凤鸣桥一级水电站厂房及管道设计

1、 目 录摘要11 前言16 结论6总结与体会6谢辞6参考文献6附录8 摘要本毕业设计的题目是凤鸣桥一级水电站厂房及管道设计。根据已有的原始资料和该处地形图进行设计，主要内容有：枢纽布置、厂房类型确定、水轮机型号的选择，蜗壳尺寸的确定，尾水管尺寸的确定，调速器和蝶阀的型号选择，水电站厂房尺寸的确定，、引水系统布置、引水系统设计、厂房布置设计，并根据要求绘制相应的枢纽总平面布置图、引水系统布置图、厂房机组中心横剖面图、厂房机组中心纵剖面图、厂房各层（发电机层、水轮机层、蜗壳层）平面图一张平面布置图和剖面图。水电站位于龙门山华夏系构造体系两大断裂挟持的狭长断块上水文地质条件比较简单，主要是砂页岩的层

2、间裂隙水和第四系松散堆积物中的孔隙水，隧洞施工中局部有涌水现象。本电站系开发湔江团山至通济场区间的水能资源，采用低闸取水，通过压力隧洞引水的高水头引水式式电站。  本电站的设计水头为140米，单机容量9000kW，共两台机组，总装机容量1.8万kW。 关键词：厂房设计、水轮机型号、剖面图、水库、地形、枢纽工程。Abstract The topic of this graduation design is fengming bridge level of hydropower plant and pipeline design. Based on the available raw d

3、ata and topographic map to carry on the design, the main contents are as follows:Hub layout, the selection of water turbine type, plant type, the determination of size of the spiral case, the determination of the tail pipe size, speed and butterfly valve type selection, determination of hydropower p

4、lant size, water diversion system layout design, the workshop layout design, water diversion system, and draw the corresponding according to the hub unit, water diversion system layout, plant general layout center section map, units center profile, factory floors(generator, turbine, volute layer) pl

5、an a layout plan and section.Hydropower station is located in the longmenshan cathaysian tectonic system two big fracture of long and narrow fault block on hydrogeological conditions is simpler, mainly sand shale interlayer fissure water and quaternary pore water of loose debris, local have phenomen

6、on of water gushing in the tunnel construction. This power plant is developed Jian jiang group mountain to tongji field range of hydropower resources, with low brake water, through the high pressure tunnel diversion of water head diversion try to power stations.This plant's design head is 140 m,

7、 stand-alone capacity of 9000 kW, a total of two units, with a total installed capacity of 18000 kW.Keywords: building design, hydraulic turbine type, terrain, hub project, profile, the reservoir. 前言水电站厂房是水工建筑物、机械及电气设备的综合体，是水能转化为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺的引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将各

8、种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。水电站厂房设计的发展随着生产力的发展而不断发展,且随着人们生活水平的提高有新的发展趋向,近年向以人为本的方向发展，厂房设计的方法随着计算机的发展有很大的发展和改善。毕业设计是我们在校期间的最后一门必修课，也是一次全面性总结性的实践环节，对我们走向工作岗位起着承上启下的作用。它是在老师指导下，综合运用四年来所学知识和科学研究的基本内容和基本工作程序，树立较强的工作概念、工程概念、经济概念，培养分析问题和解决问题的能力，完成作为一个工程师的基本训练，是为将来顺利走向工作岗位提供业务知识和能力的保证。这次

9、设计是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”，它可以巩固、联系、充实、加深、扩大我们所学的基础知识和专业知识，使我们初步掌握专业设计的流程和方法，熟练运用计算机等工具，以提高其工作效率。重要的是让我们养成了严肃认真，刻苦钻研、实事求是的工作作风和良好的工作、学习习惯。通过同学们在一起的交流与协作,培养大家的协同合作的工作作风。毕业设计对于我们来说，是一个独立设计、创作的过程，其中的每一步和每一个环节都是对我们的考验和锻炼，它将成为我们今后的学习和工作做铺垫，提高我们多方面的能力。水电站设计是水利水电工程建设设计工作的重要组成部分，其中站址的选择是个很复杂的问题，这主要是因为方案选择要考虑多方面的

10、因素。此外，厂房中各设备的布置也要考虑众多因素。我们就是要针对设计中所遇到的具体问题，运用所学知识，参考相应的书籍、规范以及一些实际工程资料，找到其解决方法。在对设计图的处理上，运用了AutoCAD的基本知识，使得绘图更加方便，快捷，从而避免了手工绘图得种种不便，提高了工作效率。同时，也运用了Word知识，使得我们对计算机知识更加巩固。在杨耀老师的悉心指导下，在同组同学邹丹、魏云洁等同学的帮助下，经过三个月的努力，毕业设计才得以顺利完成，在此谨表衷心的感谢！限于本人水平，也限于时间，涉及中难免存在疏漏和不妥之处，敬请老师和同学们批评指正。1 基本资料1.1 区域地质概况1.1.1地层与岩性 工

11、程区域内出露地层单一，主要是三迭系上统须家河组下段和中断，松散地层主要是第四系全新统的河流冲击物及坡积崩塌堆积物及第四系中更新统冰水堆积物。 ( 1)、三迭系上统须家河组下段（） 出露于金沙河下游段至尖尖山一带，主要岩性为含泥质灰岩与黑灰色灰质页岩互层，在拦河闸坝的两坝肩，夹有中厚层状黄绿灰色岩屑石英岩。含泥灰质灰岩呈深灰黑灰色，质地细腻致密，岩层表面呈褐色，强度较高。灰质页岩常夹煤线和薄煤层，易风呈碎条块状，地形上呈凹岩腔。岩屑石英砂岩为硅质胶结中粒砂岩，岩性完整坚硬。 (2)、三迭系上统须家河组中段（） 出露于尖尖山至通济场、思文场一带，为一套浅湖相含煤地层，岩性下部以灰、深灰色中厚层状细

12、粒石英砂岩、岩屑石英砂岩为主，夹灰深灰色粉砂岩、砂岩、泥质页岩和煤线。 中部由灰黄灰色厚层块状，细中粒长石石英砂岩，岩屑砂岩和岩屑石英砂岩与黄灰、深灰色粉砂岩、页岩夹煤线及薄煤层，组成不等厚互层。 上部为灰、暗灰、褐灰色中厚层，细中粒岩屑砂岩；岩屑石英砂岩和黄灰色粉砂岩为主，间夹灰、黄灰色页岩和煤线。1.1.2、地质构造 工程区域位于龙门山华夏系构造体系两大断裂挟持的狭长断块上，断块北西2km为北川映秀断裂，断块南东为灌县江油断裂（二王庙断裂），二王庙断裂发生在三迭系上统须家河组中段煤系地层之中。两断裂直线距离9km左右，由于两大断裂属区域性大断裂，致使工程区域的地层褶皱强烈，地层倒转，局部岩

13、层十分破碎。1.1.3、地形地貌及物理地址现象 工程区域属龙门山脉中段的前山中高山地貌。 白水河两岸三级阶地发育，白露河二级阶地发育，阶面宽阔平坦，延伸性好。 工区无理地质现象以风化剥蚀和崩塌现象普遍。崩塌堆积物在沟谷和斜坡坡脚为常见，以飞来峰坚硬灰岩岩块居多，干溪沟内莫家沟内崩塌堆积物和坡残积物混含的斜坡高达4050m。坝址下游也可见岩体卸荷而产生的小规模崩塌体。1.1.4、水文地质条件 工程区域内的水文地质条件比较简单，主要是砂页岩的层间裂隙水和第四系松散堆积物中的孔隙水，隧洞施工中局部有涌水现象。河水为重碳酸钙镁型水，侵蚀性对混凝土无侵蚀性。1.1.5、地震 工区内地震基本烈度为度，设计

14、建筑物已按设防要求设计。 1.2一级电站建筑物工程地质条件 1.2.1、坝址工程地质条件 拦河闸坝正常高水位1056.35m，坝高27.85m，坝顶长60m。拦河坝址位于沙金河口汇入湔江的镇口处，河道顺直，两岸边坡53°左右，对称，河床宽2730m。单斜构造，岩层产状44°53°55°，岩层倾向左岸，为顺向谷。河床堆积物为第四系全新统的砂卵石层，厚度13m，下伏地层为三迭系上统须家河组下段，岩性为轻微变质的含泥质灰岩、炭质页岩、长石石英砂岩。(1)、闸坝基础稳定性闸坝基由含泥质灰岩和炭质页岩组成，软硬相间的岩石构成不均一岩基。炭质页岩间夹少量煤线、薄煤层

15、是闸坝不稳定因素之一，炭质页岩在闸坝地基顺河产出且埋藏浅，向上游倾58°，下游临空，地下水沿层面运动使含泥较重的页岩遇水软化，成为闸坝基出抗滑稳定中的不利软弱结构面。施工中已对闸坝基出进行固结灌浆，以提高基础整体强度和抗滑稳定。(2)、闸坝基，坝肩渗漏闸坝基的含泥质灰岩，为层间裂隙含水地层，炭质页岩属相不透水层。强风化深度35m，相对隔水层顶板埋深2123m，岩层渗漏值为10个吕容，属中等较严重透水带，坝基与坝肩的相对不透水层的上限，与河谷断面很相似。经计算坝基渗漏超过有关规程规定。施工中已按设计要求对坝基做防渗帷幕灌浆。(3)、坝肩稳定左坝肩为层状反向结构岩石边坡，岩性为含泥质灰岩

16、中部夹砂岩，炭质页岩，卸荷宽度35m，强风化带宽度26m，局部有卸荷崩落现象，边坡稳定性好。右坝肩为层状顺向结构岩石边坡，岩性为含泥灰岩与炭质页岩互层，间夹强度较高的薄层细砂岩，强风化带宽3m，边坡稳定性稍差。因砂页岩互层、顺层，且岩层倾角较陡，施工开挖过程中极易产生顺层滑塌，开挖中已采取钢筋锚固方法处理以达到安全稳定。(4)、绕坝及库区渗漏两坝肩的相对不透水层深度查明，右坝肩深18m，左坝肩23m，标高1032m、1038m，右坝肩岩层渗漏量2070个吕容值，左坝肩岩层渗漏量小于20个吕容值，两坝肩的岩层属中等透水地层。施工中两坝肩已按设计要求进行了帷幕灌浆防渗处理。右坝肩沿勘探轴线向山体深

17、部从库内向下游曾经为老百姓挖煤井巷，顺河延伸，施工中将该井巷作为施工导流洞进行扩挖，工程完工后进行封堵，并做了回填灌浆处理。库岸全部由三级阶地的基座组成，弱透水岩层和多层相对隔水的岩石相间产出，且山体宽厚，无渗漏之虑。在近坝的右侧比较蛇纹矿机修房围墙与至银厂沟的公路下的地基，是一单薄的垭口，岩基侵蚀面较低，其上全为的冰水堆积物所覆盖，构成近坝的库盘，长度100m。水库蓄水后，库岸再造危及公路路基，存在渗漏的可能性。施工中已将灌浆轴线延伸，对机修房至公路一带进行灌浆处理。1.2.2、引水隧洞工程地质条件引水隧洞全长6.991Km，为有压隧洞。(1)、0+0001+886m隧洞轴线与岩层走向交角2

18、769º之间，出露岩性为砂质泥灰岩、炭质页岩、细砂岩及砂质页岩。局部含薄煤层，大部分为类围岩，稳定性好，少量类围岩，隧洞埋深80300m，最深达500m。施工隧洞中多处设有瓦斯抽放点，为高瓦斯施工隧洞。(2)、1+8866+991m本段隧洞轴线与岩层走向交角在2739º，洞身埋深较浅，一般40m，最浅不足20m。眼行为层状薄层状砂岩夹炭质页岩，炭质岩夹薄煤层，炭质页岩夹砂岩，裂隙发育，地下水活动强烈，局部有涌水现象。围岩类别大部分为类，稳定性差，小部分为类围岩，较稳定。1.2.3、引水隧洞综合评述（1）瓦斯与煤沫粉尘的爆炸性能引水隧洞围岩，绝大部分为的煤系地层，据测定，瓦斯

19、气体成分，以沼气为主，其次是二氧化碳、硫化氢、一氧化碳等，其煤沼气涌出量高出国家制定的划分标准24倍以上。初设报告中指出必须予以高度重视，施工中通风必须充分；同时要严厉控制各种激发煤炸的因素，以杜绝洞（井）毁人亡的事故发生。（2） 采空内对工程的影响 工程区内煤系地层中有开采价值的煤层约有10层左右，单层厚度1m左右，隧洞通过地段与采掘殆尽的地下空层多次相交，本次施工中，在3+6703+796、3+9704+123m、5+3305+360及6+1606+280m四处，不同程度受到废弃煤洞的影响，其稳定性极差，均发生过较大规模的严重塌方，甚至冒顶，给施工造成极大的困难。施工均采用强支护，短进尺等

20、方法强行通过。（3） 地下水隧洞围岩层状产出，砂、页岩互层，岩层裂隙发育，地下水在隧洞不同部分表现不均，地下水一般呈线状、雨淋装、大脉涌出，给施工带来一定的困难。在岩石破碎及软弱岩层中与地下水出露，往往造成较大的塌方。施工中一般均能排水疏干，地下水对隧洞施工影响是有限的。（4） 干溪沟崩塌堆积体的影响干溪沟一带为隧洞必经之路，施工中发现飞来峰崩坡积体在地表广泛分布，隧洞若在崩积体内是难以通过的，因此隧洞在此通过处的岩性及覆盖厚度对施工，甚至设计改线将产生重大影响。干溪沟出露地层单一，主要为第四系全新统崩坡积、残坡积层，三迭系须家河组下段地层。崩坡积体为天台山飞来峰崩塌所致，成分为灰白色灰岩加黄

21、色粘土，灰岩碎块直径13m，占75%，其余为黏土充填稳定性极差无成洞条件。通过钻探勘测查明崩塌堆积体在洞线分布长度420m，最大厚度33m，一般2025m厚，沿轴线下游方向减少至数米厚。干溪沟隧洞洞顶高程1041m，而崩坡积体与下伏基岩分界线高程10741049m，洞顶距崩坡积体地步3338m，隧洞仍按原线在三迭系须家河组下段基岩地层中施工。1.2.4.厂区工程地质条件（1）、调压井调压井出露地层为三迭系上统须家河组中段，岩性为灰褐、灰色，表层风化为褐黄色细粒岩屑砂岩，夹薄层页岩，自然边坡40º，风化卸荷严重，裂隙发育，浸水后岩石易软化，施工开挖中发现岩石破碎，完整性差。(2)、压力

22、管线压力管线在施工阶段进行了详细的勘探工作，查明了管线的工程地质条件。压力管线全长500余米，平均坡度15º左右，覆盖层为风化剥蚀的第四系全新统坡、残积体，岩性为灰褐色黏土夹少量碎石块，可塑软塑。钻孔揭露压力管线覆盖层一般在10米以上，最深达19.36m。下伏基岩为，岩性为灰、褐色细粒岩屑砂岩，岩石坚硬，陡倾角裂隙发育，夹薄层页岩，分布于管线上部；灰、褐灰色页岩为主，局部夹煤线，岩性软，夹少量中厚层岩屑细粒砂岩，分布于管线中下、部。1.2.5.厂房厂房区位于山坡下部平缓地带，残积层为黑褐色亚粘土，层厚35m，下伏基岩为深兰灰色泥质粉砂岩夹页岩及煤线，岩性软弱，抗风化力弱，遇水易软化。

23、1.3.凤鸣桥一级水电站水工设计1.3.1.工程的等级本工程总装机容量2×9000KW，根据SDJ1278规范及其补充规定，应属4等工程，主要建筑物按4级设计，它包括拦河闸、进水闸、有压引水隧洞、调压井、高压管道、主副厂房等。其它建筑物均按5级设计，工程洪水标准按表21采用。抗滑稳定安全系数：基本荷载组合：特殊荷载组合：1.3.2.基本资料及主要数据（1）、水文根据谁水能计算和地形、地质条件，各建筑物主要水位计算选定如下：拦河闸：正常蓄水位：1056.35m 死 水 位：1051.00m厂房： 正常尾水位：897.00m电站引用流量：15.0（2）、气象多年平均气温15ºC

24、，极端最高气温36.9ºC，极端最低气温-6.2ºC，最大风速12m/s。2.枢纽布置2.1：水电站类型的确定 开发河流水流的水电站，按集中河段落差的以形成水头的措施不同，分为坝式，引水道式和混合式三种电站。 根据所给出的地质条件和工程地质图上可以发现，在工程的选址一带有大量的居民，而且地势较为平坦，高程相差不大，如果进行拦河筑坝的话，将要造成上游较大的淹没，移民搬迁的工程量将要加大，工程投资加大，工期将会被延长，同时，由于水库淹没范围较大，对于原生态的河流会造成巨大的破换，打破它原有的生态平衡。除此之外，若修建大坝，地下水位将要相应的太高，可能会在上游形成沼泽或者是造成土

25、地的盐碱化。 由于该电站的设计装机容量为1.8万千瓦，因此，这个电站所在的流域沙金河的流量不大，如采用修建大坝的话，投资和发电效益讲不成正比。因为流量较小，装机容量有限，而大规模的修筑大坝的话，会有很大的投资，造成资金的浪费，业主的利益得不到最大化，这显然是业主不愿意看到的。 综上所述，采用修筑大坝的方式是不可取的，最好是采用引水式水电站。引水式电站是在河段上游筑闸或者是低坝（无坝）取水，经过人工引水道引水到河段下游集中落差所建的电站。没有高坝就没有大面积的淹没，就减少了搬迁，减少了投资，节约了成本，以最小的投资换的了最大的利益，使业主的利益得到了最大化的同时，也减少了对原河流生态的破坏,保护

26、了环境。2.2：厂房类型的确定 按照厂房的结构受力特点并且结合其在工程枢纽中所在的位置进行分类，一般有河床式厂房，坝后式厂房，坝内式厂房，岸边式厂房以及地下式厂房。但是经过对凤鸣桥一级电站处的地质地形条件进行分析之后，在上一节中电站的类型最终选择了引水式电站，因此，厂房的类型也只能是相应的选择岸边式厂房。 岸边式厂房是靠筑坝取得水头的电站，枢纽布置中厂房不设在河床中的坝后，而是在河岸内布置引水道，将厂房设在与坝有一定距离的岸边：或者是在引水道式或混合式水电站中，引水道比较长，厂房布置在离坝体相当远的岸边。这类厂房就是岸边式厂房，又被称为河岸式厂房或是引水式厂房。2.3：拦河闸位置的选择 根据有

27、给的地形地质条件和工程图纸可以发现，拦河闸的位置的选择较多，可初步确定为三种方案。方案一：沙金河的下游段：方案二：白水河的下游段，方案三：在沙金河和白水河交汇处。 根据已有的地质勘测结果可知，白水河以及沙金河与白水河交汇处是下游段的地势起伏不大，相对较为平坦，要是筑坝之后，虽然水位不高，但是仍然会造成较大的淹没，造成移民搬迁的工程量加大，加大了投资，而且也不利于对原有的生态系统的保护。所以，方案二和方案三是不适合的。至于方案一的条件相对较好，沙金河的下游段有起伏的山地，筑坝后不会造成过大的淹没和移民搬迁。在沙金河和白水河交汇处的上游段，金沙河左岸有较为雄厚的山体，且地势较高，经过地质勘探部门的

28、勘测之后，发现该山体绝大部分是处于密实稳定的状态，只有干溪沟出露地层单一，山体较为破碎，无成洞条件，但是，经过仔细勘测发现该破碎山体的厚度不大，而设计的洞线在破碎山体的下方经过，所以，也是能够满足设计要求的。 综上所述，拦河闸位置的选额采用方案一。2.4：厂房位置的确定 水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转化为电能的综合工程设施。厂房中安装有水轮机，水轮发电机和各种辅助设备，其主要的任务是满足主辅设备及其联络的线缆和管道布置的要求与安装，运行和维护的需要，保证发电的质量，为运行人员创造良好的工作环境，以美观的建筑造型协调和美化自然环境。 根据所给出的工程地质的图纸和文字描述可知，凤鸣桥

29、一级水电站位置大概有三个方案可以选择。方案一，在有压隧洞末端上坡上（在黎家沟后边山坡的上部），方案二，是在黎家沟后边山坡下部较平缓且靠近红山村小学的地方，方案三，是在离黎家沟后边山坡下部较远且靠近麻柳沟一带。以下是对三种方案的比较选择。 对于方案一，由于电站在规划设计时的设计装机容量是1.8万千瓦，设计水头较高，而根据地质勘探和所给出的有关图文资料可以发现，要满足设计要求，蜗壳的进水口必须要设置在山坡下部才能满足水头的要求。再者，要是把厂房布置在山坡上的话，由于平均坡度是15度左右，覆盖层为风化剥蚀的第四系全新统坡，残积体，岩性为灰褐色粘土夹少量的碎块石，可塑-软性，钻孔揭露压力管道的覆盖层一

30、般是10米以上，岩石坚硬。陡倾角裂隙发育，夹薄层页岩，分布在山坡的上部，灰褐色页岩为主，局部夹有煤线，岩性软，夹少量中厚岩屑细粒砂岩，分布于山坡的中下部，所以，山坡地质条件不但较差，还不是很稳定，且山坡上地基处理还比较困难，必定会加大投资，延长工期，另外，还有从新修建上山的进厂公路，故方案一是不合适的，不可行。 至于方案三，将厂房布置在下部较为平坦的地带，只能将其布置在麻柳沟一带。对麻柳沟进行钻孔分析可知，经过地基处理后，是可以满足厂房要求的，但是麻柳沟一带的高程只有829米左右，要是将一级电站的厂房设置在这里的话，将要削减二级电站的水头，使得二级电站不能达到效益的最大化，要想使二级电站达到设

31、计水头的话，就必须将二级电站继续向下游地方移动，但是，这样的话将加大一二级电站引水隧洞的总长度，增加了投资和工期。另外在麻柳沟一带没有现成的公路，必须要重新修建一条进厂公路，又将增加工期和投资。所以，方案三页不适合，不可行。 对于方案二人，即在山坡下部的平缓且靠近红山小学的地方，在这里残积层为黑褐色的亚粘性土，粘土，层厚为3到5米，下伏基岩为深兰灰色粘质粉砂岩夹页岩及煤线，岩性软弱，抗风化力弱，遇水易软化，虽然地质条件不是很理想，但是经过地基处理之后，还是能够满足厂房对于地基的要求的。更重要的是山坡下部平缓地带的高程适中，能够同时满足凤鸣桥一二级电站对水头的要求，另外在这一地带有至彭县的公路，

32、不需要专门修建公路，只是需要修建很短的一段进厂公路，即节约了投资，又缩短了工期。因此方案二是可行的。 综上所述，厂房的位置选择方案二在山坡下部平缓地带且靠近红山小学的旁边。3、引水系统的设计3.1、进水口设计 在水利水电工程中，为发电供水等综合利用的目的，往往需要在天然河道、湖泊和调节池中取水，深式进水口及有压进水口为了适应这一需要而设置的一种水工建筑物，深式进水口应满足水工建筑物的一般要求，即结构安全、布置简单、施工方便、造价低廉以及可靠并适应注意美观。3.1.1、进水口位置的比选根据地质条件可知，左坝肩为层状反向结构岩石边坡，岩性为含泥沙质灰岩中部夹砂岩，灰质页岩卸荷宽度35m,强风化带宽

33、度2-6m,局部有卸荷崩落现象。边坡稳定性较好。右坝肩为层状顺向结构岩石边坡，岩性为含泥灰岩与炭质页岩互层，间夹强度较高的薄层细砂岩，强风化带宽3m,边坡稳定性稍差。所以，为了减小施工的工程量，减小衬砌支护，从岩坡的稳定性方面来判断应该选择左坝肩为进水口的位置。 3.1.2、 进水口的类型的比选 在上一节中已经确定了水电站为引水式电站，故电站要采用隧洞引水发电，而本电站为有压引水隧洞，因此要采用深孔进水口。按照进水口的布置我进口型式，可分为竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式等。塔式进水口是独立于隧洞首部而不依靠岩坡的封闭式塔或框架式塔，塔底装设闸门。容易受到风浪地震的影响，适用于覆盖层较厚，岩石比较

34、破碎的情况，而此地区的地震烈度是级，并且岸坡比较稳定，岩石比较完整，所以，不适合用塔式进水口。岸塔式进水口是靠在开挖后洞脸岩坡上直立的或是倾斜的进水塔。岸塔式进水口的稳定性较塔式的好，甚至可对岩坡起到一定的支撑作用，施工安装也比较方便，适用于岸坡较陡，岩体比较坚固稳定的情况。左岸岩石边坡比较稳定，但是坡度不是十分的陡峭，所以，也不是最佳选择。斜坡式进水口是在较为完整是岩体上进行平整开挖、衬砌而成的一种进水口。虽然这种方式结构简单，施工、安装方便，稳定性好，工程量小。但是进口部抬高，则闸门面积将加大，由于门槽倾斜，闸门不易靠自重下降。斜坡式进水口一般适用于岩坡较缓的情况。而左岸的坡度是53

35、76;左右，不是很平缓。故也不采用斜坡式进水口。竖井式进水口是在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，竖壁衬砌，闸门设在井的底部，井的顶部布置启闭机械及操纵室。这种竖井结构简单，不受风浪和冰的影响，抗震和稳定性好，当地质条件适宜时，工程量较小，造价较低。适用于地质条件较好，岩体比较稳定的情况。而左岸进水口处的岩体较为稳定，适合用竖井式进水口。综上比较考虑，最终选择用竖井式进水口设计。 图3.1进水口示意图3.1.3、进水口高程计算为保证进水口处于有压状态，以使水流流态稳定，进水口的高程应低于运行中可能出现的最低水位，并有一定的淹没深度。并应使进水口的底板高程高于水库淤沙高程1.0m1.5m，但本水电站

36、枢纽的水库淤沙高程较低，不影响进水口高程的选择与布置，因此该因素不予考虑。为避免进水口前出现吸气漏斗和漩涡的临界深度按下式计算 ： 式中：为无漩涡的临界淹没水深 为经验系数，一般取为0.550.73，对称进水时取小值，侧面进水时取大值，本设计取0.7计算。 为闸门断面的水流流速，取闸门段面最大引用流量时的流速。 为闸门孔口净高，本设计为7.0m。经计算得：Sk=0.7×15.42.6×3.03.0=2.4m则进水口底板高程为：底=死-k-H=1051.00-2.4-3=1045.60m3.1.4、引水道直径的计算 由水轮机选择计算知，水轮机单机最大引用流量为7.7m3/s，

37、为减少水头损失，所以，隧洞中的流量应该是15.4m3/s。 引水道的经济直径为（彭德舒公式）： D=7KQ3140=75.2×15.43140=2.016m 取2.0m其中：K是系数，在5-15之间，一般取5.2 Q是最大流量为15.4m3/s H是设计水头为140m 所以，隧洞和压力管道的直径暂时选取为2.0m3.1.5、进口段尺寸设计 进口段的形状一般是根据水电站进水口的布置方式以及引用流量来考虑，其断面一般为矩形，可为单孔或是双孔。为使水流平顺的进入引水道，减少水头损失，进口流速不宜过大，一般控制在1.5m/s左右。 进口曲线形状必须适合水流收缩状态，以免在曲线段形成负压区。进

38、口段顶板曲线目前常用1/4椭圆曲线。 进口段顶板曲线采用1/4椭圆曲线 其中为椭圆曲线的长半轴，一般取（11.5）D，本设计取1.1D=3.0m b为椭圆曲线的短半轴，一般取（1/31/2)D，本设计取1/2D=1m。 则进口顶板的椭圆曲线方程为：x232+ y212=13.1.6、渐变段尺寸的计算 渐变段是闸门段到压力管道的过渡段，其断面面积和流速应逐渐变化，使水流不产生漏流并尽可能减少水头损失。由矩形变成圆形通常采用四角加圆角过渡圆弧的中心位置和圆角半径r均按直线变化，渐变段长度根据经验，一般为压力管道的1.52.0倍，本设计取为5m。收缩角不超过10度，以68度为宜，本设计取为6度。收缩

39、斜率不大于1:5-1:8。渐变段长度 L=1.8*2.8 =5.04m 取5.0m， (由于在后面的调保计算中发现该电站的隧洞取2.0m时，不能满足调保计算要求，最终确定直径为2.8m)。收缩角取为6°。 图3.2渐变段结构示意图 单位：mm3.1.7、闸门段尺寸计算闸门段进口段和渐变段的连接段，是安装闸门（工作闸门和检修闸门）和启闭设备的部分。闸门段通常设计成横断面为矩形的水平段，其高度一般大于或是等于引水道直径D，宽度一般是等于或是稍小于引水道直径D，但是整个闸门段国税横断面常取后接的引水道面积的1.1倍左右。闸门段的长度主要取决于整套闸门设备布置的需要，检修闸门和工作闸门的净距

40、一般不小于工作闸门的净高、宽的0.4倍，且不小于闸门的安装、维护工作所需的净空间。因此，经过综合考虑决定采用2.6m宽，3.0m高的闸门进口，闸门段长度采用4.0m。前面是检修闸门，后面是工作闸门，闸门净距为2.0m。 图3.3 进口段、闸门段、渐变段纵坡面示意图 单位：cm3.1.8、通气孔和进人孔的设计引水管道在进行冲水或是放空过程中，闸门后需要排气和补齐，特别是在动水关闭时，问题更为突出。为此，应该在紧靠闸门后设置通气孔。为保证当引水道充水时可以排气，在事故闸门之后设置一通气孔，同时可保证引水道排水时供气，避免引水道内产生较大负压。通气孔的面积：为通气量，采用引水道的引用流量15.4m3

41、/s为通气孔进气流速，一般为40-45m/s，这里取为40m/s所以，通气孔的面积A=15.4/40=0.385m2,故通气孔的直径为0.8m，取1.0m。为了便于压力管道内部的检修，需要设置进人孔。进人孔通常和通气孔共用，在通气孔内设置楼梯供检修人员上下。3.2、引水道设计引水道的路线选择是设计中的关键，它关系到隧洞的造价，施工难易，工程进度，运行可靠性等方面。3.2.1、隧道线路比选 根据给出的地质资料，初步设计选用两种方案，方案一：从左岸进水口处出发，经过尖尖山，干光沟一带到达黎家沟上游带的上坡上，全长6991m：方案二：引水线路依山布置。 经过地质勘探部门的勘探设计之后，发现该山体绝大

42、部分是处于密实稳定的状态，只有干溪沟出露底层单一，主要是第四系全新统崩坡积。残坡积层，三迭系须家沟河组下段地层，崩坡积体为天台山飞来峰崩塌所致，成分为灰白色灰岩夹黄色粘土，灰岩碎块直径为1-3m，占75%，其余为粘性充填稳定性极差无成洞条件。但是，通过钻探查明崩塌堆积体在洞线分布长度420m，最大厚度33m，一般是20-25m厚，沿轴线下游方向减少至数米厚。干溪沟隧洞洞顶高程1041m，而崩坡积体下伏基岩分界线高程1074-1049m，洞顶距离崩坡积体底部是33-8m，所以，方案一的设计是可以被满足的。至于方案二，引水道若是傍山布置的话，则要以明线为主，则线路很长，交叉建筑物多，占地搬迁多，造

43、价很高，运行的可靠性也得不到保证，因此，只好采用以隧洞为主的方案，既经济有可靠安全。综上所述，采用方案一的布线方案。3.2.2、供水方式的比选 压力管道向多台机组供水的方式有三种，单元供水、联合供水和分组供水。本电站采用的是两台机组，所以分组供水的方式不可取，只有两种方案进行比较选择。方案一：单元供水，方案二：联合供水。 对于单元供水方案，管道的尺寸较小，易于制作，但是在布置时候，管道在平面上所占的尺寸较大，管道布置与前池、调压室的连接比较困难，在相同的水头损失下，造价较高。适用于混凝土坝身管道，单管流量很大或是长度较短的地下埋管和明管。而联合供水单管规模大，多分叉管，但是布置较简单，相同时水

44、头损失下，造价较低。广泛应用于地下埋管和明管，机组数较少时，单机流量较小，迎水道较长的情况。本电站的压力管道全长500m，如果用单元供水的话，造价太高了，投资太大，而引用流量又不是很大，所以，综合考虑只能选择联合供水的方式。综上所述，采用方案二联合供水。3.2.3、管道进厂方式的比选明管的进厂方式有三种，方案一：正向引进：方案二：纵向引进：方案三：斜向引进。方案一，正向引进钢管轴线与厂方轴线垂直。优点是水流平顺，水头损失较小，开挖量小，进厂的交通方便。但是，当管道破裂的时候，高压水流会对厂房的工作人员的安全构成很大的威胁，比较适用于低水头电站。而本电站的水头较高，而且，从安全的角度出发不宜采用

45、方案一。方案二纵向引进，主管轴线和厂房轴线平行。这种方式可以减少管道破裂时候对厂房工作人员的威胁，但是水头损失增加，会使厂房的开挖量增加，适用于高中水头的电站。但是由于水头损失较大，所以，综合考虑也不适用。方案三斜线引进，介于正向引进和纵向引进之间，主管轴线和厂房轴线斜交成一定角度，当地形、地质条件，引水系统和厂房布置要求适宜时采用这种方式，多用于分组供水和联合供水的水电站。本次设计的是联合供水，而且，水头损失也没有正向引进大，地形、地质的条件也适合斜向引进。综合考虑选用方案三斜向引进。3.2.4、调压室的设置判断 由于设置调压室增加了建造费用和维护费，调压室的投资有时占引水系统投资的比例相当

46、大，相当于厂房的土建投资，因此是否设置调压室，必须经过电站的引水系统与机组联合调节保证计算及电站稳定运行综合分析，进行技术经济比较加以论证。初步分析时，可用表征压力引水系统惯性大小的水流加速时间，也称作压力引水道的惯性时间常数值来判断设置上游调压室的条件，其式为： 上式中：为压力引水道（包括蜗壳及尾水管）各段之长度； 为上述各段水道相应的流速； 为重力加速度； 为水轮机的设计水头； 为的允许值，一般取为24s。根据在地质平面图上引水线路的布置，由比例测量出压力水道长度约为500m，隧洞的长度是6991m。压力水道中的流速取为各段水道的平均流速，取为2.5m/s。设计水头为140m。 则Tw=7

47、591×2.59.81×140=13.65 S > 所以，要设置调压室。3.2.5、调压室位置的比选 根据给出的地质资料，调压室的位置有三种方案。方案一，在厂房后面山坡的下部：方案二，在厂房后面山坡的中部：方案三，在厂房后面山坡的上部。 方案一虽然离厂房较近，可以减小压力管道与水轮机的水锤压力，但是，这里的水位太低，在水位线以下很多，并且，隧洞的开挖将要增大，坡度较大，不符合隧洞布置的要求，施工难度加大，投资也加大了很多。所以，不是很理想。 方案二在山坡的中部，这个方案与一相比较好点，但是，隧洞的坡度就还是比较大，而且，在山坡的中部的地质条件是相当差的，很不稳定，要是

48、调压室设在这里的话，基础处理是相当困难的，投资也是相当的大。所以，也不太适合。 方案三虽然离厂房较远，水锤较大，但是经过后面的调保计算是符合要求的，而且，山坡顶部的地质条件较好，基础的处理较为简单，不是很复杂，投资不是很大，并且，也满足隧洞布线的相关规范。 综上所述，采用方案三，在厂房后面山坡的顶部设置调压室。调压室采用简单圆筒式的调压室。3.3、调节保证计算计算有压引水系统的最大和最小内水压力，最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内

49、。选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。研究减小水击压强及机组转速变化的措施3.3.1、 调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。3.3.2、调节保证计算的标准机组在丢弃负荷的过程中，一般情况下，最大转速上升率，对于大型电站，对于冲击式机组。机组在丢弃全负荷时，若电站设计水头小于40m，允许的最大压力上升率为0.50.7，若电站的设计水头大于40m小于100m，允许的最大压力上升率为0.30.5，若电站的设计水头大于100m，允许的

50、最大压力上升率为小于0.3本次电站的水头是140m，所以，允许的最大压力上升率为小于0.33.3.3、调节保证计算的内容丢弃全负荷或部分负荷时：机组转速最大升高值、压力管道及蜗壳内的最大水击压强、尾水管真空度校核，同时应注意开度变化时的反击水击是否超过了增加负荷时的水击值。增加全负荷或部分负荷时：机组转速最大降低值，只对单独运行的电站计算，加入系统运行的地在那还能，转速受系统频率的制约，不可能有很大的降低、压力管道和蜗壳内最大压力降低值。3.3.4、 调节保证计算过程水电站的调节保证计算一般按以下两种工况计算，并取较大值：在设计水头下丢弃全负荷，通常发生最大转速上升率。在最大水头下丢弃全负荷，

51、通常发生最大水锤压力。3.3.5、 调节保证计算基本数据由前面计算可知，压力管道长度取为500m，压力钢管直径为2.0m。压力钢管属于地下埋式钢管，则水击波速为1200m/s。机组转速为1000r/min，最大引用流量为15.4m3/s。水电站设计水头为140m。水电站最大水头为155m水电站最小水头为138.86m3.3.6、设计水头下丢弃负荷情况 设计水头是140m，则： 其中：（ ） 所以： 故，发生末象水锤 此时，对导叶的关闭时间Ts进行初步确定，用试算的方法。 当关闭时间为4s时， 关闭时间是5s，6s时候，也是小于0.3的，只有当关闭时间为7s时： 此时，转速上升率为（按列宁格勒金

52、属工厂公式计算）上式中：为机组额定容量，为9000KW。 为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机，对于轴流式水轮机。这里取5.6s 为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9-15水锤影响系数根据管道特性系数得f=1.15。飞轮转矩的计算： 上式中：为经验系数，查水电站机电设计手册水力机械分册167页表3-10，取4.5 为定子铁芯内径（m）。 为定子铁芯长度（m）。则飞轮转速为： GD2 =将以上数值代入转速上升率公 由于不满足水锤要求，所以，要对隧洞直径从新设计，结果反复调整，并进行了水锤计算之后，最终选用了D=2.8m的隧洞直径。又根据上面的步骤从新计算：设计水头是14

53、0m，则： 其中：（）所以：故要发生第一象末水锤： 其中 当Ts=4s 时：所以： 符合要求 符合要求上式中：为机组额定容量，为9000KW。 为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机，对于轴流式水轮机。这里取3.2s 为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9-15水锤影响系数根据管道特性系数得f=1.12。 当 时： 符合要求 符合要求上式中：为机组额定容量，为9000KW。 为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机，对于轴流式水轮机。这里取4.0s 为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9-15水锤影响系数根据管道特性系数得f=1.11。 当 时： 符合

54、要求 符合要求上式中：为机组额定容量，为9000KW。 为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机，对于轴流式水轮机。这里取4.8s 为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9-15水锤影响系数根据管道特性系数得f=1.10。 当 时： 符合要求 符合要求上式中：为机组额定容量，为9000KW。 为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机，对于轴流式水轮机。这里取5.6s 为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9-15水锤影响系数根据管道特性系数得f=1.09。 当 时： 符合要求 不符合要求上式中：为机组额定容量，为9000KW。 为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机，对于轴流式水轮机。这里取6.4s 为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9