧洞67731线路与坡度的确定67732断面形式与断面尺寸68733洞身衬砌6874调压室设计69741是否设置调压室判断69742调压室位置的选择70743调压室的布置方式与型式的选择70744调压室的水利计算7075水击及调节保证计算72751调保计算目的72752调节保证计算的内容72753调节保证计算的过程7376压力管道设计75761压力管道的布置75762压力管道直径的选择76763调节保证计算76764压力管道的结构设计及稳定计算7677防止地下埋管产生外压失稳的措施788水电站厂房设计7981厂区枢纽平面布置7982主厂房平面设计79821主厂房长度的确定79822主厂房宽度确定8083主厂房剖面设计81831机组的安装高程81832尾水管底板高程81833基础开挖高程81834水轮机地面高程81835发电机定子安装高程82836发电机层楼板高程82837吊车轨顶高程82838天花板高程82839屋顶高程8384副厂房的布置与设计83谢辞84参考资料85外文资料86外文翻译891基本资料11任务的提出浑江是鸭绿江在我国境内的较大支流，也是我国东北地区水力资源较为丰富的一条河流，因此，合理开发利用浑江水力资源是个重要的课题。浑江发源于长白山老岭，河流全长430余公里，河流坡降约为1/1000流域面积15000平方公里。流域形状近于椭圆，南北长160公里，东西宽约170公里。根据浑江河道自然特性的变化，大致以通化为上、中游之分界以桓仁为中、下游之分界。河流系山区河流，蜿蜒于山谷之中，沿河山势陡峭，支流众多，于支流入口处，地势较为开阔，出现山间盆地。浑江流域水系图参见图1。浑江下游（桓仁以下）的水能利用与梯级开发问题曾进行了长时间的研究，基本上归纳为两种开发方案，即桓仁、沙尖子两级开发方案与桓仁、回龙12山、太平哨、高岭、金坑等多级开发方案。目前，在桓仁水电站早已建成投产的情况下，实际上变成为沙尖子高坝大库与回龙、太平哨、高岭、金坑等梯级开发方式之争。本任务书取材于梯级开发方案的太平哨水电站，并拟定为混合式开发的地面厂房型式。有关浑江下游梯级开发情况可参见附图1。12工程地质条件121地貌与地层本地区的地貌景观按其成因类型可分为两类构造剥蚀地形，海拔高程360770米，相对高度200600米，为中低1山地形，由古老的变质岩系组成，山脊较狭窄，起伏不大，无明显的峰峦，地形坡度较大。侵蚀堆积地形，本区可见相对高度为2030米的二级阶地，312米的2一级阶地和24米的河漫滩。水库区及水工建筑物区出露的地层有前震旦系，震旦系、寒武系、朱罗系、和第四系，简单分述如下前震旦系主要为一套区域变质岩石，部分经受不同程度的混合岩化作用，1形成各种类型的混合质变质岩。各水工建筑物均位于本地层的混合变质岩上。震旦系仅在水库区东南局部出露，主要为石英砂岩、石英砾岩、粉砂岩、2页岩等。寒武系该系出露更少，仅局部可见，主要为灰岩。3朱罗系该系在水库区北部，雅河口以上至回龙山一带广泛分布，为陆相火4山岩建造，主要为安山岩、安山质凝灰岩、流纹岩等。第四系在本区出露的有上更新统和全新统。前者分布于浑江二级阶地，为5洪冲积层，主要为砂卵砾石、砂和亚粘土，后者包括一级阶地、河漫滩及河床上堆积的亚砂土、砂砾石，残积的亚粘土等。122水库区工程地质条件本库区两岸山体高峻，高程为360700米，分水岭厚度均在08公里以上。库岸岩石在雅河口以上为侏罗纪火山碎屑岩类，以下为震旦纪变质岩和混合质变质岩，地下水位较高，不会向邻谷产永久性渗漏。不存在塌岸问题。123坝址工程地质条件曾选两条坝线（上坝线与下坝线）进行比较。上、下坝线相距200300米，地质条件基本相同，但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差，呈片状破碎，风化也较深，而上坝线左岸则比较完整。河谷部分，下坝线岩石普遍风化较深，而上坝线只有个别地段风化较深。从上述分析确定选用上坝线。修建土坝或混凝土重力坝，地质上都是可能的。坝址区出露的地层有前震旦系和第四系。前震旦系为经受中等程度混合岩化作用的变质岩系，包括黑云母斜长石注入片麻岩、黑云母混合片麻岩和大理岩，前者分布在左岸，后者分布在右岸，两者为整合接触。第四系包括各种不同成因的松散堆积物。堆积层分布于两岸山坡，为亚砂土夹碎石，厚度左岸为1540米，右岸为032米。河床砂卵砾石厚035米。坝址区两岸发现有断层三条，其中一条为平推断层（F3）位于左岸，走向NE36,倾向南东，倾角70，破碎带宽5米。另外两条北东向断层F1与F2据分析F1就是区域性的太平哨大断裂，在右坝头西北约300米处通过F2位于右岸，产状为走向北东4050，倾角80，断层带宽34米。F1与F2对建筑物均无直接影响。坝址区基岩的透水性，根据19个孔、75次压水试验成果统计，单位吸水量由上而下逐渐减小。距地面深4315米范围内单位吸水量的平均值为01升/分，25米以下时为0027升/分。据分析，若采用混凝土重力坝坝型时（估计坝高40米左右），大坝将建基于比较完整的半风化岩石之上。河谷部分的开挖深度（自基岩面算起）约为27米，相应于此开挖标准，坝基岩石与混凝土摩擦系数建议为06，河床部位岩石风化较浅，实际上可挖至微风化岩石，建议摩擦系数采用为065。坝址右岸岩石强烈风化，全风化岩石深达30米。强烈风化的原因主要是黑云母混合片麻岩中斜长石和黑色矿物含量较多，长石结晶体粗大，抗风化能力较薄弱所致。建议处理意见是砂砾状全风化层（深15米左右）可采用混凝土防渗墙方法处理，块状全风化层以下采用帷幕灌浆方法处理。左岸F3断层以及局部破碎带可按常规办法处理。124付坝工程地质条件葫芦细子地段山体低缓，最低点地面高程仅为192米，需要修建付坝。若主坝采用土坝型式，则此处可修建岸坡式溢洪道。此处山体最狭窄处宽仅70米，上、下游水为差7米。此坡地形陡峭，基岩裸露，南坡较缓，坡度一般约2030。此垩口是浑江侵蚀堆积二级阶地，垩口顶部和山坡上分布有砂卵砾石，厚度15米，其地质时代为上更新世坡积层。本地段地层主要是前震旦纪黑云母斜长石注入片麻岩，混合岩化程度较低，岩性不均一，有的地方可见变质岩基体。本地段发现断层共七条，但规模均很小，宽度大都在一米以内，最大宽对为15米。这些断层大多延伸不长，对建筑物无影响，设计与施工时按常规方法处理即可。通过地质分析与稳定计算可以认为，此地段山体是稳定的。为了确保建筑物安全，建议在设计时要加强帷幕灌浆与排水措施。125引水隧洞和厂房区工程地质条件浑江在中下游地段，侧向侵蚀作用十分强烈，形成迂回曲折的蛇曲地貌，为修建引水式电站提供了有利的地形条件。太平哨水电站的引水隧洞和厂房位于南天门岭，此处分水岭宽约800米，而两端河水位差达13米。本区地层主要为前震旦系的黑云母混合片麻岩，所有建筑物均将在此岩层上。第四纪包括出口和进口河漫滩的冲积洪积层，岩性为亚砂土，细沙和砂卵砾石，两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土，细砂和砂卵砾石；两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土夹碎块石。隧洞均将在黑云母混合片麻岩中通过，沿洞线未发现断层，且洞顶上部覆盖新鲜岩体很厚，达80160米，深部裂隙已趋闭合，因此工程地质条件较好，建议采用F67,K0500。洞线前部通过两条较大岩脉，均大致与洞线相交，一条为石英斑岩，宽3040米，另一条为正常闪长岩。宽2630米。据地表槽探观察，岩脉与围岩接触良好，但从钻孔资料分析，石英斑岩裂隙比较发育，故建议，通过岩脉处的参数选用为F4,K0300。厂房后山坡地形坡度约5060，坡高40米左右，通过剖面裂隙绘得知，厂房后坡存在两组顺坡裂隙，第一组倾角为6874，第二组倾角稍缓，为4045。表部裂隙张开13厘米，坡脚部位岩块已经位移。根据上述情况。可认为后山边坡基本上是稳定的，建议在开挖时基本上沿着上述两组裂隙挖成阶梯状边坡，对已经位移或张开宽度较大的岩块予以清除，对局部不稳定岩块可采取相应的加固措施。厂房基础将坐落在新鲜的黑云母混合片麻岩上。13建筑材料天然建筑材料的调查，包括混凝土重力坝和粘土心墙砂砾壳坝两种坝型所需要的各种材料，其需要量初步按混凝土坝方案，混凝土方量50万米3，砂砾石料150万米3，土坝方案粘土料14万米3，坝壳砂砾料120万米3，护坡块石料5万米3，反滤料45万米3。通过勘探、试验工作，可以满足上述要求，砂砾料与粘土料场分布、储量、质量评价等详见表1与表2。土坝护坡用石料场，选择了葫芦头和榆树底两处。葫芦头石料场位于坝址上游左岸约3公里，交通方便，基岩为黑云母混合片麻岩，榆树底位于坝上游右岸约3公里，料场山体比高100500米，山势陡峻，覆盖厚约1米，基岩仍为黑云母混合片麻岩。砂砾料场位置、储量及质量情况一览表表1粘土料场储量、质量情况一览表表2体积（万米2）有效层料场名称位置面积（米2）无效层水上水下合计勘探等级质量评价开采意见葫芦头（漫滩）坝线上游右岸1公里277，800634558111266B各项指标均满足混凝土骨料要求运距短交通方便夹心子坝线下游0525公里216，300296060120B本料场为土坝方案服务上长岭坝线下游右岸6公里414,00001020102B各项指标能满足混凝土骨料要求运输困难下长岭厂区上游左岸25公里175,000047047B同上南天门隧洞进口36,800212012B各项指标能满足混凝土骨料要求粘土杂质含量较高下甸子厂区上游右岸1公里90,000024024B同上14水文与气象141流域自然地理概况太平哨电站位于鸭绿江支流浑江下游，本站以上集水面积12950平方公里，其上游约86公里和37公里处分别有桓仁，回龙山水电站，其集水面积坝址以上分别为10，375平方公里与12，506平方公里。浑江流域地理坐标在东经1242412636，北纬40404210之间。其相邻流域北为第二松花江，东为鸭绿江干流，西侧为辽河流域左岸支流浑河、太子河，南为鸭绿江右岸支流蒲石河、河。浑江属于山区性河流，流域内高山群立，山势陡峭，地势起伏较大，山坡上一半多生杂草和林从，植被较好。142气象条件浑江属于山区河流，地形对气候的作用比较明显，流域东北系长白山系的主峰白头山，海拔高达2744米，自此分向西北，西南与东南三方向逐渐低下，到流域南部的丹东，海拔高程为59米，自丹东向北至宽甸，地形突然上升（海拔高程约300米），高差达240米，因此当偏南气流入境后，受地形抬升影响，产生强烈降水，降雨中心多在鸭绿江下游至宽甸间，浑江正处于该暴雨中心北部边缘，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地68月降雨量占全年的60左右，尤以7、8两月为最多，最多月雨量与最小月雨量之比达30倍之多。体积（万米3）天然容重固结快剪料场名称地貌单元位置有效层无效层天然含水量（）湿干渗透系数凝聚力内摩擦角葫芦头一级阶地坝线上游右岸0515公里4648228323181891411541106310602101722226老营沟一级阶地坝线上游左岸5公里1849249175140110602625浑江流域正处于西风带大陆的东部，冬季在蒙古高压的控制下，天气寒冷干燥，为期漫长，全流域一月份平均温度均在10以下，极端最低气温发生在一月份，并在30以下。全年右45个月气温在零度以下，夏季炎热而短促，极端最高气温可达395C桓仁，年差很大，参见表3。143水文资料浑江桓仁以下，干流有桓仁、回龙山、沙尖子水文站，支流有二户来、普乐堡及太平哨水文站。各站资料以桓仁较长。太平哨水库年径流系用回龙山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站径流资料，按面积比推求而得，详见表4。各站年径流有关参数详见表5。浑江的洪水主要由急剧而强烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中强度最大的暴雨又多集中在一天之内。就较大洪水年份分析，形成暴雨的天气系统有台风，气旋（华北气旋，渤海气旋、江淮气旋、黄海气旋）以及副热带高压边缘的幅合扰动，如1960年发生了浑江的50年一遇洪水，形成此次暴雨的天气系统在黄海上空正在恢复中的台风输送水汽与副热带高压边缘的扰动，再加上南部连续移来三个低压想遭遇。本区气象要素表表3一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年降水量（毫米）沙尖子多年平均103118272473736969286126131055163721710202太平哨多年平均1481092335035778873267313102151339418610896宽甸多年平均139136274489759102839483164120362742619712185蒸发量（毫米20厘米蒸发皿）沙尖子多年平均13724955111391559135811631008886233151749163太平哨多年平均1362596041384214717421368116396471333314610959宽甸多年平均204306604106315681403118712239917733742239983沙尖子平均151112881141191224223163761415454太平哨最高4916226313423753522822451633375宽甸最低3128425587028145118765176321321极端最大风速（米/秒）沙尖子风速8667831251693167915115815516太平哨风向NWNWSWNWSENSNNNWNWNSES宽甸发生年月1955545555585558555454551956太平哨电站年径流系列表（流量秒立米）表4一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年均1936278111922273316384601507537150161454259193720177209320455561229481205452441321461938978446673694221962438553224014240520119392244440117422651429969593018497222081940142974048127333563401050186587759329193194115978151237320478976340126161974362173194218813779160145367112070117290510234422219431441196837931010120953938996536293185194420416966315312030440930525861942319614819459273245936354350145189587344202132109194614414335724112763376438155944723818414819472181562342751511256338143415447352332091948178171586247136140207227990661321921051949122262354258354952608474125804529303179195016910136582780835785210678673568116147195128222838973423115817202183271676922581952226167566250136107149256132102107208113195371684161092425219639221094319411250195412510613816413416431219106951439796723181955213174778144188154618866015056883021261956104744631342853804192383907088327177195717113122338612716236010503061147034772161958214162107132112736592452719659413195983195911114535113615315372028034822712363989196025190937117169599298166030391562227290196115615079314396346851054253514196295119419622061564132632025122296372841449414741701963216155383102759467116028610712485534217719642231384727001521366351500261664463211301196518218553321235380513292852484406179107浑江下游主要站年径流参数表（流量秒立米）表5东北历年大暴雨的分布规律看，在鸭绿江的中下游（包括浑江一带）暴雨出现的机会和强度都才超过其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米以上。浑江历史洪水的调查曾先后进行了5次，调查河段上至通化，下至沙尖子。这对洪水分析提供了可靠的历史资料。桓仁站实测洪水资料较长，加之历史洪水调查资料，故洪水分析成果较为可靠。回龙山与沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相关插补而延长。太平哨水电站由于无实测资料，故洪峰洪量参数用回龙山参数，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面积比推求。由于上游桓仁电站库容较大，对洪水起一定的调蓄控制作用，故区间洪水对下游梯级起主要作用。太平哨水电站设计洪水地区组成曾用典型年法和频率组合法（以回龙山为控制）推求组合洪水进行比较,两种方法计算成果相近,故采用典型年法成果,即桓仁，桓回，回太区间设计洪水过程线，系以回龙山三日洪量为控制，按典型年分配，同倍比放大各控制点设计洪水过程线。太平哨水库入库洪水系将桓仁入库洪水，经桓仁调节后，如桓回区间而得回龙山水库入库洪水，在经回龙山水库调节后，加回太区间而得太平哨入库洪水，详见表6。设计值P站名多年平均流量CVCS/CV510509095桓仁14403222272051398978回龙山1780322280254172110966太平哨1870322295266181116101沙尖子2440322353319216138121太平哨水库入库洪水成果表表6流量秒立米单位水位米15水利、动能及水库151电站任务太平哨水电站位于浑江干流，是桓仁、回龙山的下一级，本工程开发主001010512桓仁入流量出流量库水位29800185003083232001460030601850011200305461650094703048514400878030422回龙山入流量出流量库水位1690016800225821200012000223251100011000222739500950022185回太区间洪峰流量3170253022601970太平哨入库流量175001400012400108003351020桓仁入流量出流量库水位899077503012280206880301665505830300954960412030086回龙山入流量出流量库水位9290925022174750075002205865506100219924500450021850回太区间洪峰流量1610902835557太平哨入库流量9820807069504980要目的是发电。由于本电站承接上游桓仁等梯级水库对浑江丰富水量的调节，故能以较少库容获得较好的能量指标。电站建成后以下沿江无较大城镇与工矿企业，对水库无防洪要求。库下宽甸县太平哨公社有5000亩耕地需灌溉，在水库水量平衡中可按1秒立方米考虑。152水库水位浑江自然落差较大，水量丰富，在太平哨水库回水范围内多为崇山峻岭，淹没耕地、村屯较少。库区老营沟附近虽发现有铅锌矿，但据辽宁省地质局调查，该矿储量有限，规模不够，未能纳入国家开采计划，仅有生产队组织开采。由于桓仁水库的修建，极大的改变了浑江的径流在年内分布的不均匀性，弥补了太平哨水库的库容小，调节性能差的缺陷。太平哨电站应尽可能的利用河段自然落差，因而，从与其上级回龙电站尾水位衔接角度的分析，太平哨水库正常高水位定为1915米为宜。水库死水位则应结合输水建筑物的布置分析确定。（死水位190米，正常高水位1915米，设计洪水位P11917米，Q12400M3/S,校核洪水位（P01）1947米Q17500M3/S）。根据本工程的条件，应采用级设计标准，即水利枢纽永久性建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。考虑到上一级回龙地下电站交通洞的高程，要求本水库设计洪水位也不应超过1980米高程。153装机容量的选择东北地区工农业生产不断提高，现有电源特别是水电远远不能满足系统负荷增长的需要。经与东北电力局研究认为，太平哨水电站将在负荷曲线的尖峰位置上工作，并应适当担任一部分备用容量，为此，本电站的利用小时数不宜过高，可控制在2500小时左右或更低些，可结合机组选择合理确定。（最后确定太平哨水电站的装机容量N为16万千瓦，保证出力25万千瓦，年发电量43亿度，年利用小时数2680小时。特征水头最大水头381米，最小水头346米，设计水头362米，加权平均水头362米，发电机效率98。）154引水隧洞的洞径选择考虑到施工技术条件，引水洞洞径不宜超过12米，否则的话，可考虑采用两条引水隧洞的方案，应结合机组数的选择合理确定。155附图附图11浑江下游梯级开发示意图附图12太平哨水库容积、面积曲线附图13太平哨坝下HQ关系曲线附图14太平哨水电站尾水HQ关系曲线附图15HL24046转轮综合特性曲线附图16ZZ44046转轮综合特性曲线附图17坝址区地形图附图18引水道沿线地形、地质图附图11浑江下游梯级开发示意图下下下下下下30下21下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下139下152下195下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下1下下下下附图12太平哨水库容积、面积曲线201950190185018017501701650201501050030221050下下下下下下下下3167297159110405402131961523130410579553620105115219119118618117617下下下下下下下下下2下下下下16下下下M下附图13太平哨坝下HQ关系曲线1750下下下3下H下Q下5010150201601650170下下下M附图14太平哨水电站尾水HQ关系曲线下M下下25020150105001701651601515下4下H下Q2水轮机选型设计21机组台数与单机容量的选择211机组台数选择水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的成积，在总装机容量确定的情况下可以拟订出不同的机组台数方案，当机组台数不同时，则当单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同。有时甚至水轮机的型号也回改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。因此，在选择机组台数时，应从下列几方面综合考虑1）台数与机电设备的关系机组台数增多，单机容量减少，尺寸减小，制造及运输较易，这对制造能力和运输条件较差的地区有利的，但实际上说，用小机组时单位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好选用较大容量的机组。2）机组台数与水电站投资的关系当选用机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价多，而且相应的阀门、管道、调速设备、辅助设备、电气设备的套数增加，电气结构较复杂，厂房平面尺寸增加，机组安装，维护的工作量增加，因而水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加，但采用小机组时，厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量都可以缩减，因而有减小一些水电站的投资，在大多数情况下，机组台数增多将增大投资。3）机组台数与水电站运行的关系当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率，当水电站担任系统尖峰负荷时，由于负荷经常变化，而且幅度较大，为使每台机组都可以高效率工作，需要更多的机组台数。4）组台数与水电站运行维护的关系当机组的台数过多时，水电站的进行方式激动灵活、易于调度、每台机组的事故影响较小，检修工作也比较容易安排，但运行检修、维护工作量及年运行费用和事故率将随机组台的增多而增加，因此机组的台数不宜过多。上述各种因素是相互联系而又相互对立的，不可能同时一一满足，为了制造安装运行，维护及设备供应的方便，在一个水电站内应尽可能选择相同型号的机组，大中型水电站机组常采用扩大单元信线，为了使电器主结线对称。大多数情况下机组台数用偶数，本设计引水式水电站的总装机容量为16万千瓦，属中型水电站，我国的建成的中型水电站一般采用46台机组，由于上述各种因素，本设计选用4台机组。212机组单机容量选择单机容量N16万44万KW（满足保证出力25万千瓦。）水轮机额定出力NN9840000984081633KW22水轮机型号及装置方式的选择221水轮机型号选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头,本电站工作水头范围为346381M根据水头范围从型谱中查得ZZ440型适应水头2040,HL24型适应水头2545MM两种型号均适用。将两种机型作为初选方案计算其参数作分析比较确定一种作为最终方案222装置方式的选择在大中型水电站中,其水轮机发电机组尺寸一般较大,安装高程也较低,因此七装置方式多采用立轴式。它可使发电机的安装高程较高不易受潮,机组的传动效率较高而且水电站厂房的面积较小,因此本设计采用立轴式装置。23水轮机参数计算231HL240型水轮机方案主要参数选择1）转轮直径的计算1D查表36和图312得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量124M3/S，1MQ效率904，由此可以初步假定原水轮机的单位流量124M3/S,效率M1922/311089RHQN式中水轮机标称直径D水轮机单位流量查得1240L/S12411QSM/3设计水头R236RM水轮机额定出力N408169/FETNKW代入式中得132408140969D采用与其相近的标准转轮直径411DM2）转速计算R/MIN10DHN710542367式中单位转速采用最优单位转速R/MIN7210NH采用设计水头362MD1采用选用的标准直径D141采用与其接近的同步转速N1071R/MIN3）效率及单位参数修正查表36可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率920,模型转轮直径D046,由公式MAXM1MM1111092AX515046948则9489228MAXAXM考虑模型与原型水轮机的质量差异,常在减去一个修正10,189216936AXAX90418922与假设基本相同因为,109740M由此可见ZZ440型水轮机的方案的吸出高程满足水电站的要求。6）安装高程的计算ZZ440型水轮机安装高程的计算ZAZDMINHSXD11526335041381508M始终X为高度系数从水电站查得取041233HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较表25水轮机方案参数对照表序号项目HL240ZZ4401推荐使用的水头范围254520362最优单位转速721153最优单位流量11008004限制工况单位流量124016505最高效率92896模型水轮机参数气蚀系数01950727工作水头范围3463813463818转轮直径41459转速1071166710最高效率94891911额定出力408164081612最大引用流量1249126813吸出高度02433514原型水轮机参数安装高程15311508由表25可见两种方案中HL240型水轮机运行效率高，安装高程较高使得其开挖量较ZZ40型水轮机的开挖量要小得多且有利于提高年发电量，而ZZ440型水轮机机组转速较高使得其气蚀系数较高不利于安全，虽然发电机尺寸较小但同时使得水轮机调节系统造价升高综合以上因素选择HL240型方案更为有利24水轮机运转特性曲线的绘制水轮机运转特性曲线时表示转速，转轮直径为常数时水头，流量，出力，效率，河吸出高度等参数间的关系曲线包括等效率曲线，出力限制线和等吸出高曲线，它反映了水轮机实际运行中各个参数间的关系是指导水电站运行的依据。241等效率曲线的绘制在水轮机的工作水头范围以内取三个水头,并绘制每个水头下的工作MINHRAX特性曲线如附图21（A）,在该图上以某一效率为常数作平行线，他与诸曲线相交并可得出各交点上的H,N值，然后依H，N值将各点落在HN的坐标场中，并绘制成一光滑曲线如附图21B，即为该效率的等效率曲线，计算表26表26等效率曲线计算表1MAX11A321MAX13807417IN983HDRNQ13211362074985RRRMNDHNQMIN11I321MIN134076765983HDNQM1M1MM1MN860818782758860798782491860796878234587083888285887084888267987083588824888808689829958808789828068808758982637890919083204890929083001890925908280390094918334690095918313390095591829429109892835279109992833009110928311491118928424791129284000911219283768901229184343901239184056901245918383689124590843848912690841108912690838408812758984440881298984161881298983888871315888452887131888417987132388839438613487845638613587842588613528783984242出力限制线的绘制水轮机最大出力受到发电机额定出力和水轮机5出力贮备线的双重限制，在运转综合特性曲线图上，HHR时的出力线为NHR的一段垂直直线，H3000N14381520AMM选属大型调速器则接力器,调速柜和油压装置应分别为计算和选择。282接力器的选择1）接力器直径的选择采用两个接力器来操作水轮机的导水机构选用额定油压为25MPA每个接力器直径按下式计算参考水力机械式561MAX0DHBDSD141M位于2575之间Z024采用标准正曲率导叶式中为系数查水力机械表53得003导叶高度15B04591MAX0DS14385M2）接力器最大行程的计算应用水力机械（58）式接力器最大行程为MAXSMAX0MAX148S导叶最大开度可由模型的求得。00MAXMXDZ式中原形和模型水轮机导叶轴心圆的直径。0,原形和模型水轮机导叶数目MMAX0MAX814SSHDNQR/2591023614898193/2/3MAX1则SR/5421AXAX由（查得269/IN,/733MAX1SRMAX0241600AX0ZDMMAX245796M计算系数取18SMAX1824164349MM04353）接力器容积的计算水力机械式51032MAX21405490SDVSS283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，主配压阀直径D可由水力机械（515）式计算DMSVT13式中导叶从全开到全关的直线关闭时间，S管内油的流速（）/MS本设计选用4S，45则STMV/SD105413查水力机械表51选择与之接近的DT100电气液压型调速器284液压装置的选择油压装置是向水轮发电机的调速系数供给压力油能源设备，设调速系统的重要组成设备。同时也作为进水阀，调压阀以及液压操作原件的压力油源。油压装置的工作能力由压力油罐的额定油压及总容量来标志，目前国内生产的油压装置，其额定油压一般为，在不考虑转轮浆液接力器和水轮机进水阀门25/KGCM接力器容量时，可用水力机械（516）式估算018SV式中压力油罐总体积（）3导叶接力器的总体积（）S382591402201MSR查水力机械表52选与之接近且偏大的YZ4型分离式油压装置所以综上所述总结如下型水轮机调速器设备方案240HL1、接力器直径50SDM2、调速器主配压阀直径13、调速器型号型电器液压调速器DT4、油压装置型号型分离式油压装置4YZ29附图附图21工作特性曲线和等效率曲线ABFN附图22出力限制线附图23HSFN辅助曲线和等吸出高度线（A）HSFN辅助曲线B等吸出高曲线A450345032501468附图24蜗壳断面单线图3825461790半径面积断面附图25蜗壳半图解法计算图混凝土蜗壳半图解计算附图26蜗壳平面单线图附图27尾水管示意图尾水管尺寸图单位米附图28发电机外形尺寸图4967蜗壳平面单线图发电机外形尺寸示意图3坝区枢纽总布置31坝轴线及坝型选择311坝轴线选择坝轴线的选择主要是根据地质条件,地形条件,施工条件建筑材料供应和效益及远景指标等因素选择合理经济的坝轴线地质条件地质条件是坝址选择的重要条件,太平哨电站曾选用两条坝轴线上坝轴线与下坝轴线,上下坝轴线相距200300,地质条件基本相同,但下坝轴线与右岸岩石完整M性较差,呈片状破碎,风化也较深地形条件在高山峡谷地区布置水利枢纽,减少开挖,坝址选在峡谷地段,坝轴线断,坝体工程量小,但不利于泄水建筑物的布置,因此需要综合考虑在选用坝址时,应考虑如何防止泥沙和漂木进入,取小建筑物,对与于有通航要求的枢纽,应主意通航建筑物与河道的连接施工条件坝址附近特别是其下游应有较开阔的地形,以便布置施工机械应在交通干线的附近,便于施工运输,可与永久电网连接,解决施工用电问题,却便于施工导流建筑材料坝址附近有足够数量符合质量要求的天然建筑材料,对于材料分布埋置深度,开采条件以及施工期淹没等问题都应认真考虑综合效益对于不同坝址要综合考虑防洪灌溉发电航运旅游等各个方面的经济效益综上所述,并结合本设计情况,确定选用上坝线根据资料选两条坝线进行比较，上下坝线相距200300，地质条件基本相同，M但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差呈片状破碎风化也较深而上坝线左岸比较完整河谷部分上坝线处岩石风化比下坝线轻许多故采用上坝线作为最终方案312坝型选择1重力坝对地形、地址条件要求试用性强，安全可靠剖面尺寸大,坝内应力较低,筑坝材料强度高,耐久性好,枢纽泄洪问题容易解决,便于施工导流2拱坝拱坝坝体轻韧,弹性较好,是一种很优越的坝型,但对地形条件和地质条件要求严格,地形要求左右两岸对称,在平面上向下游收缩的峡谷段,地质条件要求岩基较均匀,坚固完整在本设计中在地形上左岸较陡峭,右岸较缓且下游扩大,因不宜修建拱坝3土石坝可就地,就近取材,适应于不同地形,但土坝的泄洪需修溢洪道、泄洪洞，从而提高了工程造价鉴于上述比较,坝型选用重力坝更为经济合理。32泄洪方式选择及调洪演算根据重力坝要求和其自身特点选择表孔泄流和底孔泄流相结合，溢流坝泄流泄量大，可减小孔口尺寸，闸门上压力小操作方便，且其经济性最好。而底孔的运用便于施工导流，在运用中可兼作排沙以减少水库淤积，同时也可更大程度放空水库便于检修。通过调洪演算得下泄方案设计洪水情况下表孔下泄流量11100M3/S，底孔泄洪流量920M3/S。校核洪水情况下表孔下泄流量16200M3/S，底孔下泄流量1000M3/S堰顶高程为1815，底孔高程为1725M表孔净宽B1为168，底孔为四孔435的矩形孔33枢纽布置合理安排枢纽中各个水工建筑物的相互位置为枢纽布置，其应遵循的一般原则坝址、坝及其重要建筑物的形式选择和枢纽布置做到施工方便，工期短，造价低。枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下正常工作。在满足建筑物强度和稳定条件下，降低枢纽总造价和年运行费用。枢纽中各建筑物布置紧凑、尽量将同一工种的建筑物布置在一起以减少联结建筑。尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益。枢纽外观应与周围环境相协调在条件下注意美观。（1）溢流坝段布置在河床中断主流位置以利于泄洪，其中泄洪孔初设14孔每孔12M105M闸墩及分缝中孔分离闸孔并支承闸门工作桥其厚一般取35取4共七座M边墩除支承上部结构外还起分隔溢流及非溢流坝段的作用厚取4M两座缝墩考虑不均匀沉降影响将缝设在闸墩中间,缝宽20共六座C溢流坝段总长度L121424134228M桩号02600488（2）底孔坝段孔数采用4孔尺寸为435B24416布置采用两孔一组，中间隔墩为8边墩为4M总宽度L4484440桩号为02200260（3）非溢流坝段布置在两岸，桩号为00000220，048805884拦河坝设计41基本资料混凝土重力坝级别级，混凝土容重为24KN/M3，水容重为10KN/M3坝基岩石容许压应力为坝基落在较完整的半风化岩石上把体与基岩摩擦系数F06计算方法稳定计算用抗剪公式，应力计算用材料法设计洪水位1917，设计流量12400M3/S,校核洪水位1947，校核流量17500MMM3/S,下游水位172，风速V16M/S，吹程D113，建基面高程160K42挡水坝剖面设计421挡水坝坝顶高程的确定（1）校核洪水位情况波浪高度MDVH5300163/14/5波浪长度L78波浪中心线到静水面的高度MLH148020安全超高按级建筑物查水工建筑物表111得04CH坝顶高出水库静水位HC10530坝顶高程为1947111958（2）设计洪水情况风速20取1816288M/S51设V波浪高度MDVH154063/4/5波浪长度L8波浪中心线到静水位面的高度LH359020安全超高查表得05CHM坝顶高出静水位M12514坝顶高程为19172013193713比较两种情况取二者中较大者1958作坝顶高程422挡水坝的剖面尺寸确定1）根据交通与运行管理的需要及启闭机移动工作时的需要，坝顶应有足够的宽度。一般取坝高的810，且小于2。当坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度应满足安M装门机轨道的要求，本设计取82）坝高最大坝高为坝顶高程建基面高程1958160358M3）基本剖面根据工程经验，上游坝坡系数常采用N002，常做成铅直上部或下部倾向上游，下游坝坡系数采用M0608，坝底宽约为坝高的0709倍。本设计采用直线坡，上游面坡率为0，下游坡率为075利用几何关系可知下游折坡高程18513坝底宽度为2685挡水坝剖面图如下图43溢流坝剖面设计431溢流坝面曲线设计定型设计水头HS194718157595取HS12HS/HZMAX12/132091M查表得最大负压值2411100162092401924/3QSM/3满足泄洪要求SM/32）当通过校核洪水时1H019471815132MH0/HD132/1211SM/MD10125，M050898102570631243149431175001723892501782/QSM/3满足泄洪要求SM/3442底孔过流能力验算底孔设计流量920校核流量1000孔口尺寸435采用孔口出流公SM/3SM/3式底孔包括喇叭口段，门槽，闸GHAQ2RL41门及出口部分存在局部损失20L根据相似三角形求得L为175水力半径求得R为0933M8021930457设计洪水情况下239988QSM/3四孔泄量4239956920满足泄洪要求SM/3S/3校核洪水情况下2578921480S/3四孔泄量42571028，满足泄量要求。S/345闸门闸墩及工作桥设考虑经济使用因素本设计采用弧形闸门作工作闸门，用平板闸门作检修闸门平板门采用1212M弧形门门高按设计洪水位考虑102，按校核洪水位考虑为132取12作为M设计门高宽为孔宽12，弧形门半径R按规范R/H1115,取13得弧形门半径R156M支铰位置一般在1/23/4倍门高处即69的位