坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算计算书最新

1、.水利水电工程专业毕业设计.;-1-目录目录1 重力坝非溢流坝段重力坝非溢流坝段41.1 剖面设计剖面设计41.1.1 坝高的确定41.1.2 坝底宽的确定41.1.3 实用剖面51.2 荷载计算荷载计算61.2.1 设计洪水位下荷载61.2.2 校核洪水位下荷载71.3 稳定验算稳定验算91.3.1 设计洪水位下91.3.2 校核洪水位下91.4 应力验算应力验算 101.4.1 设计洪水位下101.4.2 校核洪水位下101.5 坝内廊道及坝基处理坝内廊道及坝基处理111.5.1 坝内廊道111.5.2 坝基处理111.5.3 坝体分缝122 重力坝溢流坝段重力坝溢流坝段 132.1 剖面

2、设计剖面设计 132.1.1 堰顶高程的确定132.1.2 堰面曲线142.1.3 下游反弧段152.2 荷载计算荷载计算 172.2.1 设计洪水位下荷载172.2.2 校核洪水位下荷载18坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-2-2.3 稳定验算稳定验算 192.3.1 设计洪水位下192.3.2 校核洪水位下192.4 应力校核应力校核 202.4.1 设计洪水诶下202.4.2 校核洪水位下202.5 溢流坝消能抗冲刷措施溢流坝消能抗冲刷措施212.5.1 挑距212.5.2 冲坑212.5.3 导墙高度213 机电设备及辅助设备选择机电设备及辅助设备选择223.1 特征水头的计算

3、特征水头的计算223.1.1 校核洪水位下223.1.2 设计洪水位下223.1.3 正常蓄水位+一台机组满发 223.1.4 正常蓄水位+四台机组满发 223.1.5 设计低水位+一台机组满发 233.1.6 设计低水位+四台机组满发 233.2 水轮机选型比较水轮机选型比较243.2.1 转轮直径 D1243.2.2 转速 n（最优工况）243.2.3 效率修正243.2.4 工作范围检验253.2.5 吸出高度 Hs263.3 发电机选型及主要尺寸计算发电机选型及主要尺寸计算 263.3.1 主要尺寸估算263.3.2 平面尺寸估算273.3.3 轴向尺寸273.4 蜗壳及尾水管计算蜗壳

4、及尾水管计算 283.4.1 金属蜗壳尺寸283.4.2 尾水管尺寸293.53.5 调速器与油压装置的选择调速器与油压装置的选择 293.5.1 调速器293.5.2 油压装置303.6 厂房桥吊设备的选择厂房桥吊设备的选择314 水电站厂房结构计算水电站厂房结构计算32.水利水电工程专业毕业设计.;-3-4.1 主厂房的特征高程主厂房的特征高程324.1.1 水轮机安装高程324.1.2 尾水管底板高程324.1.3 水轮机层地面高程324.1.4 定子安装高程324.1.5 发电机层地面高程（定子埋入式） 324.1.6 装配场地面高程324.1.7 吊车轨顶的高程324.1.8 厂房顶

5、部高程334.2 水电站主厂房长宽尺寸的确定水电站主厂房长宽尺寸的确定334.2.1 主厂房宽度的确定334.2.2 主厂房长度的确定334.3 主厂房各层的布置主厂房各层的布置 354.3.1 发电机层354.3.2 水轮机层354.3.3 蜗壳层364.4 水电站副厂房各层高程及平面布置水电站副厂房各层高程及平面布置 365 水电站引水建筑物水电站引水建筑物375.1 进水口高程进水口高程375.2 压力钢管的布置压力钢管的布置375.3 压力钢管的厚度压力钢管的厚度375.4 拦污栅及进水口闸门的设计拦污栅及进水口闸门的设计 385.5 通气孔的面积确定通气孔的面积确定 396 专题专题

6、发电机机座结构稳定计算发电机机座结构稳定计算406.1 荷载及组合荷载及组合406.1.1 荷载406.1.2 组合426.2 机墩动力计算机墩动力计算426.2.1 机墩强迫振动频率426.2.2 机墩自振频率426.2.3 共振检验与动力系数确定 436.2.4 振幅检验446.3 机墩静力计算机墩静力计算45坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-4-6.3.1 垂直正应力456.3.2 剪应力456.3.3 主拉应力466.3.4 应力校核471 重力坝非溢流坝段重力坝非溢流坝段1.1 剖面设计1.1.1 坝高的确定1.1.1.1 设计洪水位下计算风速 Vf=(1.52)*1.15=

7、1.7252.3 取 2m/sHm=289.5-200=89.5m吹程 D=1.4km2hl=0.166vf5/4D1/3=0.09mho=cth=0.07mLlhl242LlHlhc=0.7m坝高为 289.5+0.09+0.007+0.7=290.297m1.1.1.2 校核洪水位下计算风速 Vf=1.15m/sHm=291.8-200=91.8m吹程 D=1.4km2hl=0.166vf5/4D1/3=0.04mho=cth=0.0024mLlhl242LlHlhc=0.5m坝高为 291.8+0.04+0.0024+0.5=292.35m1.1.1.3 坝高坝高取较大者 292.35m

8、。1.1.2 坝底宽的确定基本剖面是以校核洪水位为高，再确定一个满足应力和稳定条件的最小坝底宽。稳定条件.水利水电工程专业毕业设计.;-5-mHBfc72.6325. 035. 235.9272. 025. 00应力条件mBmfkHBc85.6883.65)2 . 039. 2(7 . 08 .911 . 1)(10取m=0.75图 1-1 非溢流坝基本剖面1.1.3 实用剖面坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的 810 %，并不小于 2m，如作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最

9、小宽度还应满足强度的要求。根据坝顶双线公路交通要求，坝顶 B取为 10m。坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-6-坝顶高程 292.35m，坝底高程 200.00m，折坡点高程 235.00m，上游坝坡坡度 1：0.15，下游坝坡坡度 1：0.75，坝顶宽 10.00m，坝底宽 74.10m，上游侧5.25m，下游侧 68.850m。 图 1-2 重力坝非溢流坝实用剖面1.2 荷载计算1.2.1 设计洪水位下荷载1.自重G11/25.253523.52159.06G292.351023.521702.25G31/258.8578.4723.554261.022. 静水压力上游：Px1/2

10、9.8189.5239290.28Py1/29.815.25（89.5+54.5）3708.18MxPx1/389.51172160.02MyPy（35e）128442.73.水利水电工程专业毕业设计.;-7-e（54.52+89.5）/（54.5+89.5）5.25/30.36m下游：Px/1/29.8118.9221755.82 Py/1/29.8114.1918.921316.87 Mx/ Px/1/318.911038.2 My/ Py/（38.851/314.2）44911.23. 扬压力U174.118.929.8113753.34U26.2517.649.811081.55U31

11、.217.6467.859.815870.67U41.26.2552.949.811622.944. 浪压力过小，忽略不计。表 1-1 设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kNm）方向2159.0633.5572436.4621702.2526.8581620.3自重54261.022.1811828939290.2829.831172160.02上游3708.1834.64128442.731755.826.3111073.37静水压力下游1316.8727.5936332.4415759.65001081.5533.92536691.58扬压力5870.678.1848041.6

12、51.2.2 校核洪水位下荷载1. 自重坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-8-G11/25.253523.52159.06G292.351023.521702.25G31/258.8578.4723.554261.022. 静水压力上游：Px1/29.8191.8241335.6Py1/29.815.25（91.8+56.8）3826.64MxPx1/394.941399152.9MyPy（38.85e）142289.1 e（60.942+94.94）/（60.94+94.94）5.1/32.36m下游：Px/1/29.8121.6822305.46 Py/1/29.8116.2621

13、.681729.1 Mx/ Px/1/318.911038.2 My/ Py/（38.851/314.2）44911.23. 扬压力U174.121.689.8115759.65U21.26.2517.539.813554.02U31.21/217.5367.859.817000.87U41.21/26.2567.859.811934.654. 浪压力过小，忽略不计。表 1-2 校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kNm）方向2159.0633.5572436.4621702.2526.8581620.3自重54261.022.1811828941335.629.831172160.

14、02上游3826.6434.64128442.73静水压力下游2305.466.3111073.37.水利水电工程专业毕业设计.;-9-1729.127.5936332.4415759.65001289.7733.92536691.587000.878.1848041.65扬压力1934.651.3 稳定验算稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。为保证重力坝的安

15、全可靠性，在结构设计的标准中，要明确规定出安全储备要求。其表达形式有定值安全系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方法验算稳定，定值系数法采用抗剪强度公式和抗剪断公式。1.3.1 设计洪水位下1.3.1.1 抗剪断公式0 . 325. 446.37534741002 . 1852.591032 . 1)(pAcUWfK1.3.1.2 抗剪稳定公式1 . 118. 146.37534)528.2404338.83147(7 . 0)(pUWfK1.3.1.3 极限状态法坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-10- 2.10.32.1)(0.12.10.10dmRRfC持久状况满足要求）

16、（）（52.88659R46.37534S46.37534)(4 .106391)(0dRRRRSACWfR1.3.2 校核洪水位下2.3.1.1 抗剪断公式0 . 313. 414.39030741002 . 1852.591032 . 1)(pAcUWfK2.3.1.2 抗剪稳定公式1 . 112. 146.37534)75.2351107.83678(7 . 0)(pUWfK2.3.1.3 极限状态法 2.10.32.1)(0.12.10.10dmRRfC持久状况满足要求）（）（75.89067R14.339030S14.39030)(3 .106881)(0dRRRRSACWfR1.4

17、 应力验算采用分项系数极限状态法进行坝体强度验算1.4.1 设计洪水位下1.4.1.1 坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数=1495.63kPa 201mJTMAWSRRRRR.水利水电工程专业毕业设计.;-11- 极限状态抗力函数 kPafRc10000 满足要求 RS1.4.1.2 坝踵抗拉强度验算 满足要求004.638RRRRRJTMAW1.4.2 校核洪水位下1.4.2.1 坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数=1858.43kPa 201mJTMAWSRRRRR 极限状态抗力函数 kPafRc10000 满足要求 RS1.4.2.2 坝踵抗拉强度验算 满足要求004.63

18、8RRRRRJTMAW1.5 坝内廊道及坝基处理1.5.1 坝内廊道灌浆廊道距坝底 4.5m，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。坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-12-廊道尺寸宽 2.50m，高 4.00m，由于

19、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。1.5.2 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 0.52 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

20、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。1.5.3 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

21、咬合，可提高纵缝的抗剪强度。.水利水电工程专业毕业设计.;-13-2 重力坝溢流坝段重力坝溢流坝段2.1 剖面设计2.1.1 堰顶高程的确定2.1.1.1 设计洪水位下12250-0.9 236.61=12037.05m3/s 0QQQs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 mLQ/q 80.247m 机组段的间距为 14.5m，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽 7m，

22、则孔口大小为 14.5-7=7.5m，取 L7.53+165=102.5m溢流坝总宽度：通过溢流坝顶的下泄流量为：smQs312250smHNQ3061.2365 .895 . 81800005 . 8坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-14-L0 102.5+47+43142.5m 计算堰上水头： 2302 HgmLQ求得 H=17.85m流速水头：则堰上水头 H=17.85-0.0135=17.836m堰顶高程=289.5-17.836=271.66m2.1.1.2 校核洪水位下15400-0.9 236.61=15169.32m3/s 0QQQs坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单

23、宽流量 q150 m2/sLQ/q 101.129m 机组段的间距为 14.5m，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽 7m，则孔口大小为 14.5-7=7.5m，取 L7.53+165=102.5m溢流坝总宽度： 102) 1(ddnnbLL0 102.5+47+43142.5m 2.1.1.3 堰顶高程及闸门尺寸综上堰顶高程为 271.66m闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高=283.0-271.66+1.5=12.84m 取12.5m。选择平面闸门，根据孔口大小，闸门有两种尺寸，取为 12.5m8.1m 12.5m16.6m。工作闸门一般布置在溢

24、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 1.5m。通过溢流坝顶的下泄流量为：smQs315400smHNQ3061.2365 .895 . 81800005 . 8mgAQgV0135. 0)2665 .89(81. 921225022222220.水利水电工程专业毕业设计.;-15-2.1.2 堰面曲线溢流面曲线采用的为 WES 曲线，其曲线方程为： yKHXndn1即： 85. 123.221xy 最大运行水头maxH=29

25、1.8-271.66=20.14mmaxH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 WESdH剖面设计，常取=（0.750.95），取=17.84mdHmaxHdH堰顶与上游采用三圆弧连接，参数如下表所示表 2-1 三圆弧参数R1=0.5Hd=8.5R2=0.2Hd=3.4R3=0.04Hd=0.68B1=0.175Hd=3.122B2=0.27Hd=4.698B3=0.281Hd=5.013堰面形态如下图所示：坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-16-图 2-1 堰面形态2.1.3 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

26、据厂房部分的计算，反弧段的底高程为 230.0m。 2022002cchgqhTmhgqhTcoco836.91036.08.9122220试算 hc0：假定：hc0=3 34.15313.135320cocohhT假定：hc0=4 57.8813.135320cocohhT假定：hc0=3.8 51.9713.135320cocohhT假定：hc0=3.9 86.9213.135320cocohhT.水利水电工程专业毕业设计.;-17-假定：hc0=3.92 98.9113.135320cocohhT假定：hc0=3.922 89.9113.135320cocohhT假定：hc0=3.923

27、 846.9113.135320cocohhT假定：hc0=3.924 802.9113.135320cocohhT假定：hc0=3.923 846.9113.135320cocohhT试算得：hc0=3.923反孤段半径，取 mhRc23.39538.231060mR30鼻坎挑角，取3520 30坎顶高程。 mHo234)30cos1 (30230图 2-2 溢流坝剖面图坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-18-2.2 荷载计算2.2.1 设计洪水位下荷载1.自重（用 CAD 计算出溢流坝剖面的面积 4508.1636）G14508.163623.5105941.84462.静水压力上

28、游：Px377.291710037729.17Py331.179.813248.78下游：Px/1/29.8118.9221755.823.扬压力U197.718.929.8113753.34U26.2517.6459.811081.86U31.21/217.64591.459.817914.88U41.21/26.2552.9359.811622.7884.浪压力过小，忽略不计。表 2-2 设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kNm）方向自重105941.84461.85195992.437729.1728.51075281.345上游3248.7847.8515747.1335静

29、水压力下游1755.826.311061.66613753.34001081.8645.72549468.0487914.8812.1295928.34扬压力1622.78846.7775897.79.水利水电工程专业毕业设计.;-19-2.2.2 校核洪水位下荷载1.自重（用 CAD 计算出溢流坝剖面的面积 4508.1636）G14508.163623.5105941.84462.静水压力上游：Px448.951710044895.17Py3360.8079下游：Px/1/29.8121.6822305.463.扬压力U197.721.689.8120778.9U26.2517.539.8

30、11289.77U31.21/217.5391.459.819435.955U41.21/26.2552.599.811934.6554.浪压力过小，忽略不计。表 2-3 校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kNm）方向自重105941.84461.85195992.444895.1728.121262452.18上游3360.807948.96164545.155静水压力下游2305.467.22616659.2520778.9001289.7745.72558974.739435.95512.12114363.77扬压力1934.6546.7790483.812.3 稳定验算稳定

31、分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况：一种坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-20-是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。2.3.1 设计洪水位下2.3.1.1 抗剪断公式0 . 399. 535.35973977002 . 114.819002 . 1)(pAcUWfK2.3.1.2 抗剪稳定公式1 . 159. 135.3597314.819007 . 0)(pUWfK2.3.2 校核洪水位下2.

32、3.1.1 抗剪断公式0 . 389. 471.42589977002 . 13725.758632 . 1)(pAcUWfK2.3.1.2 抗剪稳定公式1 . 124. 171.425893725.758637 . 0)(pUWfK2.4 应力校核2.4.1 设计洪水诶下2.4.1.1 坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数 kPamJTMAWSRRRRR9 .172375. 0171.23314385.4899.12648357 .9714.819001220.水利水电工程专业毕业设计.;-21- 极限状态抗力函数 kPafRc10000 满足要求 RS2.4.1.2 坝踵抗拉强度验算

33、满足要求026.57371.23314399.12648357 .9714.81900RRRRRJTMAW2.4.2 校核洪水位下2.4.2.1 坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数 kPamJTMAWSRRRRR4625.158975. 0171.23314385.4811490776157 .973725.758631220 极限状态抗力函数 kPafRc10000 满足要求 RS2.4.2.2 坝踵抗拉强度验算 满足要求073.53571.2331436159.11490777 .973725.75863RRRRRJTMAW2.5 溢流坝消能抗冲刷措施2.5.1 挑距h1= 3.92

34、3 h2=33m89. 012581. 921. 01125. 025. 0375. 025. 0Kzl坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-22-63.295 .5681. 9289. 02hgvc59.321 . 11cvv挑距: =124.94m212211212sincossincos/1hhgvvvgL2.5.2 冲坑97. 744. 211. 089. 0tHhKtKrr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 2.00m 宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。2.5.3 导墙高度 掺气水深 ha=hc=3.923mh导=

35、3.923+1=4.923m 取 h导=5.0m 3 机电设备及辅助设备选择机电设备及辅助设备选择3.1 特征水头的计算3.1.1 校核洪水位下由 Q泄15540 m3/s 查厂区水位流量曲线得：H下221.68m3.1.2 设计洪水位下由 Q泄12250 m3/s 查厂区水位流量曲线得：H下218.92m3.1.3 正常蓄水位+一台机组满发A9.81*0.92*0.96=8.66，N9.81QHAQH，考虑 1%水头损失.水利水电工程专业毕业设计.;-23-设 Q150m3/s，查得 H下201.8mN8.6650（283-201.8）99%3.48 万 KW设 Q280m3/s，查得 H下

36、202mN8.6680（283202）99%5.56 万 KW设 Q365m3/s，查得 H下201.91mN8.6665（283201.91）99%4.52 万 KW设 Q463m3/s，查得 H下201.89mN8.6663（283201.89）99%4.38 万 KW设 Q564.8m3/s，查得 H下201.9mN8.664.8（283201.9）99%4.5 万 KW则 H下 =201.9 m3.1.4 正常蓄水位+四台机组满发A9.81*0.92*0.96=8.66，N9.81QHAQH，考虑 1%水头损失设 Q1240m3/s，查得 H下203mN8.66240（283-203）

37、99%16.47 万 KW设 Q2265m3/s，查得 H下203.08mN8.66265（283203.08）99%18.16 万 KW设 Q3263m3/s，查得 H下203.08mN8.66263（283203.08）99%18.03 万 KW则 H下 =203.08 m3.1.5 设计低水位+一台机组满发A9.81*0.92*0.96=8.66，N9.81QHAQH，考虑 1%水头损失设 Q160m3/s，查得 H下201.88mN8.6660（263.5-201.88）99%3.17 万 KW设 Q280m3/s，查得 H下202mN8.6680（263.5202）99%4.22 万

38、 KW设 Q390m3/s，查得 H下202.06mN8.6690（263.5202.06）99%4.74 万 KW设 Q484m3/s，查得 H下202.02mN8.6684（263.5202.02）99%4.43 万 KW设 Q585.3m3/s，查得 H下202.02mN8.685.3（263.5202.02）99%4.5 万 KW坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-24-则 H下 =202.02 m3.1.6 设计低水位+四台机组满发A9.81*0.92*0.96=8.66，N9.81QHAQH，考虑 1%水头损失设 Q1240m3/s，查得 H下203mN8.66240（263

39、.5-203）99%12.45 万 KW设 Q2300m3/s，查得 H下203.2mN8.66300（263.5203.2）99%15.52 万 KW设 Q3400m3/s，查得 H下203.53mN8.66400（263.5203.53）99%20.57 万 KW设 Q4350m3/s，查得 H下203.37mN8.66350（263.5203.37）99%18.05 万 KW设 Q5349m3/s，查得 H下203.37mN8.6349（263.5203.37）99%18 万 KW则 H下 =203.37 m综上 设计低水位 h=289.5-218.92=70.58m校核洪水位 h=29

40、1.5-221.68=70.12m正常+一台 h=283.0-201.91=80.28m正常+四台 h=283.0-203.08=79.12m设低+一台 h=263.5-202.02=60.86m设低+四台 h=263.5-203.37=59.53m则 Hmax80.28mHmin59.53mHr0.95Hav66.41m3.2 水轮机选型比较由工作水头范围 59.5380.28m 查表得：选用 HL220 水轮机3.2.1 转轮直径 D1查表水电站3-6 得限制工况下单位流量查表得限制工况Q1/m1.15 m3/s，m89.0%，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量初设 Q1/ Q1/

41、m1.15 m3/s，m91% mHrHrQNrD84. 281. 911.水利水电工程专业毕业设计.;-25-式中： Nr水轮发电机额定出力（kW） ，4 台机组情况，已知发电机额定出力。 ，gr=96%，Nr=Ngr/gr=50000/0.96=52083.3kwHr设计水头（m） ，坝后式 Hr=0.95 Hav=67.88m 原型水轮机的效率（%） ，由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得。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=3.0m。3.2.2 转速 n（最优工况）HL220 最优工况下单位转速 n10/m70.0r/min ，假定 min/1 .19511rD

42、Hnnav式中： Hav 加权平均水头（m） ，Hav69.9m。 D1 转轮直径（m） ，D1 取为 3.0m。 n10/ 采用略高于最优单位转速的设计单位转速（r/min） ，取 n10/ n10/m70.0r/min。水轮机的转速一般采用发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速取 n214.3r/min ， 2P32。3.2.3 效率修正查表 3-6 可得 HL220 最优工况下模型最高效率 mmax91%，转轮直径 D1m0.46m。原型效率%5 .9411511maxmaxDDmmMmax模型最优工况下效率D1m模型转轮直径效率正修正值=max -Mmax94.5%91

43、%3.5%取 1.5% 2%maxmmax+91%+2%93%m+89.0%+2%91% 与假定值相同 n10/ n10/m11.1%3%maxMmax/ n、Q1/可不加修正最后求得 91%，D13.0m，n=214.5r/min水轮机型号：HL220LJ300坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-26-3.2.4 工作范围检验1.078 m3/s1.15 m3/s2321181. 9HrDNrQ 最大引用流量 Qmax Q1/max D12Hr1/279.06 m3/s与特征水头 Hmax、Hmin、Hr相对应的单位转速为n1/minnD1/Hmax1/271.75r/minn1/ma

44、xnD1/Hmin1/283.30r/minn1/rnD1/Hr1/278.89r/min在 HL220 水轮机模型综合特性曲线上绘出n1/min71.75r/min，n1/max83.3r/min，Q1/max=1.708 m3/s 的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域。图中阴影部分基本包括了该特性曲线的高效区。图 3-1 HL220 水轮机模型综合特性曲线3.2.5 吸出高度 Hs由 n1/r78.89r/min，Q1/max1.708 m3/s 查曲线得：0.13由 Hr67.88m 查得：0.02水轮机安装海拔高程202.19m Hr)(9000 .10mmHs -0.18841.6

45、6)02. 013. 0(90019.2020 .10.水利水电工程专业毕业设计.;-27-3.3 发电机选型及主要尺寸计算发电机型号为：SF 6528/640D5D4D2D3D1D6D7h11h12h6h5h4h3h2h1h8h9h7hH图 3-2 悬式发电机3.3.1 主要尺寸估算1、极距 Kj（Sf/2P）1/41050000/（214） 1/465.006cmSf发电机额定客量（KVA）Sf50000kj取 810 此时取 10P磁极对数 P=142、飞逸线速度 VfKf1.965.006123.5114m/s3、定子铁芯内径 Di2P/2*14*65.006/3.14=579.38c

46、m4、定子铁芯长度 ltSf/（CDi2ne）45000/（0.95106579.382214.3）139.01cm式中 C系数 查表 C=510-6ne额定转速=214.5r/min5、定子铁芯外径 坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-28-DaDi+579.38+65.006=644.386cm3.3.2 平面尺寸估算1、定子机座外径 D11.19Da1.19*644.386=766.82cm2、风罩内径 D2 D1+2401006.82cm3、转子外径 D3Di2Di579.38-30=549.38cm4、下机架最大跨度 D4 D5+0.6480cm水轮机机坑直径 D5420cm5

47、、推力轴承外径 D6320cm励磁机外径 D7220cm3.3.3 轴向尺寸1、定子机座高度 h1lt+2=139.01+2*65.006269.022cm2、上机架高度 h20.25Di0.25*579.38=144.845cm3、推力轴承高度 h3180cm励磁机高度 h4220cm副励磁机高度 h5100cm永励磁机高度 h670cm4、下机架高度 h70.12Di0.12*579.38=869.526cm5、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板间距离 h80.15Di86.91cm6、下机架支承面至主轴法兰底面间距 h9120cm 7、转子磁轭轴向高度 h10lt+80219.01c

48、m8、发电机主轴高度 h110.7H0.71190.78833.546cmH h1+ h2+h4+ h5+ h6+ h8+ h91190.78cm发电机重量估算)( 1 .3413 .21450000932321tnSKGeffK1系数，悬式 K1=810，这里取 9发电机转子重=Gf=170.55t213.4 蜗壳及尾水管计算.水利水电工程专业毕业设计.;-29-3.4.1 金属蜗壳尺寸包角 345由 Hr66.41m 查得：Vc6.6m/s由 Hr66.41m，D13.0m 查得：Db4000mm，Da4750mm 360784. 1360maxciiVQaira+i2.375+ 图 3-

49、3 蜗壳360784. 1iRira+2i2.375+360568. 3i表 3-1 金属蜗壳尺寸：3075120165210255300345i (mm)563.7891.31127.41322.01491.41643.41782.61911.6a（mm）2938.73266.33502.43697.03688.44018.44157.64286.6R（mm）3502.44157.64629.85019.05357.85661.95940.16198.23.4.2 尾水管尺寸采用弯肘型尾水管，有进口直锥段，中间肘管段，出口扩散段。 取度D1D2 标准砼肘管 D13.0m （单位：m）表 3-

50、2 尾水管尺寸：hLB5D4h4h6L1h57.83.58.14.054.052.0255.463.66图3-8坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-30-h6h5LL1D4D1图 3-4 尾水管3.5 调速器与油压装置的选择3.5.1 调速器3.5.1.1 调速功计算Nr9.81HmaxQ Q66.13m3/s接力器容量 A（200250）Q（HmaxD1）1/2205254.57256568.2130000式中 Hmax最高水头 D1水轮机直径属于大型调速器，则接力器，调速器，油压装置分别计算。3.5.1.2 接力器的选择导叶数 Z024 取 0.03 b0/D10.250.403m1

51、max01DHbDdc选择与之相近且偏大的 dc450mm 的标准接力器3.5.1.3 接力器最大行程 Smax=(1.41.8)amax式中 a0max水轮机导叶最大开度.水利水电工程专业毕业设计.;-31- 由 N11r=78.89 Q11=1078L/S 在模型综合特性曲线上差的 a0=30.5 D0m=534，选用的 D0=1.17*D1=1.17*3=3.51 Z0=2430.53510/534200.48mmmmDD11maxmax则 Smax=1.8*200.48=360.86mm3.5.1.4 接力器容积计算0.092m2max22SdvcmvTVsds0808. 05 . 4

52、*40925. 013. 113. 1选用 Ts=4S 故选用 DT-100 型电气液压型调速器3.5.2 油压装置压力油罐的容积：V0（1820）V1.6561.84m3选用组合式油压装置 HYZ-2.5。mhHn 图 3-5 组合式油压装置外形尺寸图坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-32-表 3-3 组合式油压装置外形尺寸表装置型号D（mm）h（mm）H（mm）m（mm）n（mm）HYZ2.5102823703270240017003.6 厂房桥吊设备的选择最大起重量 170.55t，机组台数 4 台，选用一台 2100t 双小车起重机根据厂房部分计算，选择桥吊的跨度为 16 米。

53、单台小车起重量 主钩 100t 副钩 20t 跨度 16m小车轨距 4400mm 小车轮距 2000mm 大车轮距 4400mm大梁底至轨道面距离 650mm起重机最大宽度 9200mm轨道中心至起重机外端距离 460mm轨道面至起重机顶端距离 3700mm轨道面至缓冲器外端距离 1200mm车轮中心至缓冲器外端距离 1980mm操作室底面至轨面距离 2900mm两小车吊钩间距 3100mm吊钩至轨道面距离 主钩 1240mm 副钩 700mm吊钩至轨道中心距离 l1 1100mm l2 1600mm推荷用大车轨道 QU100平衡梁吊点至大车轨顶极限位置 146mm4 水电站厂房结构计算水电站

54、厂房结构计算4.1 主厂房的特征高程4.1.1 水轮机安装高程19.202325. 05 . 0188. 02022/0bHZsws4.1.2 尾水管底板高程 mhbZs83.1938 . 7225. 03912. 119.2022101.水利水电工程专业毕业设计.;-33-4.1.3 水轮机层地面高程mDZsZ8 .2048 . 0912. 119.2022/14.1.4 定子安装高程+进人孔高（2m）+圈梁高（1m）=207.8m12ZZ4.1.5 发电机层地面高程（定子埋入式）上机架高度=207.8+2.69+1.448=211.94m定子高度23ZZ取 212.5m。4.1.6 装配场

55、地面高程装配场与发电机层同高 212.50m。 4.1.7 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0.80m 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=224.30m。64.1.8 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=230.0m。74.2 水电站主厂房长宽尺寸的确定4.2.1 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 =5

56、.05+2.5=7.55m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+外墙厚坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-34- =7.3+1+1.5=9.8m主厂房宽度：L=l1+l2=17.36m 。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=9.4+22+3=16.4m。c. 选择桥吊跨度为 16m，根据前面算出的发电机转子重量 170.55t，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。本设计中，发电机转子在上游侧起吊，考虑到发电机转

57、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 0.61.0m，若采用刚性吊具，垂直间隙可减为 0.250.5m，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 。4.2.2 主厂房长度的确定4.2.2.1 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1L1maxmaxxxLLL式中，、机组段沿厂房纵轴线方向，在机组中心线两侧的max xLma

58、x xL最大尺寸。蜗壳层：maxmax345165xixiLRLR式中 、蜗壳沿厂房纵轴线方向，在机组中345iR165iR心线两侧的最大尺寸 蜗壳四周的混凝土厚度，取为 1m。1maxmax12.39xxLLLm尾水管层：.水利水电工程专业毕业设计.;-35-maxmax22xxBLBL式中 尾水管宽度度，；B8.16Bm 尾水管混凝土边墩厚，。1m1maxmax10.16xxLLLm发电机层：maxmax2222xxbLbL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 1.52.0m， b1maxmax14xxLLLm经比较，确定机组段长度为

59、14。5m。4.2.2.2 端机组段长度端机组段的附加长度：L=（0.21.0）D1式中 转论直径，m。（1D=3.0m）1D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 1.0m4.2.2.3 主厂房总宽度装配场长度 L=（1.01.5.）L =（1421）m ，考虑发电机转子，发电机1上机架，水轮机转轮，水轮机顶盖的尺寸，确定装配场的宽度为 20.8m主厂房总长度L =414.5+20.81.50=79.8mlLnLL21坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算-36-4.3 主厂房各层的布置4.3.1 发电机层高程 212.5m，总长 79.8m，宽 19m。

60、每个机组段长 14.50m。装配场长 20.8m，可放下四大件（上机架直径 8.80m，发电机转子直径6.67m，水轮机顶盖直径 4.00m，水轮机转轮直径 3.0m）。 每台发电机下游侧放置一台调速器，一个油压装置，及一组机旁盘。 装配场与机组段间设有伸缩缝，四个机组段正中也设有一条伸缩缝，。 每个机组段均在第四象限靠墙处设有一个楼梯，通往水轮机层，楼梯宽 1.20m，每个踏步高 20cm，长 30cm。由于楼梯较长，设为 L 形转弯的楼梯，转弯处平台宽 2.40m，长 1.00m。 进厂公路正对装配场大门，顺水流方向，且在尾水平台处拐弯，可通向尾水平台。尾水平台上设有两条连续轨道供门机行走