水利水电工程毕业设计

大学生毕业设计觉木沟水电站取水枢纽设计目录第一章首部枢纽设计第二章冲砂闸设计第三章进水闸、引水渠道设计第四章压力前池设计第五章压力钢管设计第六章厂房尺寸拟定第一章首部枢纽设计第一节挡水坝枢纽布置第二节溢流坝段设计第三节非溢流坝段设计

第一节挡水坝枢纽布置1.1枢纽等级的确定根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，按照装机容量大小确定本枢纽的等别。由于此枢纽的装机容量为1400kw，故确定本枢纽的等别为小（2）型工程，由《水工建筑物》查得，该水利枢纽其主要建筑物为5级，次要及临时建筑物也为5级。1.2溢流坝堰上水头确定由资料可得校核洪水流量为Q校＝150m2/s，此洪水流量作为溢流能力计算依据。假设每孔尺寸宽约7m，共需3孔，中墩和边墩厚取1m。横缝设在每个溢流孔中间。由资料可知，溢流坝长度为25m，故单宽流量q单宽=7.143m2/s。溢流净宽B=21m。又由堰流公式：即可求得设计水头H0设=1.8m和校核水头H0校=2.3m

1.3非溢流坝坝底高程及溢流堰堰顶高程确定

由地形图资料可知，非溢流坝坝顶高程为3050m。

坝底高程=坝顶高程－设计/校核洪水位－安全超高－溢流坝坝高，选用其中较小者。初步拟定溢流坝坝高为5m。安全超高坝底高程堰顶高程设计、校核水位非溢流坝坝高1.4坝轴线选择及坝型选择坝轴线选择原因：就地形而言，坝址一般以选在狭窄河谷处，节省工程量；便于取水、排沙、泄洪；就河势来说，坝址要选在河流顺直段，靠近坝址上、下游河流如有急湾最不利，应予避免；坝型选择原因：从基本资料所给的坝址地址可发现河谷两岸节理、裂隙发育，故不宜选择拱坝；泄水方式采用的是溢流坝坝顶泄水，故不宜采用土石坝；重力坝由于结构简单，安全可靠，对地形、地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，便于施工导流，故选择重力坝。第二节溢流坝段设计2.1溢流坝剖面拟定（1）坝顶采用三圆弧段WES剖面，见下图：（2）中间直线段采用0.7的坡降；（3）反弧段：半径取，而，经试算有：R=35m.2.2消能设计（1）消能形式：由于该水利枢纽的等别为小（2），工程所在地地基岩性较差，抗冲能力若，且水头不高。而底流消能是在坝址下游设消力池，消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流内部的旋涡、摩擦、掺气和撞击消耗能量。底流消能具有流态稳定，消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应性强及水流雾化等优点。底流消能适应于中低坝或基岩较软弱的河道，故决定选用底流消能。（2）消消能计算算初拟消力力池底板板高程3040.8m。根据下下式计算算共轭水水深：跃前水深深跃后水深深消力池池池深消力池池池长海曼长度度计算有：：消力池池池深0.97m；消力力池长度度为L=15.96m；海海漫长度度Lp=25.0m。第三节非非溢溢流坝设设计3.1剖剖面设计计上游坝坡坡宜采用用1:0.2~1:0，取m1＝0；下下游坝坡坡宜采用用1:0.8~1:0.6，，取m2＝0.7；坝底底宽度约约为坝高高的0.7～0.9倍倍，在这这里我们们取7.3m。。坝顶宽宽拟定为为3m。。3.2荷荷载计算算(1)坝坝体自重重：(2)静静水压力力：(3)扬扬压力：：见下图图，可知知(4)淤淤沙压力力、地震震压力、、波浪压压力，由由于缺少少具体资资料，故故假设为为0。3.3稳稳定分析析抗滑稳定定计算时时以一个个坝段或或去单宽宽作为计计算单元元。计算算公式选选择抗剪剪公式：：求出的K与表中中的安全全系数作作比。设设计、校校核水位位下的K值均大大于表中中安全系系数，故故满足要要求。荷载组合荷载组合123基本组合1.101.051.05特殊组合（1）、校核洪水情况1.051.001.00（2）、地震情况1.001.001.00坝基面抗抗滑稳定定安全系系数K3.4应应力分析析由《水工工建筑物物》中的的应力分分析公式式可分别别求出上上下游坝坝基面的的应力，，然后与与坝基岩岩体容许许应力112Mpa作作比。求求出的应应力大小小见下表表：由此可知知坝体在在所有计计算工况况下的稳稳定、应应力均满满足规范范要求。。计算情况坝堹处坝趾处

基本组合（设计洪水位）59.980059.980100.970.44849.314100.90特殊组合（校核洪水位）48.670048.670106.84574.7952.35106.8450第二章冲冲砂砂闸设计计由所给地地质资料料可知，，河床两两岸表层层分布为为砂壤土土，为防防止泥沙沙在进水水闸进水水口处淤淤积，减减少泥沙沙被进水水闸引水水时携带带入渠，，故需要要在进水水口的相相邻位置置设置冲冲砂闸。。为使冲冲砂闸有有较好的的冲砂效效果，冲冲砂闸设设在来水水正对方方向。根据设计计基本资资料及泄泄水建筑筑物宣泄泄洪水要要求，初初拟冲砂砂闸底板板高程为为3040.9m，布布置单孔孔冲砂闸闸，闸孔孔为1.50*2.00（宽宽*高）），采用用平面钢钢闸门，，闸孔形形式采用用宽顶孔孔口形式式。2.1冲冲砂闸泄泄流能力力计算冲砂闸泄泄流能力力根据《《水力学学》中宽宽顶堰型型闸孔自自由出流流的计算算公式：：力力臂力矩

1304.853.0003914.55

475.124.0001900.48163.6251.133185.387523.60.850445.06363.8253.8001382.5351940.44.8509410.94116.464.000-465.85=16773.1022.2冲冲砂闸下下游消能能计算所给资料料中因无无消能防防冲建筑筑物洪水水设计重重现期的的流量资资料，故故冲砂闸闸下游消消能按设设计流量量进行计计算。根据地形形图，冲冲砂闸下下游河床床高程为为3041.5m，初初拟消力力池底板板高程为为3040.5m。因因无坝址址处水位位流量关关系曲线线，故假假设在设设计洪水水时单孔孔冲砂闸闸下泄流流量为40m3/s，，下游水水深为0.5m，则根据下式式计算共共轭水深深：跃前水深深跃后水深深消力池池池深消力池池池长海曼长度度计算有：：消力池池池深1.15m；消力力池长度度为L=19.38m；海海漫长度度Lp=35.0m。2.3冲冲砂闸闸闸顶高程程计算由《水闸闸设计规规范》查查的，闸闸顶高程程为正常常蓄水位位、设计计洪水位位、校核核洪水位位加相应应安全超超高中的的最大值值。由于于该水闸闸为5级级建筑物物，故安安全超高高在挡水水时取0.3m，泄水水时取0.4m，由此此计算，，闸顶高高程确定定为。。第三章进进水闸闸、引水水渠道设设计3.1进水闸尺尺寸拟定定选择闸址址，应避避免在河河道急流流或靠近近急弯处处。计划划的闸孔孔轴线应应能使水水流顺畅畅，避免免因水流流改变方方向以致致发生一一侧冲刷刷，而另另一侧又又有淤积积现象。。由于冲砂砂闸底板板高程为为3040.9m，故故初拟定定进水闸闸底板高高程为3041.5m，比冲冲砂闸底底板高0.6m。闸孔宽宽度可由由公式计计算求得得：，，取取1.5m。闸孔高度度可由公公式计计算算求得：：，，取3.2进水闸下下游消能能计算根据下式式计算共共轭水深深：跃前水深深跃后水深深消力池池池深消力池池池长计算有：：消力池池池深1.10m；消力力池长度度为L=15.62m3.3引引水渠道道假定（1）结结合本工工程的地地形、地地质，施施工、运运行及枢枢纽总体体布置等等条件，，引水渠渠沿半山山建筑；；从工程程量及安安全运行行等方面面考虑，，选用非非自动调调节渠道道。（2）由由于八一一镇附近近山谷冬冬季较冷冷，根据据地质资资料建议议，渠道道纵坡选选定为1/750，以以防止在在冬季最最冷期零零下20℃渠道道冻结。。（3）结结合本工工程的地地形、地地质条件件，以及及参考资资料，本本引水渠渠道采用用明渠布布置形式式。（4）由由于本设设计的渠渠道布置置形式为为非自动动调节渠渠道，所所以需要要设置工工作闸门门和检修修闸门。。（5）根根据SL/T205-97《《水电站站引水渠渠道及前前池设计计规范》》，由于于本电站站水工建建筑物级级别5级级，故渠渠道的设设计防洪洪标准为为10年年，校核核洪水标标准为30年。。3.4引引水渠道道横断面面设计由试算法法求出渠渠道正常常水位：：则渠道横横断面尺尺寸为：：底宽，，水深深，，安全全超高查查小水电电站上册册可知当当时时，，。。渠道道横断面面图见后后附图。。3.5校校核渠道道流速正常水深深为1.7m对对应过过水面积积为2.55m2，则渠道道内流速速。。由渠道水水深h=1.7，查《《小型水水电站》》上册可可知，本本设计中中渠道的的最大不不冲流速速，，可可知，不不於流速速，，，即计算算流速在在允许范范围内，，满足不不冲不於於的要求求。3.6渠渠底高程程及断面面其他尺尺寸渠道末端端正常高高程=渠渠道进口口底高程程-渠道道纵坡××渠道长长渠堤顶宽宽应考虑虑管理维维修方便便，可以以行人和和通过手手推车，，设计可可参考表表10-4取1m作为为马道。。渠道上方方边坡较较陡、考考虑降水水量大时时对渠道道的破坏坏，在马马到靠山山坡的一一边，挖挖截水沟沟，横截截面为30cm*30cm的的矩形。。3.7渠渠道伸缩缩缝渠道横缝缝的作用用是减少少和防止止基础不不均匀沉沉降和混混凝土伸伸缩带来来的影响响，其间间距为10~20，寒寒冷地区区宜取小小值，在在本次设设计中，，间距取取10.00m，缝内内防渗采采用橡胶胶型止水水，填充充物采用用沥青木木板。第四章压压力前池4.1前池布布置说明根据本工程的的地形、地质质条件，前池池采用正面进进水，侧面溢溢流的布置形形式，其布置置见平面总布布置图。由公式:则：（4）进水室室正常水位由公式：则进水室正常常水位为。。4.2前池控控制水位（1）前室正正常水位前室正常水位位近似的认为为等于渠道末末端正常水位位(2)前室内内最低水位由公式：计算得：由由公式：：故：初步拟定定前室内最低低水位3041.02m。（3）前室内内最高水位4.3前池各各部分尺寸4.3.1进进水室（1）宽度~则：。。（2）长度小型水电站常常取2~5m，本次设计计中进水室长长度取为3m。4.3.2前前室（1）宽度由公式：本本设计前室净净宽取10.00m。（2）长度由由公式：本设计前室长长度取为26.00m。。4.3.3压压力管管顶高高程由公式：取取为3040.00m。4.3.4进水水室底板高程程可由公式：。。4.3.5前前室末端底板板高程4.3.6前前池顶高程4.4构造设设计4.4.1边边墙进水室外边墙墙高度取取2.00m。前室外边墙高高度取取3.00m.4.4.2压压力墙（1）压力墙墙的构造压力墙采用水水泥砂浆砌石石筑成，并在在临水一侧用用水泥砂浆抹抹面。（2）压力墙墙抗滑稳定性性计算①、垂直方向向力为压力墙墙自重标准值：w=579.04KN设计值：w=579.04KN②、水平方向向为静水压力力标准值：p=47.07KN设设计值：p=47.07KN③、抗滑稳定定系数即，满足抗滑滑稳定要求。。4.4.3溢溢流堰溢流堰采用实实用堰，溢流堰前沿长长度可由公式式4.4.4冲冲砂孔冲沙孔设在前前池末端底部部，高程为3040.60m。4.4.5通通气孔通气孔设在闸闸门后面的压压力水管上，，通气孔采用用铸铁管,通通气孔直径0.3m。4.4.6工作作闸门工作闸门采用用平面钢闸门门，设置在紧紧贴压力水管管进口处。平面尺寸图如如下所示：4.4.7拦污污栅拦污栅采用竹竹木混合物，，设置在进水水室前。拦污栅高=3.06m拦污栅宽=3.20m。第五章压压力钢管第一节压压力水管管第二节镇镇墩、支支墩第一节压压力钢管5.1.1压压力水管的的类型由于该水利枢枢纽为一高水水头小流量引引水式水利枢枢纽，其水头头远大于50m，故不宜宜采用钢筋混混凝土管，木木管更加不宜宜使用。拟定定此水利枢纽纽的压力水管管为露天式钢钢管。5.1.2压压力水管的布布置方式由设计资料，，我们知道该该水电站装机机容量为2台台700kw机组，共1400kw。水轮机设设计流量为4m3/s，，单机流量为为2m3/s。故宜采采用结构简单单、运行方便便可靠的单独独供水方式。。。5.1.3压压力水管的的管坡设计根据地形资料料建议，考虑虑边坡稳定性性因素，压力力水管管坡设设计小于350。本次设计中中，管坡设计计为300。5.1.4压压力水管管经济直径选选择对于小型水电电站，压力水水管的直径D选择，可参考考下面的经验验公式作初步步估算：计算求得：D=0.974m,取D=1.0m5.1.5压压力水管的的管壁厚度管壁最小厚度度不宜小于下下式的计算值值，也不应小小于6mm。计算求得：为安全起见,还应加2mm的锈蚀及安安全磨损量，，故压力钢管管管壁厚度设计计为8mm。5.1.6水头损失失计算水流经输水道道锁产生的水水头损失，按按其性质分为为沿程损失和和局部损失，，则总水头损损失为（1）沿程水头损损失计算钢管管沿程水头损损失计算采用如下下公式：计算求得：由于水流状态态的改变及形形成旋流等而而消耗部分能能量,即为局局部损失。它它集中于很短短流段上，通通常假定集中中于局部断面面上。压力管管局部损失一一般按下式计计算：（2）局部损损失计算a、拦污栅局局部损失拦污栅局部损损失计算如下下：——拦污栅局局部损失系数数，可由下式式计算：经计算有：b、进口局部损损失代入局部损失失计算公式有有：c、阀门局部损损失故每道门槽的的水头损失可可按下式计算算：（1）水锤波的传传播速度a=0.0408m所以：d、出口处局局部损失发电水流以一一定的流速泄泄向下游，将将部分能量以以动能形式损损失掉。一一般，出口口局部损失系系数则则：计算求得：综合上述计算算可知，5.1.7水锤压力计计算钢管的水锤锤波传播速速度可按下下式计算计算==930m/s。（2）水锤锤压力形式式的判别。为了计算水水锤压力，，首先要判判别是直接接水锤或是间接水锤锤以及间接水锤的形式，不不同的形式式各有其不不同的水锤锤压力。由下式可算算出水锤波波在水管中中来回传播播一次所需需的时间：：由以上计算算可知（3）水锤锤压力计算算水锤压力相相对值计算算公式有：：计算得，故压力钢管管末端水锤锤压力升高高的绝对值值为由此可知，，压力钢管管末端最大大设计水头头为：5.1.8压力钢管管强度校核核由强度校核核公式：经计算，mm<8mm故设计的钢钢管管壁厚厚度满足要要求。5.1.9压力钢管管稳定校核核必须对管壁壁的稳定性性校核计算算。保证钢钢管不丧失失稳定性的的条件是：经计算求得得：故管壁厚度度满足强度度要求。5.2.1镇墩对于小型水水电站的镇镇墩，一般般均将压力力水管埋入入墩内。故故此次也设设计为埋填填式镇墩（（见下图）。则拟定的镇镇墩总重量量第二节镇镇墩、、支墩5.2.2支墩支墩材料采采用水泥砂砂浆砌石块块或混凝土土。为阻止止水管有垂垂直于管轴轴线方向的的移动和防防止水管断断面在充水水和放水时时变形，支支墩的支承承面应包围围水管一定定的角度，，一般采采用的的包角角，此设计计中取。为为了检修方方便，管底底离地面至至少应有30cm。。（1）作用在支支墩上的力力由《小型水电站站》表11-8可知作用在在镇墩上各各个力的计计算公式。。a、管重在垂垂直轴线的的分力经计算求得得，b、管中水重重在垂直轴轴线的分力力经计算求得得：c、温度变化化时，传给给支墩的摩摩擦力经计算求得得：支墩自重初步拟定支支墩尺寸为为如图所示示则拟定的支支墩墩总重重量分解总作用用力为水平平分力和垂垂直分力以支墩顶面面的中点为为坐标原点点，取水平平轴为X轴轴，顺水流流方向为正正；垂直轴轴为Y轴，，以向下为为正。各力力在X轴上上的水平分分力为：计算求得：：计算求得：：3）校核支墩墩抗滑稳定定支墩抗滑稳稳定安全系系数：计算求得：：故支墩的抗抗滑稳定是是满足要求求的。第六章厂厂房尺寸寸拟定6.1水轮轮机型号的的选择由已知资料料：本设计计水头H=50M，，设置两台台机组，单单机容量N=700kw，单单机流量，，保保证出力（（在在保证率条条件下）等等参数，根根据查阅参参考资料可可知该水电电站为小型型水电站。。规模较小小，因此采采用卧轴混混流式水轮轮机。初步步拟定水轮轮机机组为为：，水轮机机在最优工工况下，单单机转速，，效率91%，汽汽蚀系数0.133。6.2尾尾水渠6.2.1尾水渠断断面尺寸及及水深的计计算尾水渠采用用混凝土矩矩形断面，，底坡取，，试算水深深及底宽。。由于流量量（（两台机机组同时工工作时），，（（一一台机组工工作时）因因此规模较较小，拟定定底宽.由厂房房。由由厂房房处地质地地形条件查查阅可知粗粗糙率n=0.015，查表表，，当时时由公式：计计算当两台机组组正常工作作时：，，则1）假定h=0.5m，查查附录Ⅱ，，表Ⅱ―2，当n=0.015，R=0.417m时时，流速系系数c取取57.20由由此验算算：与与已知知不不符，重重新计算。。2）、假定定，，查附附录知：则则与与已知很很相近，故故尾水渠道道正常水深深校核流速是是否在允许许范围内：：查附录Ⅱ表表Ⅱ―1，，对于浆砌砌坚硬块石石最大允许许不冲流速速为查小型水电电站上册册表10――3，不淤淤流速为，，因此此符合设计计要求。综上试计算算结果，可可知尾水渠渠的正常水水深，，最低水深.6.2.2尾水渠特特征水位的的确定（1）尾水水渠正常水水位前池正常水水位高程为为，，引水系统统水头损失失为，，设计水水头为50m，推推求水渠渠正常水位位高程：设设计取正常常尾水位为为。。（2）尾水水渠最低水水位为(3)根据据正常尾水水位,尾尾水渠底板板高程为。。6.2.3尾水渠防防渗措施渠道一般都都存在不同同程度的渗渗漏。渗漏漏不仅减少少了渠道的的输水量，，而且影响