水电站设计及岔管结构计算说明书水工六

水轮机安装高 厂房内部结 发电机外形尺寸估 发电机重量估 水轮机蜗壳及尾水 调速系统，调速设备选 水轮机阀门及其附 起重机设备选 主厂房尺寸及布 长 宽 厂房各层高程确 厂区布 第4 水电站引水建筑 引水隧洞整体布 洞线布置（水平位置 垂直方 细部构 隧 隧洞进口 调压 调压室功 设置调压室的条 压力管道设 计算托马断 计算最高涌波引水道水头损 计算最低涌波引水道水头损 调压室方案比 第5 岔管专题设 岔管的布置原 岔管形式的选 设计工况分析、荷载计算和允许应力要 结构设 管壁厚度的计 岔管体形设 肋板计 参考文 240m（万年一遇）9700m3s;238（本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程242.1m，坝坡度为1：0.78，溢流坝堰顶高程224.6m。250m250m103.1m4×4.5=18118.073m124.62m，低于下游校核129.50m130.5m。厂房附近布置开关站，主变TheHuNanZhenhydropowerstationislocatedinHuNanTowninZheJiangprovince,whichbelongstoachainofexploitation.Accordingtothedemandoftopographicform,Ichoosediversionhydropowerstation.Thegeologyconditionisgood.Themainconstructionconcludethewaterretainingstructure(theconcretenon–over-falldam),thereleaseworks(theconcreteover–falldam),thediversionstructure(pressureseepagetunnel,thesurge-chamber),andthesurfacepowerstation.Thechecklevelis240m,itscorrespondingflowis9700m3/s.Thedesignwaterlevelis238m,itscorrespondingflowamountis5500m3/s.Theregularwaterretaininglevelis230m.Thedamsiteisneartheformersaddle.Thecrestelevationofthenon-over-falldam242.1m,andthebaseelevationis113.0m,Themaxheightofthedamis129.1m,Theupstreamdamslopeis1:0.15,thedownstreamdamslopis1:0.78,thespillwaycrestelevationis224.6m.Theinduceroftheseepagetunnelislocatedattherecessce,Thelengthoftunnelis1070m,thediametricofwhichis8.2m.Thesurge-chamberislocatedatthemountain,whichis250mfromtheworkshopbuildingandistypeisdifferentialmotion.Theworkshopbuildingislocatedatdownstream,thedesignleveloftheturbine103.1m,theequippedcapacitoris18.0104kw,thecleanwidthis19m,itslengthis78m.Thefixleveloftheturbineis115.642m,theheightofhydraulictrbineis118.073m,andtheheightofdynamois124.62m,lowerthanthedownstreamwaterlevel129.50m，theleveloftheadjustmentbayis130.5m.Neartheworkshopbuilding,thereareswitchstationandthemaintransformerandsoon.Thisdesignisconcludedbranch流入衢江，全长170公里，流域面积2623平方公里。21511-1坝址断面处山前峦水位～水位流量水位流量1-1坝址断面处山前峦水位～流量关系曲线表1-2电站厂房处水位～流量关系水位流量水位流量水位流量图1-2坝址断面处水位～流量关系曲50%左右。7、8、9月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的25%左右。1-3岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经有四处山坡因顺坡裂23万立方米，在水库蓄水过程中，裂隙中矿，经地质部华东地质局浙西队，认为无经济价值。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽110m左右，地形对称，覆盖层较薄，厚1m212m，岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山坡，其与地形地线一致，影响边坡岩体体与坝基岩石的摩擦系数采用0.68。较单一。有两小断层，宽0.50.8m，岩石完好。18667万立方米。经勘测，砂的粒径偏细，238.00m，设计最大洪水下泄流量5500m318万kW水库总库容2.043108m3（240m查得）m150m处有天然凹口，在此布置引水隧洞进水口。下游获青处布面厂房，开关站等建筑物，具置见枢纽布置图。根据已知资料，山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线。a76340，b76380。a449m，穿过左岸部隙；b432m，避开左岸裂隙。由于坝轴线较短，穿过裂隙不多可作地基b2-1基本组合（正常情况特殊组合（校核情况15（洪水期多年平均最大风速坝顶或坝顶上游防浪墙应超出水库静水位高度hh2h1%hzhc 2h11%m内陆峡谷水库宜用官厅水库计算： mv

215(v2)3

1gD20.0076v012 )

vv2vv vf——计算风速（m/s），况确定。若库形狭长，应以5倍平均库面为准。校核洪水位hhh校取上游面坡度0，同时用应力条件和稳定条件 B H

为上游坡度，取0时可以得到：B H——mBH

c f mH

m取m=0.78 本设计取b=12m建筑物的进水高程来选定，一般为把高的1/3~2/3（43~86.1），取折坡高程为113+60=173.0m，坡度为1:0.15坝底总宽0.156097.52-1原理及 2-21Ⅰ2、Ⅱ4、Ⅲ2-3 121.05、1.1、1.1、3扬压力（有抽排残余扬压力（有抽排1.1（主排水孔之前1.2（主排水孔之后452-4 性能 1摩擦系数f黏聚力c'f黏聚力c包括常态混凝土和碾压混凝土层面f黏聚力c'f黏聚力c22-5 1抗滑稳定极限状态设面、滑动2混凝土抗压极限状态建筑物的自重（包括永久机械设备、、起重设备及其它的自重）扬压力。 况合作用类型力力力况1———土压力根据坝体外是否有填以发电为主的况2————况合————溢流坝考虑动sK's

f'WUc'

KsK—坝体与坝基连接面的抗剪断凝聚力,取1.2ΣP——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；ss2-uW6 dW6 B B2-2非溢流坝荷载计算简图（坝基面↓↑→←WWWPPQQQU00UUUK'

fWUcA3.553.0 uW6 360kPa dW6 2-3非溢流坝荷载计算简图（折坡面↓↑→←WWPUUUK'

f'WUcA1.236386.7381.2103

uW6 390.02kPa

dW6 2-4非溢流坝荷载计算简图（坝基面↓↑→←WWWPPQQQU00UUUK'

fWUcA3.53.0 uW6 281.32kPa uW6 2-5非溢流坝荷载计算简图（折坡面↓↑→←WWPUUUf'WU 1.236185.31.2103K' uW6 280.73kPa dW6 1146.7kPa 采用的混凝土编号为1cm20m，横缝止水用本设计采用两条垂直纵缝，距离为403036.5106.5m30m左岸有断层破碎带贯穿整个山坡，故需进行灌桨加固处理，除适当加固表层混凝土塞外，仍需在较深的部位开挖若干斜并和平洞，然后用混凝土回填密实，小水对破碎带的有害作用。布置横向及纵向排水廊道大小为2mQ5500m3/s（设计 Q9700m3/s（校核溢流前沿总净宽：LQ5500 L0nb(n1)dL0414(41)222LQ9700 L0714(71)222

Q

32gH0 式中：L——溢流前缘总净宽

v

329.81H02 H00H堰顶高程=设计洪水位-H23813.4Q980.90.502

29.81H02 H0堰顶高程=校核洪水位-H24013.474，取整工作一般布置在溢流堰顶点，以减少高度。为了避免局部开启时水舌脱离坝面而产生真空，将布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴设计取净宽1.5m。HmaxH-堰高程240224.6Hd(0.75~0.95)Hmax11.55~Hd14.6m

b10.175Hd2.555mb20.276Hd3.95mb30.2818Hd

R10.5Hd7.3mR20.2HdR30.04HddXnKHn1 dK、n y0.0512x1852-6y

溢流段与直线段的切点的坐标为16.54m,由校核洪水位下137.324-113

Q9700m3 查得下游水位137.324m假设反孤段半径R20m鼻坎挑角20~35，取H12620cos30L1h 0.06

2-7T0hc0

q

式中：T0——总有效水头hc0——临界水深（校核洪水位全开时反弧处水深 查表取0.95qQ98.98m3sT0R(8~10)hc018.72~ R20m2-82-9↓↑→←WPPPQQU00UUUK'

fWUcA3.93.0 uW6 251.4kPa uW6 2-10↓↑→←WPPPQQU00UUUK'

fWUcA3.773.0 uW6 171.5kPa uW6 2-11Lvccosv v2sin22ghh 2h1——坎顶平均水深h在铅直方向的投影，即h1hgKNm2trkrq05H025 式中：tr——冲刷坑深度（m），H——上下游水位差KrKr0.9~1.2；坚硬但完整Kr1.2~1.5Kr1.5~2.0。

q42.3m/sv11.1vc46.53m/Ltr特征水头HmaxHmin、HrN 式中：Q——发电流量（m3s

H——发电水头

H库尾hw，尾f(Q) hw——取为3-1N额3-2N额3-3N额HrHav103.1m（引水式电站）转轮直径查《水电站》表3-6得，限制工况下单位流量Q11M950L/s0.95m3/s，效率M89.4% ，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Q 水轮机额定出力NrNgr （对大中型发电机gr96%~98%）设计水头HavHr99.41mD1 68rmin初步假定n'

n

271.20(r/

则效率正修正值终的效率正修正值=1.67%，m89.4%1.6791.1%（与假设相同）单位转速n的修正值1 11.48%1 最后求得η＝91.1%，Q' ，n'=

0.80165m3

0.95m3/

9.81D12Hr 则水轮机最大流量 50.874(m3/ 11max与特征水头Hmax、Hmin、Hr nD 71.15r/ 87.64r/ n'1r 73.86r/ n'HL200型水轮机的模型综合特征曲线上分别绘出Q11max801.65Lsn'n

=87.64r/min和 由水轮机设计工况下的参数n11r73.86r/min 图2-26查得m＝0.017Hs10.0( Hr——水轮机设计水头转轮直径33-6Q11M860Ls0.86m/s ，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流Q 水轮机额定出力NrNgr （对大中型发电机gr96%~98%）设计水头HavHr94.89mD1 n110m67rminn110n 272.12(r/

则效率正修正值终的效率正修正值=1.3%，m90.8%（与假设相同）11

11.2%最后求得η＝90.8%，Q' ，n'=

0.804m

0.86m3/

9.81D12Hr 则水轮机最大流量 51.023(m3/ 1max与特征水头Hmax、Hmin、Hr nD 71.15r/ 87.64r/ n'1r 73.86r/n'n'n

在HL180型水轮机的模型综合特征曲线上分别绘出Q 804L/s=87.64r/min和 由水轮机设计工况下的参数n11r73.86r/min 图2-26查得m＝0.017Hs10.0( Hr——水轮机设计水头计算得Hs0.098m 推荐用水头范围最优单位转速最优单位流量少多--

ZswHsb0求得ZH 115.490.0980.5

4 2K 4 2式中：s—发电机额定容量（KVA）S 45000 P—磁极对数，P=10定子内径D2P 定子铁芯长度l 式中：C——系 查表C=4×10-6~6.5×10-6，此处取neDaDi

D11.20DaD2D12.4m

D4D56035060 D6300cmD7

2600~1600~ 定子机座高度

上机架高度llt

7.871030.035 174.1上机架高度h20.25Di0.25411 推力轴承高度 励磁机高度h4和永磁机高度h6，副励磁机h3150~ 取 h4200~ h580~ 取 h660~ 取 下机架高度悬式非承载机架h70.12Di 定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离悬式h80.15Di 下机架支承面主主轴法兰底面距离h970~ 取 转子磁轭轴向高度有风扇时h10lt(70~100)lt80 发电机主轴高度h11(0.7~0.9)H 定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距 2sfGG

e 40m，采用金属蜗壳，对于D1=2.5m，高头混流水轮机，采用圆形焊i式中：Vc——蜗壳断面流速，可由查得，在这里，Vc7.6m/

Da2

rDb2

00L4.5D111.25mD41.35D13.375mh60.675D1h2.60D1

B52.72D1h41.35D13.375mh51.22D13.05mL11.82Di4.55mA(200~ D1(14.3~17.9)104Nm30000N QNr(9.81Hmax)43(m3/s) b0H1ds b0H1取ds由n'73.86r/ a0Mmax D0M Z0M选D01.15D1 z0Smax(1.4~1.8)a0max 式中：a0max——水轮机导叶最大开度 D0Z0M 0 0M 0M1.8则Smax1.5a0max③接力器容积计算：V 2ds

d 67.22mm 选用Ts4s，Vm4.5m/s选择与之相邻而偏大的DT-80型电气 3-6Vk(18~20)Vs(2.2986~ 水头较大，故选用蝴蝶阀（配套设备：伸缩节、空气阀、旁通阀D 10.0687 DD0

286.2压力油源及设备，取组合式油压装置HYZ-3-3（根据厂房净宽确定t跨度m速度t16电动机（型号构主副离H1至轨道面h LxR214.021.55.52m B6.81.5 L1LxLx4.94.9发电机层：D2:发电机风罩内径，8.3445m b:两台机组间风罩外壁净距，两台机组间设楼梯，取4m D2b8.344540.4 取LnL0L2l4141822

BS3.3844418.3844mBx4.510611.5B=BSBX上游侧BD258.34450.45 下游侧BD248.34450.44 BSBx

ZH Zsb0hh 式中：h——尾水管高度水轮机层地面高程发电机装置高程

G1进人孔深梁发电机层楼板高程hh2124.62m 起重机安装高程

h2

0.510.52吊车轨顶高程厂房顶部高程屋顶 ←公←公公尾水3-64（ ， 处洞线起始（ ， 角30至坐标（ ， ）偏25度直至调压室。整条线所有节理、断层破碎带均被避开或与洞线以较大的角度相交，且压力管道出口处地势较陡，便于布置。隧洞进口断面为矩形，后渐变成圆形，再变为矩形主段，过后由矩形0545度角向下拐弯坐高程115.642m（发电水轮机安装高程）后水平布置直至厂房。隧流量采用设计水头下，四台机机组最大流量Qmax=51.0234=204.092m3/sA=Qmax vD 取为8.20 由隧线地质图可知隧洞进口可选用洞式进口,隧洞进口顶部采用椭圆曲1.1A=56.1253m2，取渐变段高渐变段长度(1.5~2.0)D12.3~16.4m15m，扩散角arctan8.272.2924-1 其中：a=(1.0~1.5)Db 由上取a1.1Dm b )D(2.73~4.1)m3.0m 拦污栅垂直净面积Sv

拦污栅高拦污栅宽度d

40.6m5m(55=25mdScr dc——经验系数c＝0.55~0.730.55d——孔口高度mHhScr

压引水隧洞，调压室使隧洞基本上避免了水锤压力的影响；下游段为压力，调压室可以减轻位于其下游的压力中的水锤压力。

T 式中：L——压力水道长度（隧洞L=1070m，v3.87m/sL=250v6.39m/sH——设计水头103.1Tw2(4s计算得Tw5.67s2~4sD1 6.38m 式中：Qmax——最大设计流量； D2 D4 沿程水头损失RD4v3.87m/C1R16n

l计算选用糙率n0.012（最小h 局部水头损失①拦污栅处

K

22

b b1 22

K

b b1 过栅平均流速v1Q0.948mS1 1v28.75101

1②喇叭口段hjvQ3.5556ms（取减缩段面积 2 v22 2 2③段hj v32 3④三个渐变段hj4 0.02542v13.5556m/ v23.87m/hj

1

⑤隧洞转弯处hj'0.1310.163d3505 R 90 ''0.1310.163d350 R 90

j

hjhw0hfhj压力的水头损沿程水头损失11v6.39m/RD1.595mC1R16nlhf l0.611mc2R22v5.246m/sRD0.88m4C1R16nlhf l0.47mc2R局部水头损失 d35010.1310.163 90

2v21212g

2分岔管（四个转弯22'2 d35

0

v2 v2 ' 2j 22g33

22gv 32g0.21mhwm02.12m

FK21

f—— hw0v

0.1031F 1程中往往将其乘以1.05，所以得：FK其相应流量进行校核，引水道取最小糙率n=0.012设计情况（正常蓄水位沿程水头损失RD4

l计算选用糙率n0.012（最小vQ3.65m/scn

1R6hfc2Rl局部水头损失①拦污栅处 1

1133 2 b b1 过栅平均流速v1Q0.895mS1h1v21 1②喇叭口段hjvQ3.36ms（取减缩段面积 2h2v2 2③段hjv 30.345mj 3④三个渐变段hj4 0.02542v13.36m/

v192.78333.65m/ v2v 2 1j ⑤隧洞转弯处hj

05 R 90 ''0.1310.163d350 R 90hj

''v 5

hjhw0hfhj校核情况（校核洪水位沿程水头损失RD4

l计算选用糙率n0.012（最小vQ3.753m/scn

R6hfc2Rl局部水头损失①拦污栅处 1 1K1 21 b b1 过栅平均流速v1Q0.92mSjh1j

v11②喇叭口段hjvQ3.45ms（取减缩段面积 2h2v2 2③段hj

j 3④三个渐变段hjv13.45m/s v23.75m/sv2v2hj44 1⑤隧洞转弯处hj'0.1310.163d35

05 R 90 ''0.1310.163d35

0 R 90hj

' ''v25

hj0.008240.1210.3640.01680.104hw0hfhj大糙率n=0.016沿程水头损失RD4

l计算选用糙率n0.016（最大vQ3.87m/scn

1R6hfc2Rl局部水头损失①拦污栅处

1

b b1 过栅平均流速v1Q0.948mS

v1v1②喇叭口段hjvQ3.5556ms（取减缩段面积 2v2 22g③段hjv j 3

④三个渐变段hj4 0.02542v13.5556m/ v23.87m/hj

1 ⑤隧洞转弯处hj'0.1310.163d3505= R 90 ''0.1310.163d3505= R 90 ''v

55 hj0.008750.1290.38660.01820.1108hw0hfhjXminZmin1

m'

0.9

g

00Ah

3 21m'2 3 A

4D

424.2Ap

4

107052.78 1 52.7852.78 32 3

XminZminZmin2.24

S

Xminm'2 1mS 阻抗直径：d 丢弃全负荷时的最高涌波水位Zmax cHH 26.84 (4-c ZmaxWAphw0Zmax3801.370610 Q'

112.4m3/

0 2 hQy3 ：M2ZBZmaxh

X

BXB

ln1 0.15X V maxa

ln1

X

b

0.3X

AArAprr

LAv

13

1XV 10

=4101.9m34-1ZmaxWhabV最终试算得Zmax4-2ZmaxWhabV最终试算得Zm最低涌波水位=设计低水位-Zmin=190.0－3.69=186.31m。大井最低涌波水位与引水道顶部高程间的安全裕量2m即要求最低涌波水位178.35+2=180.35m满足要求其中阻抗孔口面积S8.605m2，直径d3.322m一般来讲，计算上游调压室最高涌浪时，库水位采用水库正常蓄水位，管道中的流量采用相应的最大机组流量，并考虑瞬时全部丢弃负荷，引水道的摩阻损调压室部分，水工建筑物设计潘家铮主编水利电力）55-1放空（检修ˇˇˇˇˇˇpgh1039.81(230113)3.19MPa钢材选用16Mn，s345N/mm2，泊松比0.3，t 1 1

t0 2 2式中：p——内水压力r——该 最大内半径（mm），rD6.383.19m 集中系数K2的取用可按《水电站压力设计规范》SL281—2003附录选用。主管用式（5—1）计算得t022.7mm，用式（5—2）计算得t032.6mm管用式（5—1）计算得t022.9mm，用式（5—2）计算得t033mm。主管用式（5—1）计算得t017.6mm，用式（5—2）计算得t028.3mm管用式（5—1）计算得t017.8mm，用式（5—2）计算得t028.6mm5-2内经m11.312.9800最大公切球半径R0r的（1.1～1.2）岔管选用非对称卜型月牙肋岔管，分岔角取60 1取2R7200mm；2D=5640mm，取01 0 R0 R2 R3R0R1cos1A1sin1 A12640.2mmR0R2cos2A2sin2 A24047.97mm A3 A2 S Rtanij (5- 0 i (i、j123且ij (5-

R1

3600

R

2R1

tan

1

R2

3600

2

5730 2

tan6 18012tan 2 3

R0tan2 3 Rtan32tan8380.13600(tan95 0 2 3 R0R136003190tan2

1 360031901

S13

tan

R2

3600

tan2

5730 2

tan6 18012tan 2 A3Rtan31tan8380.13600(tan15+tan13)=7295.46 3

2

Rtan32tan8380.13600(tan95 0 2 3 180 180 5-3 （i、j123且ij (5-

cos12sin

cos13sin

(5-

R(Az R(Az)

2c'180 经坐标变换得：(x1cz1c，(x3cz3c xsin(90)zcos(90 cos( cos(sin(90z1c R(Az R(Az)

x3cxsin(90)zcos(90) x3c z3cx cos(90)z sin(90) z cos

z)

x3c z3c RAztan1cos'a 2 a

bRAztansin 2 2cV=pR''2 c1c2 1c2tan2cc2c

G2cos2 2

2c

2 R2'=R2(A2z2c)tan2=3.67m tan2cot23=0.3712c 2

c =1.012 1G2 0.3712cos122 V=1.1481063.632 0.72910.72920.729 0.3712cos122 0.3712