水利水电工程专业水电站毕业设计

紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计水利水电工程专业毕业设计8685-目录TOC\h\z\t"李姝昱1,1,李姝昱2,2,李姝昱3,3"摘要 -5-ABSTRACT -5-第一章设计基本资料 -7-1.1流域概况和地理位置 -7-1.1.1水文条件 -7-1.1.2气象条件 -7-1.1.3厂区水位流量关系 -8-1.1.4水库面积、容积 -8-1.1.5工程地质 -9-1.1.6当地建筑材料 -10-1.1.7工程效益 -10-1.2设计资料 -11-1.2.1水能规划 -11-1.2.2挡水建筑物及泄水建筑物 -11-1.2.3引水建筑物 -11-1.2.4水电站厂房 -11-1.3设计任务 -11-1.3.1水能利用 -11-1.3.2枢纽布置、挡水及泄水建筑物 -11-1.3.3水电站引水建筑物 -12-1.3.4水电站厂房 -12-1.3.5其他 -12-第二章水轮机 -13-2.1特征水头的确定 -13-2.2水轮机选型 -13-2.3水轮机蜗壳及尾水管 -16-2.3.1蜗壳尺寸确定 -16-2.3.2尾水管尺寸确定 -17-2.4调速设备及油压设备选择 -18-2.4.1调速功计算 -18-2.4.2接力器选择 -18-2.4.3调速器的选择 -19-2.4.4油压装置 -19-第三章发电机 -21-3.1发电机的尺寸估算 -21-3.1.1主要尺寸估算 -21-3.1.2外形尺寸估算 -22-3.2发电机重量估算 -23-第四章混凝土重力坝 -25-4.1剖面设计 -25-4.1.1坝高的确定 -25-4.1.2坝底宽度的确定 -27-4.2稳定与强度校核 -28-4.2.1 作用组合和类型 -28-4.2.2承载能力极限状态强度和稳定验算 -34-4.2.3正常使用极限状态进行强度的计算和验算。 -42-4.3混凝土坝的材料与构造 -45-4.3.1材料 -45-4.3.2构造 -45-4.4地基处理 -46-4.4.1坝基帷幕灌浆 -46-4.4.3坝基排水设施 -46-第五章引水建筑物布置 -47-5.1压力钢管布置 -47-5.1.1确定钢管直径 -47-5.2进水口布置 -47-5.2.1确定有压进水口的高程 -47-5.2.2渐变段尺寸确定 -48-5.2.3拦污栅尺寸确定 -49-5.2.4通气孔的面积确定 -50-第六章主厂房尺寸及布置 -51-6.1厂房高度的确定 -51-6.1.1水轮机安装高程 -51-6.1.2.尾水管顶部高程及尾水管底部高程 -51-6.1.3基岩开挖高程 -51-6.1.4水轮机层地面高程 -51-6.1.5发电机层楼板高程 -52-6.1.6吊车轨顶高程 -52-6.1.7厂房顶高程 -52-6.2主厂房长度的确定 -52-6.2.1机组段长度确定 -52-6.2.2端机组段长度 -53-6.2.3装配场长度 -54-6.3主厂房宽度和桥吊跨度的确定 -54-第七章混凝土溢流坝 -56-7.1溢流坝段总宽度的确定 -56-7.1.1单宽流量q的选择 -56-7.1.2确定溢流前缘总净宽L -56-7.1.3确定溢流坝段总宽度 -57-7.2堰顶高程的确定 -57-7.2.1堰顶高程的确定 -57-7.2.2闸门高度的确定 -58-7.3堰面曲线的确定 -58-7.3.1最大运行水头和定型设计水头的确定 -58-7.3.2三圆弧段的确定 -58-7.3.3曲线段的确定 -59-7.3.4直线段的确定： -59-7.3.5反弧段的确定 -59-7.3.6鼻坎挑角和坎顶高程的确定 -60-7.3.7溢流坝倒悬的确定 -60-7.4溢流坝强度和稳定验算 -60-7.4.1作用组合和类型 -60-7.4.2承载能力极限状态强度和稳定验算 -62-7.4.3正常使用极限状态进行强度的计算和验算 -64-7.5溢流坝的结构布置 -65-7.6因布置厂房调整后的溢流坝剖面 -65-7.7消能与防冲 -65-7.7.1鼻坎的型式和尺寸 -65-7.7.2挑射距离和冲刷坑深度的估算 -65-第八章压力钢管应力分析及结构设计 -67-8.1水力计算 -67-8.1.1水头损失计算 -67-8.1.2水锤计算 -74-8.2压力钢管厚度的拟定 -77-8.3钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析 -79-8.3.1混凝土开裂情况判别 -79-8.3.2应力计算 -83-参考文献 -86-摘要紧水滩水电站位于龙泉溪上，是瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、放木及防洪等综合利用要求。该工程挡水建筑物为混凝土重力坝，泄水建筑物为溢流坝，设计洪水位为289.94m，相应的下泄流量为11000m3/s；校核洪水位为291.80m，相应的下泄流量为14100m3/s，正常蓄水位为284m，设计低水位为264m.非溢流坝坝顶高程293.88m。坝基开挖至高程200m。最大坝高93.88m。上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.77，溢流坝堰顶高程272.37m，水电站进水口中心线高程254.2m本枢纽河谷底宽80m左右，坝顶高程处坝轴线长278m，，泄水建筑物进口净宽96m。根据布置，溢流坝段布置在河床中间，厂房布置在溢流坝段,为厂房顶溢流形式。因右岸比较平缓，可布置开关站.该工程采用坝后式水电站布置方式，通过计算选用了混流式水轮机型，转轮直径为3.0m,转速为214.3r/min。安装水轮发电机组4台，单机容量4.6万千瓦，总装机容量为18.4万kW。主厂房宽为19m，长为75.5m.副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房上游侧。主要布置各种机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。进场公路布置在左岸。本设计还包括坝内埋管的结构设计。关键词坝后式水电站混凝土重力坝水轮机发电机进水口厂房坝内埋管ABSTRACTJin-shui-tanhydroelectricstationislocatedonLong-quanstreamwhichisthefirsthydroelectricstationoftheuppermainstreamofOuriver.Theprimaryeffectofthewholeengineeringisgeneratingelectricitythatalsomeetsthedemandofshipping,driftwood,floodcontrolandetc.Thisengineeringuseconcretegravitydamtopreventthewaterandoverflowingdamtosluicing.Thedesignwaterlevelis289.94m,itscorrespondingflowamountis11000m3/s.Thechecklevelis291.80m,itscorrespondingflowis14100m3/s.Theregularwaterretaininglevelis284m.Thecrestelevationofthenon-over-falldamis293.88m,thefoundationofdamarrivesto192mheight,Themaxheightofthedamis93.88m,Theupstreamdamslopeis1:0.15,thedownstreamdamslopis1:0.77,thecrestelevationis272.37m.Theelevationofthewaterintakeoftheplantis254.2m.Thewidthofbottomoftherivervaletothishingeisabout80m;thelengthofaxisontopofdamis278m;Accordingtodisposal,theoverflowingliesinthemiddleofriverbed,whereasfactoryliesinthemiddleofoverflowingdam.Becausetheleftshoreismuchflaterwhichcanlaytheswitchstation.Thisengineeringusessuchdisposalthatthehydroelectricstationisbehindthedam.Wechoosethemixedhydraulicturbine,whosediameteris3.0mandr.p.mis214.3r/min.OneofGeneratorhas46000kwelectricity.Itisensuredtogenerate184000kwelectricity.Thewidthofthemainpowerhouseis19m,thelengthis75.5m.Allkindsofauxiliaryequipmentandotherkindsofroomsassembleindeputyhouse.Thisdesignconcludesthepenstockembededindam.KeyWords：Powerstationatthetoeofthedam，concretegravity,overflowspillway,turbine,generator,intake,powerhouse,penstockembededindam第一章设计基本资料1.1流域概况和地理位置紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积2761平方公里。龙泉溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度153公里，直线长度77公里，平均宽度36公里。除龙泉县城附近及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。河流四周均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达1921米，流域平均高度662米，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为6.32‰~0.97‰，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属典型的山区性河流。龙泉溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。本工程为瓯江干支流规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）以及防洪等综合效益。电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地区通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有1.53亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区防洪的负担。1.1.1水文条件紧水滩坝址与石富站流域面积仅差41平方公里，占控制流域面积的15%，故坝址处流量资料均不加修改，直接采用石富站资料。1.1.2气象条件1.1.2.1气温本地区地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温17.3℃，月平均气温以1971年7月份30.7℃最高，1962年1月份13℃最低，实测最高气温为40.7℃（1966年8月），最低气温-8.1℃（1969年2月）。1.1.2.2湿度流域内气候湿润，历年平均相对湿度79%，其中以六月份的87%为最大，一月份的84%为最小，实测最小相对湿度仅8%。1.1.2.3降雨量本流域距东海仅120~180公里，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为1833.8毫米，但在年内分配很不均匀，3~9月占年雨量为80.5%，其中5~6两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出现在此期间，实测最大24小时雨量为236.8毫米。7~9月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大24小时雨量曾达145.4毫米。流域多年平均降水日数为172天，最多达201天，最少145天。1.1.2.4风向风速本流域4至8月为东南风，1至3月、9至12月一般为东北风及西北风。历年平均风速1.15米/秒，出现在1970年4月，风向西北偏西。坝址区可能发生最大风力为11级，相当于风速32米/秒。1.1.3厂区水位流量关系表1—1厂区水位流量关系水位（m）202203204205206207208209210流量（m3/s）8024054088012801740230029003620水位（m）211212213214215216217218219流量(m3/s)4380520060607000794089801008011200123401.1.4水库面积、容积表1—2水库面积、容积高程（m）205215220225230235240面积（km2）01.32.33.95.77.79.7容积（108m3）00.050.20.350.60.9251.375高程（m）245250255260265270275面积（km2）11.613.615.918.321.324.527.7容积（108m3）1.92.53.24.055.056.257.575高程（m）280285290295300面积（km2）31.235.240.348.158.4容积（108m3）9.1010.7512.715.0517.71.1.5工程地质1.1.5.1地形地势库区周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬完整，虽有部分断层伸延库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之虑。库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体居多，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。本地区的地震烈度为6度。紧水滩峡谷长约300米，坝址上游河谷为东西向，进入坝址后转为南北向，水流湍急，河流径急滩折向南偏东流出河谷，在坝址上游转弯和下游急滩两地段，水流集中冲刷形成深潭。河谷深切，河谷呈“V”型，两岸地形坡度：200～220米高程为35°，220～260米高程为45°，260～340米高程为50°～60°，河低高程约200米，谷宽80～100米，一般苦水面宽度：50米，水深1～3米。1.1.5.2岩性坝区位于90平方公里的“牛头山”花岗斑岩岩枝的南缘，细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉，辉绿岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。1.1.5.3地质构造根据坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，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。但对缓倾角节理，低水头的裂隙承压水和两岸坝肩的三角稳定问题等需加重视。1.1.6当地建筑材料1.1.6.1土料下村料场：距坝址0.5公里，有效储量426700立方米。油坑料场：位于500～550米高程的立平山丘上，为粘土及壤土组成。1.1.6.2砂石料共计23个料场，有效储量水下557000立方米，水上3094600立方米、合计3651600立方米1.1.7工程效益本电站以发电为主，同时兼顾防洪、航运、渔业等综合利用。1.1.7.1发电龙泉溪水电站建成后连入华东电力系统，作为系统调峰电源之一。1.1.7.2防洪水库建成后，可减轻洪水对丽水县城和碧湖平原的影响。在水库五年一遇和二十年一遇洪水时，紧水滩洪峰流量，由原来的4270、6260秒立方米。分别削减为2270、3560秒立方米。1.1.7.3航运与木竹流放水库建成后，库区可通航机动船，由于水库的调节作用，坝址至丽水枯水期的最小流量由原来的2.23秒立米提高到50秒立米，保证率（80～85%）水深增加了0.6米左右。从而改善了航运条件。水库建成后，经水库调节，流放竹、木条件可大为改善，有效流放时间可大为增长，流放量由现在的14万立方米提高到27.4万立方米。1.1.7.4渔业水库建成后，正常畜水位时，水库面积达34.2平方公里，为发展渔业及其他水产养殖事业创造了有利条件。1.2设计资料1.2.1水能规划1.校核洪水位:291.80m,校核洪水最大下泄流量14100m3/s.2.设计洪水位:289.94m,设计洪水最大下泄流量11000m3/s.3.设计蓄水位:284.00m4.设计低水位:264.00m5.装机容量:4×46MW6.机组机型：选型计算确定7.其它：调速器、油压装置及起重机选型根据选定的水轮发电机组的参数计算确定。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3.其它：无1.2.3引水建筑物坝式进水口、单元供水、金属蜗壳1.2.4水电站厂房坝后式水电站1.3设计任务1.3.1水能利用无1.3.2枢纽布置、挡水及泄水建筑物确定本水电站工程枢纽的组成，建筑物及工程的等级，进行整体枢纽规划布置。用简易方法计算挡水建筑物和泄水建筑物的基本轮廓尺寸，绘制本电站枢纽布置图和挡水建筑物、泄水建筑物典型横剖面图。1.3.3水电站引水建筑物根据本电站的基本资料，选择水轮机型号及其主要参数，选择配套的发电机和调速器、油压装置型号并确定主要尺寸。在此基础上计算压力钢管主要参数并进行布置，计算进水口、拦污栅基本参数，绘制压力钢管布置图。1.3.4水电站厂房在上述基础上，计算本电站主厂房基本尺寸，选择合适的起重设备，然后进行厂区枢纽布置及主、付厂房设备布置。绘制厂房典型横剖面图，水轮机层平面布置图和发电机层平面布置图各1张。1.3.5其他用AutoCAD将上述图纸中至少1张绘制成1＃工程图。专题：本电站压力钢管应力分析及结构设计，并绘制结构图。第二章水轮机2.1特征水头的确定在校核洪水位下,四台机组满发，H1=70.54m；在设计洪水位下，四台机组满发，H2=71.40m；在设计蓄水位下,一台机组满发，H3=81.26m.；在设计蓄水位下，四台机组满发，H4=80.08m；在设计低水位下，四台机组满发，H5=59.79m；在设计低水位下，一台机组满发，H6=61.32m。最大水头为=81.26m最小水头为=59.79m加权平均水头为=72.74设计水头为=69.11m2.2水轮机选型根据水头变化范围59.79m—81.26m,在水轮机系列型谱表3—3.表3—4中查出合适的机型为HL220.HL220型水轮机的主要参数选择转轮直径D1计算查《水电站》表3—6和图3—12可得HL220型水轮机在限制工况下单位流量Q11M=1150L/s，效率η=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下单位流量Q11=Q11M=1150L/s，效率η=90%。D1=（2-1）Nr=Ngr/ηgr式中Nr——水轮发电机额定出力，kW；ηgr——发电机的额定效率，ηgr=96%,Nr=Ngr/ηgr=46000/96%=47916.67kwHr——设计水头，m；η——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。Nr=Ngr/ηgr=47916.67kwD1==2.866m选用与之接近而偏大的标称直径D1=3.0m.转速n计算查《水电站》表3—4可得，HL220型水轮机在最优工况下单位转速n110M=70.0r/min,初步假定n110=n110M=70.0r/min,Hav=72.74m,D1=3.0m.n==199.00r/min(2-2)选择与上述计算值相近而偏大的同步转速n=214.3r/min。效率及单位参数修正查表3—6可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率为Mmax模型转轮直径D1M=0.46mηmax=1-(1-Mmax)=1-(1-91%)=93.8%(2-3)则效率修正值为Δη=93.8%-91%=2.8%。考虑到模型与原型水轮机在制造上的差异。常在已求得的Δη值中再减去一个修正值ε，现取ε=1.0%，可得修正值为Δη=1.8%，原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为ηmax=Mmax+Δη=91%+1.8%=92.8%η=ηM+Δη=89%+1.8%=90.8%≠90%与假定不符。重新假定效率η=90.8%，采用上述过程，得出D1=3.0m,n=214.3r/min,ηmax=93.8%Δη=93.8%-91%-ε=1.8%ηmax=Mmax+Δη=92.8%η=ηM+Δη=90.8%与上述假定值相同。单位转速的修正值=(-1)=0.98%(2-4)由于<3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量Q11也可不加修正，由上可见，原假定的η=90.8%，Q11=Q11M,n110=n110M是正确的。那么上述计算及选用的结果D1=3.0m,n=214.3r/min是正确的。工作范围检查水轮机在Hr,Nr下工作时，Q11=Q11maxQ11max==1.040<1.15m3/s(2-5)则水轮机的最大引用流量Qmax=Q11maxD12=77.84m3/s与特征水头Hmax、Hmin、Hr对应的单位转速为：==71.32==83.02==77.33在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出Q11max=1040L/s，=83.02r/min，=71.32r/min的直线，如图所示，三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区，故对于HL220型水轮机方案，所选定的参数D1=3.0m和n=214.3r/min是合理的。5.吸出高度Hs的计算Hs=10–▽/900–(σ+σ)Hr(2-6)式中——水轮机安装位置的海拔高程，m；σ——模型气蚀系数，由水轮机的设计工况参数=77.33r/min，Q11max=1040L/s，查HL220水轮机模型综合特性曲线可得，相应的气蚀系数σ=0.133查模型综合特性曲线得σm＝0.13σ——气蚀系数修正值，在《水电站》图2—26上查得气蚀系数修正值σ=0.018Hr——水轮机设计水头66.41mHs=10–▽/900–(σ+σ)Hr=0.03所以，水轮机的额定出力满足要求。故选择水轮机型号为HL-220-LJ-300.2.3水轮机蜗壳及尾水管2.3.1蜗壳尺寸确定蜗壳采用金属蜗壳，断面为圆形。包角为345°，即=345°，蜗壳进口断面的平均流速为Vc=8.4m,(由Hr=69.11m，查图2—8蜗壳进口断面流速曲线得Vc)。查金属蜗壳座环尺寸系列，D1=3000mm,座环内径Db=4000mm.座环外径Da=4700mm,ra=Da/2=4700/2=2350mm,rb=Db/2=4000/2=2000mm,Qmax=77.84m3/s.ρi==(2-7)Ri=ra+2ρ式中——蜗壳断面流速；——蜗壳包角；——相应的最大流速，表2—1蜗壳尺寸30°75°120°165°210°255°300°345°ρi(mm)49678499211631312144515681681Ri(mm)33423918433346754973524154865713图2-1金属蜗壳的平面单线图2.3.2尾水管尺寸确定采用弯锥型尾水管，Hr=69.11m，采用标准混凝土肘管，D1≤D2h5h/D1L/D1B5/D1D4/D1h4/D1h6/D1L1/D1h5/D12.64.52.721.351.350.6751.821.22H(m)L(m)B5(m)D4(m)h4(m)h6(m)L1(m)h5(m)7.813.58.164.054.052.0255.463.66表2—2尾水管尺寸图2-2混流式水轮机尾水管2.4调速设备及油压设备选择2.4.1调速功计算调速功的计算反击式水轮机A=(200—250)Q（2-8）式中——最高水头，m；Q——最大水头下额定出力时的流量，m3/s；——水轮机直径，m。A=210781.65—263477.07>30000Nm,属大型调速器。调速柜、主接力器、油压装置三者分别选择。2.4.2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2.5Mp，接力器直径ds=λD1（2-9）式中——标准正曲率导叶参数，由导叶数Z0=24，查得b0——导叶高度，b0/D1=0.25ds=λD1=0.329m选用与之接近而偏大的400mm的标准接力器。接力器最大行程Smax=(1.4—1.8)a0max，（2-10）式中——水轮机导叶最大开度a0max=a0Mmax（2-11）式中、——原型和模型水轮机导叶轴心圆的直径；、——原型和模型水轮机的导叶数目由n11r=77.33r/min,Q11max=1040L/s,在模型综合曲线上查得，a0max=a0Mmax=187.83Smax=(1.4～1.8)a0max=269.96～338.09取Smax=300两接力器总容积为VS==0.075m32.4.3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，主配压阀的直径为（2-12）式中，——导叶从全开到全关的直线关闭时间，s；——管内油的流速，m/s,当油压装置的额定油压为2.5MPa时，一般取选择与之相邻而偏大的DT-80气液压型调速器。2.4.4油压装置压力油罐的容积Vk=（18—20）Vs=（18—20）×0.075=1.35—1.5m3，选用HYZ—1.6表2-3油压装置尺寸大小装置型号D（mm）h（mm）H（mm）m（mm）n（mm）HYZ—1.610282370327024001700图2-3油压装置尺寸图第三章发电机3.1发电机的尺寸估算额定转速n=214.3r/min>150r/min，选择悬式发电机。查表，对应SF65-28/640,功率因数cosφ=0.90.则发电机额定容量Sf为Sf=Nf/cosφ=51111.11kVA3.1.1主要尺寸估算1.极矩τ（3-1）式中——发电机额定容量（KVA）——取8～10，此时取9P——磁极对数，P=142.定子内径DiDi=524.33cm（3-2）3.定子铁芯长度lt（3-3）式中C——系数，C取5.5×10-6——额定转速，rpmlt==157.73cmlt/τ=2.68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/τ>3时，通风较困难；当lt/τ<1时，电机效率较低；根据运输条件，当lt/τ>2.5m时，一般采用现场叠装定子。4.定子铁芯外径Dane>166.7rpmDa=Di+τ=524.33+58.83=583.16cm3.1.2外形尺寸估算3.1.2.1平面尺寸估算1.定子基座外径D1<300rpmD1=1.20Da=1.20×583.16=699.79cm2.风罩内径D2Sf=51111.11>20000kVAD2=D1+2.4=7.0+2.4=9.4m3.转子外径D3D3=Di-2δ=Di=524.33cm（δ为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计）4.下机架最大跨度D4D4=D5+0.6=4.2+0.6=4.8m5.水轮机基坑直径D5D5=4.2m6.推力轴承外径D6=3.4m7.励磁机外径D7=2.4m3.1.2.2轴向尺寸计算1.定子机座高度h1ne≥214.3r/minh1=lt+2τ=157.73+2×58.83=275.34cm2.上机架高度h2h2=0.25Di=0.25×58.83=131.08cm（悬式承载机架）3.推力轴承高度h3h3=1600mm励磁机高度h4h4=2100mm=2.1m（包括励磁机架，高度900mm）副励磁机高度h5h5=900mm=0.9m永磁机高度h6h6=700mm=0.7m4.下机架高度h7h7=0.12Di=0.12×524.33=62.92cm（悬式非承载机架）5.定子支座支承面至下机架支承面的距离h8h8=0.15Di=0.15×524.33=78.65cm6.下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9h9=1m按以生产的发电机统计资料，一般为700—1500mm，取1000mm=1m。7.转子磁轭轴向高度h10h10=lt+（500—600）mm=1.58+0.52=2.1m(无风扇时)8.发电机主轴高度h11=（0.7—0.9）H=（0.7—0.9）×10.45=7.32—9.41取h11=7.5m图3-1发电机外形尺寸3.2发电机重量估算水轮发电机的总重量Gf=K1式中——发电机总重量，t，——系数，悬式=8～10，这里取9Gf=K1346.13t发电机转子重量约为0.5Gf=0.5×346.13=173.1t第四章混凝土重力坝4.1剖面设计重力坝剖面设计的任务在于选择一个既满足稳定回去强度要求，又使体积最小和施工简单、运行方便的剖面。4.1.1坝高的确定水库总库容13.71亿m3，工程规模为大（1）型，一等。主要建筑物为1级，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。坝顶高程=设计洪水位+Δh设=289.94+Δh设坝顶高程=校核洪水位+Δh校=291.80+Δh校坝顶超出静水位高度Δh=2h1%+hz+hc式中2h1%——累计频率为1%的波浪爬高，m；hz——波浪中心线高出静水位的高度，m；hc——取决于坝的级别和计算情况的安全超高，m。（4-1）式中h——当=20～250时，为累计频率5%的波高，m；V0——计算风速，m/s，正常运用条件（正常蓄水位/设计洪水位），取多年平均最大风速的1.5—2.0倍；非常运用条件（校核洪水位），取洪水期多年平均最大风。；D——风区长度，m；g——重力加速度，m/s;Lm——平均波长，m。设计洪水位下（▽设=289.94）=27.13∈（20，250）h==0.91mh为累计频率5%的波高,hm/Hm<0.1,查表得hp/hm=1.95,则hm=0.47m,h1%/hm=2.42,则h1%=2.42×hm=1.13mLm==9.68m（4-2）hz=0.41m（4-3）式中H——水深，m；——累计频率1%的波高，m；坝的级别为1级,正常情况,hc=0.7mΔh=2h1%+hz+hc=3.37m坝顶高程为▽顶=289.94+3.37=293.31m校核洪水位（▽校=291.80m）==61.48∈(20,250)h==0.55mh为累计频率5%的波高,hm/Hm<0.1,查表得hp/hm=1.95,则hm=0.55/1.95=0.28m,h1%/hm=2.42,则h1%=2.42×hm=2.42×0.28=0.68mLm==6.46m式中H——水深，m；——累计频率1%的波高，m；hz==0.22m坝的级别为1级,校核情况,hc=0.5mΔh=2h1%+hz+hc=2×1.13+0.41+0.7=3.37m坝顶高程为▽校=291.80+2.08=293.88m坝顶高程，取两者的较大值为293.88m.4.1.2坝底宽度的确定应力条件:（4-4）式中rc——坝体材料，容重取值为23.5KN/m3r0——水容重取值为9.81KN/m3а——0.25=0.69稳定条件：（4-5）式中——作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和；——作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和；——作用于滑动面以上的扬压力；——滑动面以上的抗剪摩擦系数，由资料查得,混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数tanθ=0.7,f=tanθ=0.7——按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数，查《水工建筑物》，表4—1，基本组合，1级，K=1.1荷载设计值：重力G=103558.09静水压力P=103558.09扬压力查表4—1，基本组合，1级，K=1.1=1.1下游坝坡m=0.6—0.8，计算得，m=0.77，满足要求。B=0.77×93.88=72.3m，上游折坡的起坡点位置一般在坝高的1/3～2/3,坝高为93.88m，折坡点位置（31.29～62.59）,取35m,高程为235m.上游坡n=0～0.2，取0.15.坝顶宽度可取坝高的8%—10%,(7.51～9.388),取为9m。图4-1非溢流坝实用剖面图4.2稳定与强度校核本设计采用概率极限状态设计原则，以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算。混凝土重力坝分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行强度和稳定的计算和验算。作用组合和类型表4-1非溢流坝的作用类型和组合作用组合主要考虑情况作用类型自重静水压力扬压力浪压力基本组合长期组合1.正常蓄水位1234短期组合2．防洪高水位1234偶然组合校核洪水情况12344.2.1.1作用的大小图4-2非溢流坝坝体所受作用示意图图4-3浪压力示意图图4-4折坡面以上坝体所受作用示意图表4-2正常蓄水位坝体所受作用大小编号荷载垂直水平力臂力矩↓↑→←m1自重①2179.635.376867.2②19855.629575812.4③61138.33.4207870.22水压力①34609.728969071.6②47.11.0348.67③3457.536.4125854.3④36.5381386.73扬压力①2359.50②6499.74.9332043.6③2377.932.877996.6④3572.834.8124333.54浪压力①149.0381.3112117.6②113.0180.89131.2编号荷载垂直力水平力力臂力矩、↓↑→←m1自重①12453.118.15226023.8②20131.91.5531204.42水压力①11776.916.31923563扬压力①432.620.48825.5②1961.24.558923.5③865.221.1518299.94浪压力①149.0346.316901.6②113.0145.85175.9表4-3正常蓄水位折坡面以上坝体所受作用大小编号荷载垂直水平力臂力矩↓↑→←m1自重①2179.635.376867.2②19855.629575812.4③61138.33.4202870.22水压力①39677.529.981189532.8②1557.65.949252.1③3766.436.4137096④1197.534.240953.73扬压力①13565.60②5802.34.9328605.4③2122.832.869627.8④3187.334.8110794.14浪压力①151.587.2313212.1②114.986.719963.2表4-4设计洪水位坝体所受作用的大小编号荷载垂直力水平力力臂力矩、↓↑→←m1自重①12453.118.15226023.8②20131.91.5531204.42水压力①14805.318.3271134.43扬压力①485.220.49898.1②2199.44.5510007.3③970.121.1520517.64浪压力①151.552.237912.8②114.951.715941.5表4-5设计洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小表4-6校核洪水位坝体所受作用大小编号荷载垂直水平力臂力矩↓↑→←m1自重①2179.635.376867.2②19855.629575812.4③61138.33.4202870.22水压力①41335.630.61264869.4②2069.46.814168.3③3863.136.4140616.1④1593.833.553434.83扬压力①15636.20②5727.54.9328236.4③2095.432.868729.6④3146.734.8109503.64浪压力①65.4389.95885.2②51.1789.64584.8编号荷载垂直力水平力力臂力矩、↓↑→←m1自重①12453.118.15226023.8②20131.91.5531204.42水压力①15824.718.9299614.33扬压力①501.520.410230.3②2273.44.5510344③2005.921.1542425.84浪压力①65.4354.93592.1②51.1754.62793.9表4-7校核洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小4.2.2承载能力极限状态强度和稳定验算承载能力极限状态基本组合，应采用下列极限状态设计表达式（4-6）式中，——作用效应函数；——结构及构件抗力函数；——结构重要系数对应于结构安全级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的结构及构件，可分别取用1.1、1.0、0.9；表4-8水工建筑物结构安全级别水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别1Ⅰ2、3Ⅱ4、5Ⅲ本工程的级别为1级，结构安全级别为Ⅰ级，=1.1.——设计状况系数，对应于持久状况、偶然状况，可分别取用1.0、0.85;——永久作用分项系数，见表4-9；——可变作用分项系数，见表4-9；——永久作用标准值；——可变作用标准值；——几何参数的标准值（可作为定值处理）；——材料性能的标准值；——材料性能分项系数，见表4-11；——基本组合结构系数，见表4-10。承载能力极限状态偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式（4-7）式中，——偶然作用代表值；——偶然组合结构系数，见表4-10表4-9作用分项系数序号作用类型分项系数1自重1.02水压力①静水压力1.01.2②动水压力（离心力）3浮托力渗透压力1.0、1.2（实体重力坝）4浪压力1.2表4-10结构系数序号项目组合类型结构系数备注1抗滑稳定极限状态设计式基本组合偶然组合1.21.2包括建基面、层面、深层滑动面2混凝土抗压极限状态设计式基本组合偶然组合1.81.8表4-11材料性能分项系数材料性能抗剪强度混凝土抗压强度混凝土/基岩混凝土/混凝土基岩/基岩软弱结构面分项系数1.33.01.33.01.43.21.53.41.5承载能力极限状态设计包括：1.坝体与坝基接触面抗滑稳定计算；2.坝址的抗压强度验算；3.坝体选定截面下游端点的抗压强度验算；4.2.2.1坝体与坝基接触面抗滑稳定计算坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：作用效应函数（4-8）抗滑稳定抗力函数（4-9）式中——坝基面上全部切向作用之和，；——坝基面抗剪摩擦系数；——坝基面抗剪断黏聚力，。核算坝基面抗滑稳定极限状态时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。1.正常蓄水位下，作用效应函数34605.8KN抗滑稳定抗力函数=38066.38KN=79226KN满足要求。2.设计洪水位下作用效应函数37852.3KN抗滑稳定抗力函数=41607.83KN=55353.6KN满足要求。2.校核洪水位下作用效应函数39283.3KN抗滑稳定抗力函数=36729.9KN=81568KN满足要求。4.2.2.2坝趾抗压强度承载能力极限状态：作用效应函数（4-10）抗压强度极限状态抗力函数（4-11）式中——坝基面上全部法向作用之和，，向下为正；——全部作用对坝基面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——坝基面的面积，；——坝基面对形心轴的惯性矩，；——坝基面形心轴到下游面的距离，；——坝体下游坡度；——混凝土抗压强度，；正常蓄水位作用效应函数=69367.12KN=-268837.7=1850.6KN抗压强度极限状态抗力函数==2035.6kp满足要求设计洪水位作用效应函数=38315KN,=-478320.04=1545.7kp抗压强度极限状态抗力函数==1870.2kp满足要求校核洪水位作用效应函数=72411.7KN=-552294=2363.0kp抗压强度极限状态抗力函数==2209.4kp满足要求4.2.2.3坝体选定截面下游端点的抗压强度验算作用效应函数（4-12）抗压强度极限状态抗力函数（4-13）式中——计算截面上全部法向作用之和，，向下为正；——全部作用对计算截面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——计算截面的面积，；——计算截面对形心轴的惯性力矩，；——计算截面形心轴到下游面的距离，；——坝体下游坡度。1.正常蓄水位作用效应函数=28674.2KN=19542.7=917.3kp抗压强度极限状态抗力函数==1009.03kp满足要求2.设计洪水位作用效应函数=28199.4KN,=-64779.4=1290.7kp抗压强度极限状态抗力函数==1419.7kp满足要求3.校核洪水位作用效应函数=26848KN=-118944.1=1498.1kp抗压强度极限状态抗力函数=1400.68kp满足要求4.2.3正常使用极限状态进行强度的计算和验算。正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表达式（4-14）正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式（4-15）式中、——结构的功能限值；、——作用效应的短期组合、长期组合时的效应函数；、——正常使用极限状态短期组合、长期组合时的结构系数；——可变作用标准值的长期组合系数，本规范取。正常使用极限状态设计包括：1．坝踵拉应力验算；2.坝体选定截面上游端点的拉应力验算3.施工期坝体下游面拉应力验算坝踵拉应力验算要求坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力），核算坝踵拉应力的计算公式为（4-16）式中——坝基面形心轴到上游面的距离，1.正常蓄水位 =71857.2KN=-221365.6=705.4>0满足要求。2．设计洪水位=44357.8KN,=-435864.8137.33>0满足要求。4.2.3.2坝体选定截面上游端点的拉应力验算要求坝体上游面的垂直应力不出现拉应力（计扬压力），计算公式为（4-17）式中——计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——计算截面面积对形心轴的惯性矩，；——计算截面形心轴到上游的距离，m。1.正常蓄水位=29326KN=27097.6626.6>0满足要求2．设计洪水位=28930.3KN，=-56300.5474>0满足要求。4.2.3.3施工期坝体下游面拉应力验算施工期属短暂状况，规范规定按正常使用极限状态作用的标准值计算作用的短暂组合。坝体下游面垂直拉应力应不大于100kPa，计算公式为（4-18）坝址处满足要求选定截面下游端点满足要求4.3混凝土坝的材料与构造4.3.1材料采用的混凝土编号为4.3.2构造4.3.2.1坝顶结构采用实体结构，坝顶宽9m，两边设1.2m的栏杆，路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于排水，道路两旁布置排水系统和照明设备。4.3.2.2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，横缝间距有18m和16m两种情况，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，距离为25+25+27.6=77.6m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。4.3.2.3坝体排水为了减小渗水对坝体的有害影响，降低坝体中的渗透压力，在靠近上游坝面处应设置排水管，将坝体渗水由排水管排入廊道，再由廊道汇集于集水井，由水泵排向下游。排水管距上游坝面的距离为4.5m，排水管间距为2m，采用预制多孔混凝土做成，管内径为20cm。上、下层廊道之间的排水管布置成垂直方向。4.3.2.4坝内廊道基础灌浆排水廊道向布设在坝踵附近，廊道上游壁到上游坝面的距离为9m，廊道底面至基岩面的距离为5m，宽度为3m，高度3.5m。基础灌浆排水廊道轴线沿地形向两岸逐渐升高基础排水廊道沿纵横两个方向布置，且直接设在坝底基岩面上，廊道宽度为2m，高度为2.2m。坝体纵向排水检查廊道靠近坝的上右侧隔18m高差向上设置两层，再隔20m，向上设置第4层，其上游壁到上游坝面的距离为4.5m。4.4地基处理4.4.1坝基帷幕灌浆帷幕灌浆是在靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂缝和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。其作用是：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，即防止基岩裂缝中的充填物被带走或溶滤。4.4.3坝基排水设施基础排水廊道沿纵横两个方向布置，且直接设在坝底基岩面上，廊道宽度为1.5m，高度为2.5m。第五章引水建筑物布置引水建筑物设立在溢流坝段，采用坝式进水口，压力钢管引水，压力钢管采用坝内埋管形式。（具体可见坝内埋管专题部分）5.1压力钢管布置本电站采用压力钢管引水，钢管直接埋入坝体混凝土中，二者结为总体，共同承担水压力。5.1.1确定钢管直径钢管的经济直径为（5-1）式中——压力钢管最大引用流量，H——最大引用流量对应的水头=4.47m坝内埋管的经济流速为5～7，蜗壳进水口的直径为3.4m，综合考虑经济流速和蜗壳进水口直径，确定坝内埋管的直径为3.8m，对应管内流速为6，86，满足经济流速要求。管道由上水平段、弯管段、倾斜段、弯管段和下水平段组成，弯管段曲率半径一般为直径的2～3倍，即（7.6m～11.4m），取为9m。倾斜段斜率为0.77.与坝体下游倾斜面