引水式水电站布置调压室结构设计及计算书

目录TOC\h\z\t"第一章,1,图名,1,？标题（章）,1,？标题1.1,2,？标题1.1.1,3,？标题1.1.1.1,4"目录 -1-第一章设计基本资料 -3-1.1地理位置 -3-1.2水文气象 -3-水文条件 -3-气象条件 -4-1.3工程地质 -4-1.4交通状况 -5-1.5设计控制数据 -5-第二章水轮机 -5-2.1特征水头 -5-2.1.1Hmin的确定 -5-校核洪水位 -5-2.1.1.2设计洪水位 -6-2.1.1.3正常蓄洪水位 -6-设计低水位 -7-2.1.2Hmax的确定 -7-2.1.2.1校核洪水位 -7-2.1.2.2设计洪水位 -8-2.1.2.3正常蓄洪水位 -8-设计低水位 -9-2.1.3Hav的确定 -10-2.2选型比较 -10-3.3调速系统 -14-3.4水轮机转轮流道尺寸： -15-蜗壳尺寸 -15-尾水管尺寸 -16-第三章发电机 -16-第四章混凝土重力坝 -18-4.1枢纽布置 -18-枢纽布置形式 -18-坝轴线位置 -18-4.2挡泄水建筑物 -18-坝顶高程确定 -18-坝顶超出静水位高度△h -19-挡水建筑物——砼重力坝 -19-基本剖面 -20-实用剖面 -21-设计情况下 -21-第五章溢流坝 -27-5.1泄水建筑物—砼溢流坝 -27-5.1.2堰顶高程 -28-5.1.3溢流坝实用剖面设计 -29-5.2溢流坝稳定应力计算 -32-设计洪水位（239.0） -32-校核情况下（240.8m） -34-5.3坝内构造 -36-坝顶结构 -36-非溢流坝 -36-溢流坝 -36-坝体分缝 -36-5.3.2.1给缝 -36-坝内廊道 -36-坝基地基处理 -36-5.4溢流坝消能防冲 -37-第六章引水建筑物 -38-6.1引水隧整体布置 -38-洞线布置（水平方向） -38-洞线布置（垂直方向） -38-6.2细部构造 -38-隧洞洞径 -39-隧洞进口段 -39-拦污栅 -39-闸门断面尺寸 -40-进口高程计算 -40-压力管道设计 -41-第七章专题部分——调压室 -42-7.1托马断面计算 -42-7.2涌浪计算 -44-简单式调压室 -44-阻抗式调压室 -45-7.2.3.差动式调压室 -46-7.3调压室结构设计 -48-应力计算 -48-调压室配筋 -51-第一章设计基本资料1.1地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长170公里，流域面积2623流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为1/1000，水能蕴藏量丰富。1.2水文气象水文条件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为83.0m3/s。表1-1坝址断面处山前峦水位～流量关系曲线水位（m）122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量（m3/s）105010020050010002000水位（m）130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量（m3/s）300050007500100001250015000表1-2电站厂房处获青水位～流量关系曲线水位（m）115115.17115.39115.57115.72115.87116流量（m3/s）1020406080100120水位（m）116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量（m3/s）1401601802004007001000水位（m）119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量（m3/s）15002000300040006000800010000气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温10.4℃，月平均最低气温4.9℃，最高气温28℃；7、81.3工程地质本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽110m左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在0.5m以下，或大片基岩出露，河床部分厚约2～4m。岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅1m左右，半风化带厚约2～12m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米。坝址主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形地线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为11～26m，右岸15～34m。岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，故坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌奖深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸10～12m，右岸6～9m，河中6～8m，坝体与坝基岩石的摩擦系数采用0.68。引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽0.5～0.8m，两岸岩石完好。本区地震烈度小于6度。1.4交通状况坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。1.5设计控制数据a.校核洪水位：240.8m，校核最大洪水下泄流量8510.0mb.设计洪水位：239.0m，设计洪水最大下泄流量4c.设计蓄水位：232.5d.设计低水位：192.0e.装机容量：3×6.0万kw第二章水轮机2.1特征水头Hmin的确定.1校核洪水位校核洪水位240.80m下3台机组满发，Z=240.80m，发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-1试算过程Q（）Z（m）Z(m)(万KW)2000240.80128.5022.46500240.80125.405.7715024240.8012123.7817.55由N～Q关系曲线，N=KW→Q=180Z=123.90mHmin=(Z-Z)×97%=113.39m2.1.1.2设计洪水位设计洪水位，3台满发时Z=239.00m发电机出力N=18.0万千瓦则即水轮机出力为=，根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-2试算过程Q（）Z（m）Z(m)(万KW)500239.00125.405.68200239.00124.042.30180239.00123.8721.29由N～Q关系曲线，N=KW→Q=185Z=123.92mHmin=(Z-Z)×97%=111.64m.3正常蓄洪水位正常蓄洪水位232.5m时，3台机组满发，发电机出力N=18.0万千瓦则即水轮机出力为=KW，根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-3算过程Q（）Z（m）Z(m)(万KW)200232.5124.0421.69180232.5123.9019.58190232.5124.0020.62由N～Q关系曲线，N=KW→Q=190Z=124.00mHmin=(Z-Z)×97%=105.25m.4设计低水位设计低水位192.00m设计低水位192.00m3台机组满发时发电机出力N=18.0万千瓦则即水轮机出力为=KW，根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-4算过程Q（）Z（m）(万KW)350192.0023.56300192.0020.25320192.0021.59由N～Q关系曲线，N=KW→Q=190Z=124.52mHmin=(Z-Z)×97%=65.46m综合以上得校核洪水位240.8m3台机组满发时，Hmin=123.90设计洪水位239.0m，3台机组满发时，Hmin=111.64设计蓄水位232.2m3台机组满发时，Hmin=105.25设计低水位192.0m，3台机组满发时，Hmin=65.46m所以Hmin=65.46Hmax的确定.1校核洪水位校核洪水位240.80m下1台机组满发(另外2台机组停机)，Z=240.80m发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为=，根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-5试算过程Q（）Z（m）Z(m)(万KW)100240.80128.5011.7350240.80125.405.887524240.8012123.788.81由N～Q关系曲线，N=KW→Q=60Z=123.20mHmax=(Z-Z)×97%=114.72m.2设计洪水位设计洪水位+1台满发(另外2台机组停机)，Z=239.00m发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为=，根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-6试算过程Q（）Z（m）Z(m)(万KW)100239.00123.511.5560239.00123.206.9550239.0012123.155.79由N～Q关系曲线，N=KW→Q=65Z=123.91mHmax=(Z-Z)×97%=112.33m.3正常蓄洪水位正常蓄洪水位232.5m时，1台机组满发(另外2台机组停机)，发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为=KW，根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-7算过程Q（）Z（m）Z(m)(万KW)200232.5124.0421.69500232.5125.45.3650232.5123.155.47由N～Q关系曲线，N=KW→Q=190Z=123.25mHmax=(Z-Z)×97%=105.97m.4设计低水位设计低水位192.00m设计低水位192.00m1台机组满发(另外2台机组停机)发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为=KW，根据N=9.8ηQH，水电站的效率一般为93%即η=93%表2-4算过程Q（）Z（m）(万KW)200192.0013.59100192.006.85110192.007.53由N～Q关系曲线，N=KW→Q=190Z=123.50mHmin=(Z-Z)×97%=66.45m由以上可知:校核洪水位240.8m，1台满发，另外2台停机时，Hmax=设计洪水位239.0m，1台满发，另外2台停机时Hmax=112.33设计蓄水位232.2m，1台满发，另外2台停机时，Hmax=105.97设计低水位192.0m，1台满发，另外2台停机时，Hmax=66.45综合上述，Hmax=114.07mHav的确定Hav=εαH，其中εα=1取Hav=0.5×（Hmax+Hmin）=0.5×（114.07m+65.46m对于引水式电站Hav=Hr=89.772.2选型比较根据水头工作范围和设计水头查资料选择水轮机型是为HL200或HL180HL200水轮机方案的主要参数选择1．转轮直径D1查表《水电站》3-6得限制工况下单位流量QiM=950L/S=1.15m3/S效率Ηm＝89.4％，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Qi＝Qin=0.95m水轮机额定力Nr=6.0×104KW／97％设计水头Hr=Hav=90.84m==2.93m取之相近而偏大的标称直径D1＝3.02．转速n计算HL200最优工况下ηMmax=90.7%,模型转轮直径D1M=0.46m，单位转速n110m=68.0prm，水轮机转速n===214.7prm，选择与之相近的同步转速n=214.3prm，磁极对数P=14.3．效率及单位参数修正HL200型水轮机在在最优工况下的模型最高效率ηMmax=90.7%，模型转轮直径D1m=0.46m，ηmax===92.3%，则效率修正系数为Δη=92.3%-90.7%=1.6%。考虑到原型与模型在制造工艺质量上的差异，常在Δη中减去一个修正值ξ，现取ξ=0.6%，则可得效率修正值Δη=1%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为：ηmax=ηMmax+Δη=90.7%+1.0%=91.7%η=ηM+Δη=89.4+1.0%=90.4%（与上述假设相同）Δn=则==1.44%＜3.0%按规定，单位转速可不加修正，同时，流量也不加修正，故D1=3.0m.n=214.34、工作范围检验在Hr,Nr条件下,Q11max=Nr/（9.81D12Hr1.5η）=0.908m3/s＜则水轮机的最大引用流量Qmax=Q11maxD12Hr0.5=77.43m与特征水头HmaxHminHr相对应的单位转速为n111min===60.195prmn111max===79.46prmn111r===67.85prm在HL200型水轮机模型综合特性曲线上分别绘出Q11max=0.9083/s，n111max=79.46prm，n111min=60.195prm3条直线所围成的水轮机工作范围基本上包括了该特性曲线的高效率区，因此，所选HL200型水轮机D1=3.0m，n=214.3prm5、吸出高度Hs计算由水轮机设计工况参数n111r=67.85prm，Q11max=0.908m3/s查表3-6（《水电站》教材）得HL200的气蚀系数为σm=0.088，查得气蚀修正系数Δσm=0.02,m==0.168mHs=0.168m＞-4.0HL180方案主要参数选择1、转轮直径D1查表《水电站》得限制工况下单位流量QiM=860L/S=0.86m/sΗm＝89.5%,初步假定η＝92%=3.061m与之相近且偏在标称直径D1＝3.3m2、转速n计算最优工况下n10＇M＝67.or/min,假定n10＇＝n10＇M==212.84prm,取与之相近且偏大的同步转速n＝214.3prm3、效率修正及单位参数修正ηmax=ηMmax+Δη=92.0%+2.5%=94.5%η=ηM+Δη=889.5+2.5%=92.0%（与上述假设相同）Δn=则==2.7%＜3.0%按规定，单位转速可不加修正，同时，流量也不加修正，故D1=3.3m,n=214.34、工作范围检验n111max===87.416prmn111r===76.44prm5、吸出高度Hs确定=0.62m＞-4.0mHL200和HL180方案比较方案参数对照表：（3－1）10＇10＇Mmax1max106/97%106/97%比较之后选择机型HL180水轮机安装高程Zs＝ω＋HS＋0.5bo其中ZS－水轮机安装市程； ω－设计水尾位123.40；bo－导叶高度0.66；Hs－吸出高度；求得ZS＝124.353.3调速系统1、调速功计算A==（6.98~8.73）×105N.m>30000N.m属大型调速器,接力器和调速器需要分别进行计算和选择.2、接力器选择a.接力器直径ds=489mmλ—0.029~0.032标准正曲率导叶（取中间值0.031计算）=0.031×=489mm选择与之相近且偏大的ds=500mm的标准接力器b最大行程SmaxSmax=(1.4~1.8)a0maxa0max—水轮机导叶最大开度(5-1)查模型综合特性曲线得a0Mmax=27mm，D1m=460mmm=24，则==108.8mmSmax=(1.4~1.8)a0max=(1.4~1.8)108.8mm=152.32~195.84mmc接力器容积计算Vs===77L(5-2)选用Ts=4SVm=4.5m/s计算得==74mm，故选用DT-80型电气液压型调速器3、油压装置VK=（18~20）VS=1.386~1.540m3，3.4水轮机转轮流道尺寸：蜗壳尺寸水轮机直径D1=3.3m，压力钢管各分管直径D11=D12=D13=4.27m，由于设计水头Hr=89.77m＞40m,混凝土结构不能承受过大的内水压力，采用金属蜗壳，座环内径Db=4400mmDa=5200mm，导叶高度b0=660mm，查得蜗壳进口断面平均流速为7.4m/s。HL180型水轮机最大引用流量为Qmax=76.35m3/Qi=Qmaxψi/360Ra=Da/2=2600mmRb=Db/2=2200mm表3-2涡壳计算表格从蜗壳鼻端至断面i的包角（°）断面半径（m）断面中心距(m)断面外半径(m)3452.0644.6646.7283001.9254.5256.4502551.7754.3756.1502101.6114.2115.8221651.4284.0285.4561201.2183.8185.036750.9633.5634.526300.6093.2093.8183.4.2尾水管尺寸HL180，D3=1.06D1,D1＜D3，采用标准混凝土肘管,尺寸如下：=2.6，h=3.32.6=8.56m；=4.5，L=3.34.5=14.85m；=2.72,B5=3.32.72=8.976m；=1.35,D4=3.31.36=4.455m；=1.35,h4=3.31.35=4.455m；=0.675,h6=3.30.675=2.228m；=1.82，L1=3.31.82=6.006m;=1.22,h5=3.31.22=4.026m.尾水管尺寸详见附图中！第三章发电机发电机选型：选用SF50—60/9900型，悬式，尺寸φ4.5mmtt总重量GF=647t转速：额定n=250r/min飞逸nf=560r/min飞轮力矩GD2=2000t.m2推力轴承负P：1766（t）钉子铁芯主要尺寸：定子内径Da=990cm外径Di=933cm长度lt=120cm定子机座高度：h1=2600mm上机架高度：h2=2750mm推力轴高度：h3=21400mm励磁机高度：h4=1488mm副励磁机高度：h5=1195mm永磁机及转子继电器高度：h6=808mm定子支承面至下机架支承面距离：h8=1000mm下机架支承面至法兰底面距离：h9=-50mm转子磁轮轴向高度：h10=1918mm发电机主轴高度：h11=8434mm定子水平中心至法兰盘底面距离：h12=2150mm法兰盘底面至发电机顶部高度：H=11063mm定子支承面至发电机地板高度：h=5350mm机座外径：D1=11350mm风罩内径：D2=14000mm转子外径：D3=9300mm下机架最大跨度：D4=8300mm水轮机坑直径：：D4=8150mm水轮机转轮流道尺寸：第四章混凝土重力坝4.1枢纽布置4.1.1枢纽布置形式因坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量83.0m3/s，较小；河床坡度比降1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。上游山前峦断面布置挡水建筑物及泄水建筑物，大坝右岸上游约150m4.1.2坝轴线位置根据已知资料，山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线。a线沿东西向与河道垂直，纵坐标76341，b线也沿东西向，纵坐标76370。a线总长462m，穿过左岸部分裂隙；b线总长470m，避开左岸裂隙。由于坝轴线较短，穿过裂隙不多可作地基处理故选择a线方案。4.2挡泄水建筑物4.2.1坝顶高程确定根据水电站装机20.8万kw，水库总库容2043.54×108m3，取工程规模为大（1）型，主要建筑物级别：1级，次要建筑物：2级，临时建筑物：4级。4.2.1.1坝顶超出静水位高度△h△h=2hl+ho+hc41)2hl～累计频率为1%的波浪涌高（m）ho～波浪中线高出静水位高度（m）hc～取决于坝的级别和计算情况的安全超高（m）根据查资料，采用计算风速V0=14.0m/s.在枢纽布置图上量得吹程D=575采用官厅水库公式：=(42)故Lm=4.75m，Lm由(43)得Tm=1.74s又由(44)得hm=0.154m所以=0.154/（239-125）=1.35×10-3，查表（2-12）得hm/H=2.4，所以h1=2.4×0.154=0.370hz==3.14×0.3702/4.75=0.090m(45)hc-查《水工建筑物》（上）河海大学出版社P53表2-8基本组合：

hc=0.7m，特殊组合hc=0.5m设计洪水位+△h设=239+0.37×2+0.09+0.7=240.35m坝顶高程=Hmax校核洪水位+△h校=240.8+0.37×2+0.09+0.5=242.13取坝顶高程为24查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程115.0m，由此知大坝实际高度为242.20-1154.2.2挡水建筑物——砼重力坝4.2.2.1基本剖面由于电站形式为引水式，故坝上右侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度，如（如图2-1）所示：（图2-1）B/H=(46)联立B=(4-)B坝底宽度;H～实际坝高（基本剖面H=239.0-115.0=124.0m～坝体材料容重;～水的容重;α～扬压力折减系数;k～基本组合安全系数;计算得：入=0，B=94.66n=0～0.2,下游坡m=0.6～0.85,坝顶宽约为坝高的0.7～0.9，故取n=0.1，m=0.763B/H满足要求，此时B=98.61m详见（图2-2）（图2-2）4.2.2.2实用剖面坝顶宽度=8%～10%H=10m，灌浆廊道距坝底6m，廊道宽×高=4.2.2.3设计情况下稳定计算计算简图自重GG1=0.5×23.5×40×1=1880KN方向铅直向下力臂b1=46.64m力矩M1=G1×b1=1880×46.64=87683KN·m方向逆时针G2=10×127.2×1×23.5=29892KN方向铅直向下力臂b2=40.13力矩M2=G2×b2=29892×40.13=1204946.52KN·m方向逆时针G3=0.5×9.81【（98.61-14）×（98.61-14）/0.763】=11024.45KN方向铅直向下力臂b3=7.10力矩M3=G3×b3=11024.457×7.10=82735.60KN·m方向逆时针b水平静水压力PP1=0.5×9.81×[(98.61-14)2/0.763]=75419.28KN方向水平向右力臂b1=41.33m力矩M1=P1×b1=75419.28×41.33=3117078.84KN·m方向顺时针P2=0.5×9.81（132.4-115）=1485.04KN方向水平向右力臂b2=5.80力矩M2=P2×b2=1485.04KN×5.80m=8613.23KN·mc．可利用水重WW1=4×9.81×（239-155）=3296.16KN方向铅直向下力臂b1=47.31力矩M1=W1×b1=3296.16KN×47.31m=155941.33KN·mW2=0.5×9.8×(155-115)=784.80KN方向铅直向下力臂b2=47.98力矩M2=W2×b2=784.80×47.98=39224.30KN·m方向逆时针W3=0.5×9.81×(132.4-115)2/0.763=1946.31KN方向铅直向下力臂b3=41.20力矩M3=W3×b3=1946.31×41.20=81180.59KN·m方向顺时针d.扬压力UU1=98.61×(132.4-115)×9.81=16832.4KN方向铅直向上力臂b1=0力矩M1=0U2=0.20×（127.2-17.4）×(98.61-11)×9.81×0.5=9436.81KN方向铅直向上力臂b2=9.10力矩M2=U2×b2=9436.81×9.10=85874.93KN·m方向顺时针U3=0.2×9.81×11×(127.2-17.4)=2369.70KN方向铅直向上力臂b3=43.81力矩M3=U3×b3=2369.70×43.81=103816.71KN方向铅直向上U4=4739.41力臂b4=45.64力矩M4=U4×b4=4739.41×45.64=216306.67KN·m方向顺时针浮托力系数1.0，渗透力系数1.1，静水压力系数1.0，水工建筑物安全级别为Ⅰ级，故结构重要系数γ0为1.1=-1502284.95KN·m=124312.17KN=（75419.28-1485.04）KN==333.68KN/m2===2187.6KN/m2所以满足应力要求！K==1.14＞1.1满足抗滑稳定要求！折坡面校核折坡面计算简图a.自重GG1=10×23.5×(242.2-155)=20492KN方向铅直向下力臂b1=27.046m力矩M1=554226.632KN·m方向逆时针G2=0.5×23.5×54.0922/0.763=45058.78KN方向铅直向下力臂b2=4.015m力矩M2=180926.021KN·m方向逆时针b水平静水压力PP=0.5×9.81×(242.2-155)2=37296.021KN方向水平向右力臂b=28m力矩M=P×b=1044311.38KN·m方向顺时针C．扬压力UU1=64.092×17.4×9.81=10940.12KN方向铅直向上力臂b1=0力矩M1=0U2=3730.344KN方向铅直向上力臂b2=6.018力矩M2=U2×b2=22449.21KN·m方向顺时针U3=914.684KN方向铅直向上力臂b3=28.564力矩M3=26110.57KN·m方向顺时针U4=1829.369KN力臂b4=29.713力矩M4=5435.431KN·m方向顺时针εM=-422365.459KN·mεW-U=52237.706KN=198.18KN/m2=1431.97KN/m2折坡面足应力要求校核情况下（校核水位240.8m计算简图a．重G(同设计水位)b．水平静水压力PP1=77624.78KN方向水平向右力臂b1=41.93矩M1=3254807.03KN·m方向顺时针P2=2246.294KN方向水平向右力臂b2=7.13力矩M2==16023.564KN·m方向顺时针c.可利用水重WW1=3366.92KN方向铅直向下力臂b1=47.31力矩M1=159282.93KN·m方向逆时针W2=784.8KN方向铅直向下力臂b2=47.98力矩M2=39224.30KN·m方向逆时针W3=5141.7656KN方向铅直向下力臂b3=43.867力矩M3=22555.22KN·m方向顺时针d.扬压力UU1=20701.592KN方向铅直向上力臂b1=0力矩M1=0U2=8358.2KN方向铅直向上力臂b2=9.10力矩M2=76059.64KN·m方向顺时针U3=2253.16KN方向铅直向上力臂b3=43.81力矩M3=98710.975KN方向铅直向上U4=4506.322KN方向铅直向上B4=45.64力矩M4=205668.52KN·m方向顺时针=-1175791.184KN·m=96881.950KN=64071.713KN==256.974KN/m2=1707.980KN/m2所以满足应力要求！K===1.028＞0.95，所以满足抗滑稳定要求！第五章溢流坝5.1泄水建筑物—砼溢流坝堰顶高程已知设计洪水位为239.0m时，对应的下泄流量为4800m3/s,由于坝基岩较好，取校核状况下的单宽流量q=70m3/s·m，校核时发电用水流量Q0=180(2-8)Q—过溢流前缘的泄流量（m3/s）;Qs—通过枢纽下泄的总流量（m3/s）;Q0——通过泄水孔，水电站发电，及其其它建筑物下泄的流量（m3/s）;α—取1.0计算;Q=4800-1.0×180=4620m3/故溢流前缘净宽==66m，取5孔，每孔净宽b=14m，闸墩厚度取d=2.0m，则溢流前缘总宽L=L0+（n-1）d=70+2×5=计算堰上水头（校核状况Q下）(2-9)其中：σ—淹没系数，取1.0计算；ε—侧收缩系数，ε=0.90到0.95之间，取0.90计算；m—流量系数，设计水头下取m=0.5计算；B0—溢流前缘净宽，（m）则=，计算得H0=10.34m所以堰顶高程为239.0-10.34=228.66m，239.00-228.66+闸门安全超高（1到2m）=11.44m5.1.3溢流坝实用剖面设计设计堰上水头 Hd=11.50ma.本次设计溢流面采用WES曲线，已知WES曲线方程为xn=KHdn-1yHd—定型设计水头K．n—与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知k=2.0,n=1.85）L1:x1.85=2Hd0.85y(2-10)L2:(2-11)L3:(2-12)把L1定在原点O（即从溢流坝顶开始作WES曲线，分别对曲线L1L2关于x求导得：L1：y＇=0.063×1.85x0.85(2-15)L2:y＇=1/0.763(2-16)由于两直线扎起A点相切，故有：0.063×1.85x0.85=1/0.763，解得：x=17.24，y=12.22AD=12.22m，CA=上游反弧段为三段圆弧：R1=0.5Hd=0.5×11.50=5.75m,.a=R2=0.2Hd=0.2×11.50=2.30m，b=0.282Hd=考虑到倒悬部分不容易安装模板，施工也不方便，故把反弧段向下游平移。如下图所示下游反弧段设计(2-17)其中：To总有效水头（m）;hco临界水深（m）;ψ流速系数，试算如下：hco左边右边2To=240.8-136.4=104.467.723To=240.8-136.4=104.432.211To=240.8-136.4=104.4263.891.5To=240.8-136.4=104.4118.34试算得hco=1.6试算得：hco=1.60m，反弧段半径R=（6-10）hco=(9.6-16)m,取R=16m，校核情况下游尾水位为136.4m，从安全角度考虑，如果下游水淹没坝顶，水流的挑射将受到影响，故挑流坎坎顶应高于下游最高尾水位1-2m，取1m，则坎顶高程为137.4m，挑射角α一般取150-300，为较好的挑射水流，采用较大挑射角，本设计采用α=300，作图后可知，反弧段与直线相切点高程为141.55m，反弧段最低点高程为135.26m，AB=故溢流坝坝段坝底宽度为102.35m5.2溢流坝稳定应力计算设计洪水位（239.0）a自重自重GG=147535.10KN方向铅直向下力臂b=14.55力矩M=2146664.81KN·m方向逆时针b扬压力UU1=17470.53KN方向铅直向上力臂b1=0力矩M1=0U2=7993.60KN方向铅直向上力臂b2=9.72力矩M2=77697.79KN·m方向顺时针U3=1925.11KN方向铅直向上力臂b3=45.68力矩M3=87939.02KN·m方向顺时针U4=3850.23KN方向铅直向上力臂b4=47.51力矩M4=182924.43KN·m方向顺时针c水平静水压力PP1=11529.15KN方向水平向右力臂b1=56.83力矩M1=655201.59KN·m方向顺时针P2=63365.71KN方向水平向右力臂b2=37.89力矩M2=2400926.75KN·m方向顺时针P3=14850.38KN方向水平向左力臂b3=5.8力矩M3=86132.20KN·m方向逆时针d利用水重WW1=2890.42KN方向铅直向下力臂b1=49.18力矩M1=142150.86KN·m方向逆时针W2=784.8KN方向铅直向下力臂b2=48.51力矩M2=38070.65KN·m方向逆时针=-1026527.184KN·m=118595.956KN=60044.48KN=507.77KN/m2=1859.956KN/m2满足应力要求！K===1.34309＞1.1，满足抗滑稳定要求！校核情况下（240.8m）a自重G同设计情况下）b扬压力UU1=21486.74KN方向铅直向上力臂b1=0力矩M1=0U2=7796.45KN方向铅直向上力臂b2=9.72力矩M2=75781.49KN·m方向顺时针U3=1877.63KN方向铅直向上力臂b3=45.68力矩M3=85770.14KN·m方向顺时针U4=3755.27KN方向铅直向上力臂b4=47.51力矩M4=178412.88KN·m方向顺时针c水平静水压力PP1=13536.16KN方向水平向右力臂b1=56.83力矩M1=769259..97KN·m方向顺时针P2=63365.71KN方向水平向右力臂b2=37.89力矩M2=2400926.75KN·m方向顺时针P3=22462.94KN方向水平向左力臂b3=7.13力矩M3=160160.748KN·m方向逆时针d利用水重WW1=2890.42KN方向铅直向下力臂b1=49.18力矩M1=142150.86KN·m方向逆时针W2=784.8KN方向铅直向下力臂b2=48.51力矩M2=38070.65KN·m方向逆时针εM=-1057100.613KN·mεW-U=114989.295KNεP=54438.93KN=518.02KN/m2=1728.96KN/m2所以满足应力要求！K==1.436338＞1.05所以满足抗滑稳定要求！5.3坝内构造5.3.1坝顶结构5.3.1.1非溢流坝坝顶宽10m，两边设1.0m的栏杆，路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于排水，道路两旁设排水管，具体布置见大图。5.3.1.2溢流坝溢流坝段坝上布置门机轨道，溢流堰上设置两个闸门，上游侧事故检修闸门，堰顶布置工作闸门。闸墩宽度2，故溢流坝段总长78m5.3.2坝体分缝5.3.2.1给缝溢流坝段和非溢流坝段纵缝间距均为20m，具体位置见正图5.3.4坝内廊道沿灌浆廊道向上，间隔30m布置一层廊道，共分四层，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。除灌浆廊道外，其余廊道尺寸宽2m，高2.5m，由于上游坝面由上至下均倾斜，故第一层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。5.3.5坝基地基处理由于坝址处岩基抗渗性较好，故防渗帷幕灌浆处理比较简单。左岸有断层破碎带贯穿整个山坡，故需进行灌桨加固处理，除适当国深表层砼塞外，仍需在较深的部位开挖若干斜并和平洞，然后用砼回填密实，形成由砼斜塞和水平塞所组成的刚性支架，用以封闭该范围内的破碎填充物，限制其挤压变形，减小地下水对破碎带的有害作用。河床段及右岸靠近河床段了裂隙，采用砼梁和砼拱进行加固，具体分法是将软弱带挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地区的承载力。5.4溢流坝消能防冲采用挑流消能挑流鼻坎出流断面式挑流水力计算的依据，单宽流量q=70m3/s时该断面平均水深hc和平均流速Vc(2-17)(2-18(2-19)其中Zc上游水位到坎顶的高度（m）；L泄流边界的长度（m）；Ks水流边界绝对粗糙度（混凝土Ks=0.00061）；g重力加速度Zc=239.0-132.4=101.6L≈3.24+(228.66-141.55)/Sinθ+2π×16×82.656/360=135.88将已知L=135.88mZc=101.6mKφ=0.805Vc=0.805（2×9.81×101.6）0.5=35.94m/hc=q/Vc=70/35.94=1.95挑距=116.95m挑流冲刷坑深度T的估算(2-20)其中q单宽流量q=70m3/Z上下游水位差Z=240.8-136.4=104.4mK1.2—1.5，取1.5计算T=1.5×701/2×104.41/4=40.12下游水深t=136.4-115=21.4则ts=T-t=40.12-21.4=18.72==6.25＞5故消能防冲设计合理！由于下游基岩较好，而且水流沿河道平顺，因此抗冲刷措施比较简单，只需在溢流坝与非溢流坝交界处设置2m宽的导墙，下游坡做简单防浪措施即可。第六章引水建筑物6.1引水隧整体布置6.1.1洞线布置（水平方向）隧洞尽量布置在地质构造简单，岩体完整稳定的地区，洞线与岩层，构造断裂面及主要软弱带应有较大夹角，隧洞进出口处地形宜陡，洞顶岩层厚度宜不小于1倍开挖洞径，转弯时转弯半径大于5倍洞径，转弯角不宜大于60，以使水流平顺，减少水头损失。详见隧洞布置正图6.1.2洞线布置（垂直方向）隧洞进口断面为矩形，后渐变成圆形，再变为矩形主闸门段，直过闸门估后于由矩形渐变圆形，至压力管道处再度渐变，隧洞段坡降0.5％，至压力管道后以45度角向下拐弯坐高程124.35m6.2细部构造6.2.1隧洞洞径设计水住下3台机满发隧洞流量Q＝nNf/(GAHr)=226.58m/sNf-发电机额定出力A－总体效率系数Hr-设计水头隧洞直径取D=10m隧洞进口段隧洞进口顶部采用椭圆曲线连接，俯视为直线型喇叭口，内部断面为矩形a=(1.0~1.5)D取1b=（1/3D~1/2D）=(10/3~5)m估算拦污栅宽度为166.2.3拦污栅拦污栅共计30个栅片，每个栅片b×h=2.5×3.5m2栅条厚取10mm，间距在高程205m闸门断面尺寸闸门断面尺寸b×h=9×10m2，闸门孔口采用矩形，渐变段断面由矩形变为圆形采用在四角加圆角过渡，渐变段长度为15m通气孔面积S：常按最大通气量除以允许进气流速得出，出现事故，闸门紧急关闭时，最大通气量近似等于进口最大引用流量226.58m/s，进气流速可取70~80m/s，甚至更高，此处取80m/s则通气孔面积S==2.832m2取S=36.2.5进口高程计算Nf=9.81AQHNf-发电机出力（额定）A－总效率系数H－死水位下净水头（四台机满发）求得Q（总流量）＝310m/sV=Q/(b×h)=3.45mV-闸门断面流速Scr=CVScr－闸门低于最低水位的临界淹灭深度C－经验禾数取C＝0.55d-闸门孔口高度（m）Scr=6.0即隧洞进口顶部高程H＝186.0m6.2.6压力管道设计管道内径估算D=(5.2Qmax3/Hr1/2)其中Qmax-钢管最大设计流量Hr－设计水头D=【5.2×（76.35×3）3】/89.77】1/2=6.83m，取D=岔管采用卜型布置各分管内径均用经济直径公式估算。D1=D2=D3=(5.2Qmax3/Hr1/2)=【5.2×76.353/89.77】1/2=4.27估算压力管道段全长2上游如需调压室，则布置在最靠近厂房地面高程251m的地方第七章专题部分——调压室7.1托马断面计算㈠调压室设置的条件作为初步设计，可由下列不等式近似判断设置调压室的必要性，符合下列不等式时，应考虑设置调压室：(7-1)其中L一各压力水道（包括尾水管及蜗壳）的总长度，如有叉管时，取压力管道中最长的一支水管考虑，初步估算L＇=230V一各段压力管道的平均流速，取压力钢管经济流速（4~6）m/sH一水电站最小净水头m∑LV=230×5=1150m〉15×65.46=981.90㈡托马断面Fk的计算托马断面Fk=(7-2)H1=H0-Hw0-3hwm0(7-3)H0一上下游水位差（m）；hw0一隧洞水头损失（m）；hwm0一压力钢管水头损失（m）；(7-4)L—引水隧洞长度（m）；f引水隧洞断面面积（m2）⑴引水隧洞水头损失的计算当设计低水位192.0m三台满发时，引水隧洞的流量Q=310m3=3.95m/s水温200C,查得水体此时运动粘度γ=1.007×10-6m2/s,雷诺系数=3.95×10/（1.007×10-6）=3.92×107＞2320，故此时隧洞中水体流态为紊流，钢筋混凝土隧洞粗糙度Ks=8mm，相对粗糙度=8由Re=3.92×107,=8×10-4查得λ=0.0188，则引水隧洞的沿程水头损失hf==1.704m局部水头损失隧洞进口hj1==0.302m转弯1处hj2=0.0795×转弯2处hj3=0.07324×引水隧洞水头损失hw0=1.704+0.302+1.214=2.1274（2）压力钢管水头损失hwm0V2==8.295m/s=5.7×107＞2320，故此时隧洞中水体流态为紊流，钢筋混凝土隧洞粗糙度Ks=0.7mm，相对粗糙度=0.7/（6.9×103）=1.01×10-4,则引水隧洞的沿程水头损失hf=1.4028m局部水头损失hj4=hj5=0.09285×8.2952=0.3256卜行处水头损失hj6=0.059hwm0=1.4028+0.3256×2+0.059=2.113α=0.2625×3=59.0136所以Fk=(1140×3.14/4×102)/（2×0.2625×9.81×59.0136）=294.438为了保证波动衰减，调压室的断面积必须有一定的安全余量，一般乘以（1.05-1.1），一般乘以1.05，所以Fk=294.438×1.05=309.16m27.2涌浪计算7.2.1简单式调压室a）全丢弃负荷情况下当水电站在瞬时丢弃全负荷时，水流涌向调压室，一般按最高水位计算最大振幅，唯独简单式调压室因波动衰减缓慢，丢弃全负荷的第二振幅由可能低于增负荷时的谁为降低值，故需要再算全丢弃负荷ZmaxX0=-ln(1+Xmax)+Xmax(7-5)其中，，校核洪水位240.8时，hw0=1.017，λ=76.068，查得Xmax=0.125，所以，Zmax=-0.125×76.068=9.5085m丢弃全负荷第二振幅Z2ln(1+Xmax)-Xmax=ln(1-X2)+X2查得X2=0.01，则Z2=X2λ=0.01×76.068=0.76068b）急增负荷时最低下降水位Zmin（设计低水位192.0）(7-6)m=Q/Q0(7-7)Q为负荷变化前引水道中的流量，Q0为增负荷后引水道中的流量，m根据电站在电力系统中所担负的任务决定。一般初步设计阶段，可按上游库水最低设计水位时，其他几组已经满载而最后一台机组（并且不得小于站水电站总容量的1/3））投入运行的情况作为设计情况。两台满载，剩下的一台停机时，引水道流量Q=210m3hw0=2.1274m，，=0.6774则Zmin/hw0=(7-8)计算得Zmin=8.1727.2.2阻抗式调压室阻抗式调压室阻抗孔面积的选择：1.阻抗孔值的选择应该能使压力管道传来的水锤波仔调压室处得到充分反射，其标准是增设阻抗孔以后，压力管道末端的水锤压力变化不大，阻抗低不在任何情况下的压力都不得大于调压室出现最高水位的压力，也不宜低于出现最低水位时的压力2.阻抗要尽量抑制调压室的波动振幅，加速波动衰减。a）全丢弃负荷时最高水位升高值计算(7-9)校核洪水位240.8，引水道流量Q=180m3/s，hw0=1.017m，V0=若取fb=0.5f，则查得ξ=7，所以=7.504=7.504/1.017=7.37=149.592把以上已知值代入（6-9）式，试算得Xmax=7.754，则Zmax=7.886b)急增负荷时(7-10)其中Zmi=hw0Xmin,ε=LfV02/gFhw02设计低水位192.0m时hw0=2.127m，m=0.5，V0=3.95m将已知值代入（1）式得：Zmin/hw0=3.970，则Zmin=2.127×3.970=8.4437.2.3.差动式调压室差动式调压室尺寸的正确选择，应使大室与升管最终具有相同的最高水位和最低水位，这就要求选择适当的阻抗孔尺寸与堰顶高度。1）阻抗空面积w与增负荷时最低振幅计算阻抗空面积一般按增负荷时的要求决定，即假定升管水位下降到最低水位Zmin时，大室和引水道中的流量均未发生变化，大室流入升管的流量为：Q0-mQ，阻抗空面积w(7-11)ψh一水流自大室流入升管时的孔口流量系数，初步设计时取0.8；ηh一水流自大室流入升管时的孔口阻抗损失相对值，按下式计算：最低下降水位按下式计算：(7-12)(7-13)Fc升管断面积；Fp升管断面积；设计低水位192.0时流量由Q=0.5Q0突然增加到Q0=310m3/=0.5，V0=3.95m/s，hwo=2.4815m，ε=92.05，则Zmin=丢弃全负荷时最高上升水位计算突然丢弃全负荷后，升管水位迅速上升，假定在升管达到最高水位开始溢流时，大室水位和引水道流量尚未发生变化，则引水道流量的一部分Qy经过升管顶部溢流如大室，另一部分Qc在水头差的作用下经阻抗孔流入大室