太平哨水利枢纽引水式水电站设计

1基本资料 61.1任务的提出 61.2工程地质条件 6 6 71.2.3坝址工程地质条件 7 8 81.3建筑材料 91.4水文与气象 111.4.2气象条件 111.4.3水文资料 121.5水利、动能及水库 17 171.5.2水库水位 181.5.3装机容量的选择 18 181.5.5附图 192水轮机选型设计 252.1机组台数与单机容量的选择 252.1.1机组台数选择 252.1.2机组单机容量选择 262.2水轮机型号及装置方式的选择 2.2.1水轮机型号选择 262.2.2装置方式的选择 262.3水轮机参数计算 2.3.1HL240型水轮机方案主要参数选择 262.3.2ZZ440型水轮机方案主要参数选择 292.3.3HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较 312.4水轮机运转特性曲线的绘制 322.4.1等效率曲线的绘制 322.4.2出力限制线的绘制 332.4.3等吸出高度曲线的绘制 342.5水轮机蜗壳设计 352.5.1蜗壳形式的选择 352.5.2断面形状及包角的选择 352.5.3进口断面面积及尺寸的确定 352.5.4中间断面尺寸的确定 362.5.5FR图的绘制 362.6尾水管设计 372.6.1尾水管的形式 372.6.2弯肘形尾水管部分尺寸的确定 372.7发电机的选择 382.7.1发电机型式的选择 382.7.2水轮发电机的结构尺寸 382.8调速器设计 2.8.1调速设备的选择 392.8.2接力器的选择 392.8.3调速器的选择 402.8.4液压装置的选择 41 423坝区枢纽总布置 463.1坝轴线及坝型选择 463.1.1坝轴线选择 463.1.2坝型选择 463.2泄洪方式选择及调洪演算 473.3枢纽布置 474拦河坝设计 484.1基本资料 484.2挡水坝剖面设计 484.2.1挡水坝坝顶高程的确定 484.2.2挡水坝的剖面尺寸确定 484.3溢流坝剖面设计 494.3.1溢流坝面曲线设计 494.3.2消能防冲设计 504.4洪水下泄流量校核 514.4.1溢流坝过流能力的验算 514.4.2底孔过流能力验算 534.5闸门闸墩及工作桥设 545挡水坝稳定及应力分析 565.1计算说明 565.1.1计算内容 565.1.2计算工况 565.1.3计算单元与计算截面 565.2挡水坝稳定及应力分析 5.2.1荷载计算 565.2.2抗滑稳定分析 575.2.3应力分析 586细部构造设计 606.1坝体分区及标选择 606.2分缝与止水 6.3廊道系统和排水系统的布置 6.3.1廊道系统布置 616.3.2排水设施布置 626.4坝顶构造 6.4.1非溢流坝坝顶构造 626.4.2溢流坝坝顶构造 626.5坝基处理 626.5.1坝基开挖及清理 626.5.2坝基的加固处理 626.5.3坝基的防渗处理 636.5.4地基排水 636.5.5两岸的处理 637水电站引水系统设计 647.1隧洞洞径及洞线选择 647.1.1有压引水隧洞洞径计算 647.1.2洞线选择原则 647.2进水口设计 7.2.1进水口型式的选择 657.2.2进水口高程确定 657.2.3进水口尺寸的拟定 667.2.4进口设备 677.3引水隧洞 677.3.1线路与坡度的确定 677.3.2断面形式与断面尺寸 687.3.3洞身衬砌 687.4调压室设计 697.4.1是否设置调压室判断 697.4.2调压室位置的选择 707.4.3调压室的布置方式与型式的选择 707.4.4调压室的水利计算 707.5水击及调节保证计算 727.5.1调保计算目的 727.5.2调节保证计算的内容 727.5.3调节保证计算的过程 737.6压力管道设计 7.6.1压力管道的布置 757.6.2压力管道直径的选择 767.6.3调节保证计算 767.6.4压力管道的结构设计及稳定计算 767.7防止地下埋管产生外压失稳的措施 8水电站厂房设计 798.1厂区枢纽平面布置 798.2主厂房平面设计 798.2.1主厂房长度的确定 798.2.2主厂房宽度确定 808.3主厂房剖面设计 818.3.1机组的安装高程 818.3.2尾水管底板高程 818.3.3基础开挖高程 818.3.4水轮机地面高程 818.3.5发电机定子安装高程 828.3.6发电机层楼板高程 828.3.7吊车轨顶高程 828.3.8天花板高程 828.3.9屋顶高程 838.4副厂房的布置与设计 83 84参考资料 85外文资料 86浑江是鸭绿江在我国境内的较大支流，也是我国东北地区水力资源较为丰富的一条河流，因此，合理开发利用浑江水力资源是个重要的课题。浑江发源于长白山老岭，河流全长430余公里，河流坡降约为1/1000;流域面积15000平方公里。流域形状近于椭圆，南北长160公里，东西宽约170公根据浑江河道自然特性的变化，大致以通化为上、中游之分界：以桓仁为中、下游之分界。河流系山区河流，蜿蜒于山谷之中，沿河山势陡峭，支流众多，于支流入口处，地势较为开阔，出现山间盆地。浑江流域水系图参见图1。浑江下游（桓仁以下）的水能利用与梯级开发问题曾进行了长时间的研究，基本上归纳为两种开发方案，即：○1桓仁、沙尖子两级开发方案与桓仁、回龙山、太平哨、高岭、金坑等多级开发方案。目前，在桓仁水电站早已建成投产的情况下，实际上变成为沙尖子高坝大库与回龙、太平哨、高岭、金坑等梯级开发方式之争。本任务书取材于梯级开发方案的太平哨水电站，并拟定为混合式开发的地面厂房型式。有关浑江下游梯级开发情况可参见附图1。1.2.1地貌与地层本地区的地貌景观按其成因类型可分为两类：○1构造剥蚀地形，海拔高程360—770米，相对高度200—600米，为中低山地形，由古老的变质岩系组成，山脊较狭窄，起伏不大，无明显的峰峦，地形坡度较大。侵蚀堆积地形，本区可见相对高度为20—30米的二级阶地，3—12米的一级阶地和2—4米的河漫滩。水库区及水工建筑物区出露的地层有：前震旦系，震旦系、寒武系、朱罗系、和第四系，简单分述如下：○1前震旦系：主要为一套区域变质岩石，部分经受不同程度的混合岩化作用，形成各种类型的混合质变质岩。各水工建筑物均位于本地层的混合变质岩上。震旦系：仅在水库区东南局部出露，主要为石英砂岩、石英砾岩、粉砂岩、页岩等。寒武系：该系出露更少，仅局部可见，主要为灰岩。朱罗系：该系在水库区北部，雅河口以上至回龙山一带广泛分布，为陆相火山岩建造，主要为安山岩、安山质凝灰岩、流纹岩等。第四系：在本区出露的有上更新统和全新统。前者分布于浑江二级阶地，为洪—冲积层，主要为砂卵砾石、砂和亚粘土，后者包括一级阶地、河漫滩及河床上堆积的亚砂土、砂砾石，残积的亚粘土等。1.2.2水库区工程地质条件本库区两岸山体高峻，高程为360—700米，分水岭厚度均在0.8公里以上。库岸岩石在雅河口以上为侏罗纪火山碎屑岩类，以下为震旦纪变质岩和混合质变质岩，地下水位较高，不会向邻谷产永久性渗漏。不存在塌岸问题。1.2.3坝址工程地质条件曾选两条坝线（上坝线与下坝线）进行比较。上、下坝线相距200—300米，地质条件基本相同，但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差，呈片状破碎，风化也较深，而上坝线左岸则比较完整。河谷部分，下坝线岩石普遍风化较深，而上坝线只有个别地段风化较深。从上述分析确定选用上坝线。修建土坝或混凝土重力坝，地质上都是可能的。坝址区出露的地层有前震旦系和第四系。前震旦系为经受中等程度混合岩化作用的变质岩系，包括黑云母斜长石注入片麻岩、黑云母混合片麻岩和大理岩，前者分布在左岸，后者分布在右岸，两者为整合接触。第四系包括各种不同成因的松散堆积物。堆积层分布于两岸山坡，为亚砂土夹碎石，厚度左岸为1.5—4.0米，右岸为0.3—2米。河床砂卵砾石厚0—3.5米。坝址区两岸发现有断层三条，其中一条为平推断层（F）位于左岸，走向3NE36°,倾向南东，倾角70°,破碎带宽5米。另外两条北东向断层F与F°据分析F就是区域性的太平哨大断裂，在右坝头西北约300米处通过;F位于右物均无直接影响。坝址区基岩的透水性，根据19个孔、75次压水试验成果统计，单位吸水量由上而下逐渐减小。距地面深4.3—15米范围内单位吸水量的平均值为0.1升/分，25米以下时为0.027升/分。据分析，若采用混凝土重力坝坝型时（估计坝高40米左右大坝将建基于比较完整的半风化岩石之上。河谷部分的开挖深度（自基岩面算起）约为2—7米，相应于此开挖标准，坝基岩石与混凝土摩擦系数建议为0.6，河床部位岩石风化较浅，实际上可挖至微风化岩石，建议摩擦系数采用为0.65。坝址右岸岩石强烈风化，全风化岩石深达30米。强烈风化的原因主要是黑云母混合片麻岩中斜长石和黑色矿物含量较多，长石结晶体粗大，抗风化能力较薄弱所致。建议处理意见是：砂砾状全风化层（深15米左右）可采用混凝土防渗墙方法处理，块状全风化层以下采用帷幕灌浆方法处理。左岸F断层以及3局部破碎带可按常规办法处理。1.2.4付坝工程地质条件葫芦细子地段山体低缓，最低点地面高程仅为192米，需要修建付坝。若主坝采用土坝型式，则此处可修建岸坡式溢洪道。此处山体最狭窄处宽仅70米，上、下游水为差7米。此坡地形陡峭，基岩裸露，南坡较缓，坡度一般约20°—30°。此垩口是浑江侵蚀堆积二级阶地，垩口顶部和山坡上分布有砂卵砾石，厚度1—5米，其地质时代为上更新世坡积层。本地段地层主要是前震旦纪黑云母斜长石注入片麻岩，混合岩化程度较低，岩性不均一，有的地方可见变质岩基体。本地段发现断层共七条，但规模均很小，宽度大都在一米以内，最大宽对为1.5米。这些断层大多延伸不长，对建筑物无影响，设计与施工时按常规方法处理即可。通过地质分析与稳定计算可以认为，此地段山体是稳定的。为了确保建筑物安全，建议在设计时要加强帷幕灌浆与排水措施。1.2.5引水隧洞和厂房区工程地质条件浑江在中下游地段，侧向侵蚀作用十分强烈，形成迂回曲折的蛇曲地貌，为修建引水式电站提供了有利的地形条件。太平哨水电站的引水隧洞和厂房位于南天门岭，此处分水岭宽约800米，而两端河水位差达13米。本区地层主要为前震旦系的黑云母混合片麻岩，所有建筑物均将在此岩层上。第四纪包括出口和进口河漫滩的冲积洪积层，岩性为亚砂土，细沙和砂卵砾石，两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土，细砂和砂卵砾石；两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土夹碎块石。隧洞均将在黑云母混合片麻岩中通过，沿洞线未发现断层，且洞顶上部覆盖新鲜岩体很厚，达80—160米，深部裂隙已趋闭合，因此工程地质条件较好，建议采用：f=6—7,k0=500。洞线前部通过两条较大岩脉，均大致与洞线相交，一条为石英斑岩，宽30—40米，另一条为正常闪长岩。宽26—30米。据地表槽探观察，岩脉与围岩接触良好，但从钻孔资料分析，石英斑岩裂隙比较发育，故建议，通过岩脉处的参数选用为：f=4,K0=300。厂房后山坡地形坡度约50°—60°,坡高40米左右，通过剖面裂隙绘得知，厂房后坡存在两组顺坡裂隙，第一组倾角为68°—74°,第二组倾角稍缓，为40°—45°。表部裂隙张开1—3厘米，坡脚部位岩块已经位移。根据上述情况。可认为后山边坡基本上是稳定的，建议在开挖时基本上沿着上述两组裂隙挖成阶梯状边坡，对已经位移或张开宽度较大的岩块予以清除，对局部不稳定岩块可采取相应的加固措施。厂房基础将坐落在新鲜的黑云母混合片麻岩上。天然建筑材料的调查，包括混凝土重力坝和粘土心墙砂砾壳坝两种坝型所需要的各种材料，其需要量初步按：混凝土坝方案，混凝土方量50万米3，砂砾石料150万米3，土坝方案：粘土料14万米3，坝壳砂砾料120万米3，护坡块石料5万米3，反滤料4.5万米3。通过勘探、试验工作，可以满足上述要求，砂砾料与粘土料场分布、储量、质量评价等详见表1与表2。土坝护坡用石料场，选择了葫芦头和榆树底两处。葫芦头石料场位于坝址上游左岸约3公里，交通方便，基岩为黑云母混合片麻岩，榆树底位于坝上游右岸约3公里，料场山体比高100—500米，山势陡峻，覆盖厚约1米，基岩仍为黑云母混合片麻岩。砂砾料场位置、储量及质量情况一览表表1料场名称头（漫子位置游右岸1公里游0.5—2.5公里面积体积（万米2）无有效层81.16.381.16.35合计126.6B质量评价开采意见便坝方案服务岭岭门子游右岸6公里2.5公里口游右岸1公里414,000175,00036,80090,000002047000047BBBB输困难较高粘土料场储量、质量情况一览表表2体积体积固结快剪（万米3）量（%）0.2122.246.48.20.5—0.17261.5公里游左岸5公里力擦角184.924.91.81.411.891.541.751.400.2625渗透系数天然容重3.×10-61.×10-61.×10-628.3位置231.4.1流域自然地理概况太平哨电站位于鸭绿江支流浑江下游，本站以上集水面积12950平方公里，其上游约86公里和37公里处分别有桓仁，回龙山水电站，其集水面积坝址以上分别为10，375平方公里与12，506平方公里。浑江流域地理坐标在东经124°24′—126°36′，北纬40°40′—42°10′之间。其相邻流域北为第二松花江，东为鸭绿江干流，西侧为辽河流域左岸支流浑河、太子河，南为鸭绿江右岸支流蒲石河、河。浑江属于山区性河流，流域内高山群立，山势陡峭，地势起伏较大，山坡上一半多生杂草和林从，植被较好。1.4.2气象条件浑江属于山区河流，地形对气候的作用比较明显，流域东北系长白山系的主峰白头山，海拔高达2744米，自此分向西北，西南与东南三方向逐渐低下，到流域南部的丹东，海拔高程为59米，自丹东向北至宽甸，地形突然上升（海拔高程约300米高差达240米，因此当偏南气流入境后，受地形抬升影响，产生强烈降水，降雨中心多在鸭绿江下游至宽甸间，浑江正处于该暴雨中心北部边缘，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地6—8月降雨量占全年的60%左右，尤以7、8两月为最多，最多月雨量与最小月雨量之比达30倍之多。浑江流域正处于西风带大陆的东部，冬季在蒙古高压的控制下，天气寒冷干燥，为期漫长，全流域一月份平均温度均在-10°以下，极端最低气温发生在一月份，并在-30°以下。全年右4—5个月气温在零度以下，夏季炎热而短促，极端最高气温可达39.5°C(桓仁)，年差很大，参见表3。1.4.3水文资料浑江桓仁以下，干流有桓仁、回龙山、沙尖子水文站，支流有二户来、普乐堡及太平哨水文站。各站资料以桓仁较长。太平哨水库年径流系用回龙山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站径流资料，按面积比推求而得，详见表4。各站年径流有关参数详见表5。浑江的洪水主要由急剧而强烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中强度最大的暴雨又多集中在一天之内。就较大洪水年份分析，形成暴雨的天气系统有台风，气旋（华北气旋，渤海气旋、江淮气旋、黄海气旋）以及副热带高压边缘的幅合扰动，如1960年发生了浑江的50年一遇洪水，形成此次暴雨的天气系统在黄海上空正在恢复中的台风输送水汽与副热带高压边缘的扰动，再加上南部连续移来三个低压想遭遇。从一月二月三月四月五月六月沙尖子太平哨沙尖子平均太平哨49387沙尖子太平哨NWNWSWNWNSNNNWNWN发生年月太平哨电站年径流系列表（流量：秒立米）表4一月二月三月五月六月七月八月九月十月十一十二年均46.640.140.441.646.341.347.2浑江下游主要站年径流参数表（流量：秒立米）表5设计值P%设计值P%50139172181216站名桓仁回龙山太平哨沙尖子CS/CV2222多年平均流量144178187244CV0.320.320.320.32957896.610112120525426631952272802953539089110116138东北历年大暴雨的分布规律看，在鸭绿江的中下游（包括浑江一带）暴雨出现的机会和强度都才超过其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米浑江历史洪水的调查曾先后进行了5次，调查河段上至通化，下至沙尖子。这对洪水分析提供了可靠的历史资料。桓仁站实测洪水资料较长，加之历史洪水调查资料，故洪水分析成果较为可靠。回龙山与沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相关插补而延长。太平哨水电站由于无实测资料，故洪峰洪量参数用回龙山参数，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面积比推求。由于上游桓仁电站库容较大，对洪水起一定的调蓄控制作用，故区间洪水对下游梯级起主要作用。太平哨水电站设计洪水地区组成曾用典型年法和频率组合法（以回龙山为控制）推求组合洪水进行比较,两种方法计算成果相近,故采用典型年法成果,即桓仁，桓—回，回—太区间设计洪水过程线，系以回龙山三日洪量为控制，按典型年分配，同倍比放大各控制点设计洪水过程线。太平哨水库入库洪水系将桓仁入库洪水，经桓仁调节后，如桓—回区间而得回龙山水库入库洪水，在经回龙山水库调节后，加回—太区间而得太平哨入库洪水，详见表6。太平哨水库入库洪水成果表表6流量：秒立米单位水位：米0.10.12320014600306.01690016800225.82回—太区间洪峰3170流量太平哨入库流量入流量桓仁出流量库水位入流量回龙山出流量库水位2144008780304.2295009500221.850.51850011200305.461200012000223.251165009470304.851100011000222.730.012980018500308.3253014000.226012400197010800175003.33.351020入流量8990802065504960桓仁出流量7750688058304120库水位301.22301.6300.95300.86入流量9290750065504500回龙山出流量9250750061004500库水位221.74220.58219.92218.50回—太区间洪峰流量1610902835557太平哨入库流量98208070695049801.5.1电站任务太平哨水电站位于浑江干流，是桓仁、回龙山的下一级，本工程开发主要目的是发电。由于本电站承接上游桓仁等梯级水库对浑江丰富水量的调节，故能以较少库容获得较好的能量指标。电站建成后以下沿江无较大城镇与工矿企业，对水库无防洪要求。库下宽甸县太平哨公社有5000亩耕地需灌溉，在水库水量平衡中可按1秒立方米考虑。1.5.2水库水位浑江自然落差较大，水量丰富，在太平哨水库回水范围内多为崇山峻岭，淹没耕地、村屯较少。库区老营沟附近虽发现有铅锌矿，但据辽宁省地质局调查，该矿储量有限，规模不够，未能纳入国家开采计划，仅有生产队组织开采。由于桓仁水库的修建，极大的改变了浑江的径流在年内分布的不均匀性，弥补了太平哨水库的库容小，调节性能差的缺陷。太平哨电站应尽可能的利用河段自然落差，因而，从与其上级回龙电站尾水位衔接角度的分析，太平哨水库正常高水位定为191.5米为宜。水库死水位则应结合输水建筑物的布置分析确定。（死水位190米，正常高水位191.5米，设计洪水位(P=1%)191.7米，Q=12400m3/s,校核洪水位（P=0.1%）194.7米Q=17500m3/s）。根据本工程的条件，应采用Ⅱ级设计标准，即水利枢纽永久性建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。考虑到上一级回龙地下电站交通洞的高程，要求本水库设计洪水位也不应超过198.0米高程。1.5.3装机容量的选择东北地区工农业生产不断提高，现有电源特别是水电远远不能满足系统负荷增长的需要。经与东北电力局研究认为，太平哨水电站将在负荷曲线的尖峰位置上工作，并应适当担任一部分备用容量，为此，本电站的利用小时数不宜过高，可控制在2500小时左右或更低些，可结合机组选择合理确定。（最后确定太平哨水电站的装机容量N为16万千瓦，保证出力2.5万千瓦，年发电量4.3亿度，年利用小时数2680小时。特征水头：最大水头38.1米，最小水头34.6米，设计水头36.2米，加权平均水头36.2米，发电机效率98%。）1.5.4引水隧洞的洞径选择考虑到施工技术条件，引水洞洞径不宜超过12米，否则的话，可考虑采用两条引水隧洞的方案，应结合机组数的选择合理确定。1.5.5附图附图1-1：浑江下游梯级开发示意图附图1-2：太平哨水库容积、面积曲线附图1-3：太平哨坝下H—Q关系曲线附图1-4：太平哨水电站尾水H—Q关系曲线附图1-5：HL240-46转轮综合特性曲线附图1-6：ZZ440-46转轮综合特性曲线附图1-7：坝址区地形图附图1-8：引水道沿线地形、地质图附图1-1：浑江下游梯级开发示图1太平哨下游梯级开发示意图富尔江二河太平哨电站示意图太平哨河江江拉半半拉坑河绿鸭头山夹太平哨雅江浑浑大大子江岛附图1-2：太平哨水库容积、面积曲线附图2太平哨水库容积面积曲线附图1-3：太平哨坝下H—Q关系曲线附图1-4：太平哨水电站尾水H—Q关系曲线附图4太平哨水电站尾水H～Q曲线2.1机组台数与单机容量的选择2.1.1机组台数选择水轮机额定出力Nґ=N÷98﹪=40000÷98﹪=40816.32KW2.2水轮机型号及装置方式的选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头,本电站工作水头范围为34.6m~38.1m根据水头范围从型谱中查得ZZ440型适应水头20m～40m,HL24型适应水头25～45m两种型号均适用。将两种机型作为初选方案计算其参数作分在大中型水电站中,其水轮机发电机组尺寸一般较大,安装高程也较低,因此七装置方式多采用立轴式。它可使发电机的安装高程较高不易受潮,机组的传动效率较高而且2.3水轮机参数计算11M效率=90.4%，由此可以初步假定原水轮机的单位流量Q'=Q'=1.24m3/s,效率M11M=92%.MNDD=1H3/2D——水轮机标称直径1Q'——水轮机单位流量查得Q'=1240L/s=1.24m3/sN=N=N/=mm332x111H——采用设计水头36.2mnD——采用选用的标准直径D=4.1m采用与其接近的同步转速n=107.1r/minMmax1考虑模型与原型水的差异,常在Δη减去一个修正ξ=1.0%,Δη=1.8%maxMmaxM10Mm3TTP设计流量Q=Q'D2H=NT算出来.QNrr2HHη4H1H1H1H1nDHQD2Hr3/s====r单位流量Q'HpHHH——水头s1ADmins2Z为设计尾水位152.6mDminH为吸出高度s最优单位最优单位限制工况单位流量Q'气蚀系数δm模型直径实验水头m1151.650.720.463.50导叶相对b/D’60.3751）转轮直径D的计算1由上表查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量Q′=1.65m3/s,同时该工况SQ1′MHDHDmHHDmHH——水头采用H=H=36.2mpDrrmaxM1效率修正值Δη=ηmax-ηmaxM，对不同装置角计算结果列表如表2-4表2-4ZZ440型水轮机效率修正值计算表ξ=1%ηMηΦΦ已知在吸出高程为-4m,限制工况点(n')处的模型效率MΦ10M1D1NQN2HHηD2H=1maxHrS=-3.35m>-4.0m123456789模原34.6~在水轮机的工作水头范围以内取三个水头H,H,H并绘制每个水头下的工HH111=N=9.81D2H32ηQ1η=ηQ'NηQ'Nmmmrn=1Hr2H32ηQ'η=ηηmNm1HHn'=1n'=11H2H32ηQ'η=ηηmNm1555水轮机最大出力受到发电机额定出力和水轮机5%出力贮备线的双重限制，在运转r发电机额定出力NNN5%出力储备线的限制。在相应的模型综合特性曲线图中的5%出力储备线上找出相应于H的工况点然后求出对应的N=9.81D2ηH32(η=η+Δη)在图中把HN点与H,N点连成直线，即得到H〈H时的出力限制线，如附图2-2。minminN则HHN2.4.3等吸出高度曲线的绘制2）在向相应的模型综合特性曲线上，佐以各水头下n'为常数的水1MQiNniHs装H蜗壳形式有金属蜗壳和混凝土蜗壳，金属蜗壳适用于水头大于40m或小型卧式机向尺寸较小,可以减少厂房的面积和土建投资,所以本设计采用了混凝土蜗壳,并采用平2.5.2断面形状及包角的选择从蜗壳的鼻端至蜗壳进口断面之间的夹角称为蜗壳包角,常用Φ来表示,对于混凝0土蜗壳由于勘测流量较大,允许的流速减小,允许流速较小,通常采用包角为180°~270°,本设计选择270°断面形式使用平顶梯形，本设计采用了平顶梯形,所以n=0,--0bcT2v1|F0=ab-2m2m，m1Fi01F=ab-m22iFF006R下部土建工程的投资和水轮机运行的效率及稳定性。尾水管的形式很多,常用的有直锥形,弯锥形和弯肘形,大中型反击式水轮机均采用弯肘形，本设计采用弯肘形，它不但2.6.2弯肘形尾水管部分尺寸的确定属里衬,以防止旋转水流对管壁的破坏,对混流式水轮机,单边的扩散角当流速很大特别含沙时应设里衬，由于该电站水头小150m，所以不设金属内衬.3）出口扩散段是一段水平放置,两侧平行,顶板上翘a的矩形扩散管,a一般取的厚度取(0.10～0.15)B5.并考虑尾水门槽不止的需要，出口扩散段内通常不BB6h41D41a2h6a1R6L1R8R7ahh6B5h5L1LHh4D4D112.7发电机的选择2.7.1发电机型式的选择水轮发电机有关资料如下（查《水电站机电设计手册》水力机械卷ait1永磁机及转速继电器高度：=455mm定子支撑面至下机架支撑面距离：h8=785mmh=6120mm法兰盘地面至发电机层地板高度：H=9055mm定子支承至发电机层地板高度：h=3428mm123mm2.8调速器设计11Nmax采用两个接力器来操作水轮机的导水机构选用额定ds=λDbbHD1D=4.1m位于2.5-7.5之间Z=24采用标准正曲率导叶式中λ为系数查《水力机械》表5-3得λ=0.03导叶高度b=1.5m0ds=λDbbHD1DZ0max0MaxDZ0M000M00Mmax0maxNQ1max2H3/2η则Q=Q'D2H=3/233a=aD0Z0m=26.9*4797*24=242mm0max0MaxDZ534*240M03）接力器容积的计算πV=d2S22VVsV——管内油的流速（m/s）msmVV——压力油罐总体积（m3）V——导叶接力器的总体积（m3）3RSs 等效率0)等吸出高曲线019.126.82511.185.82519.126.82511.185.8253.8255.274.825半径蜗壳平面单线图发电机外形尺寸示意图3.1坝轴线及坝型选择3.1.1坝轴线选择坝轴线的选择主要是根据地质条件,地形条件,施工条件建筑材料供应和效益及远景指标等因素选择合理经济的坝轴线.①地质条件地质条件是坝址选择的重要条件,太平哨电站曾选用两条坝轴线(上坝轴线与下坝轴线),上下坝轴线相距200m～300m,地质条件基本相同,但下坝轴线与右岸岩石完整性较差,呈片状破碎,风化也较深.②地形条件在高山峡谷地区布置水利枢纽,减少开挖,坝址选在峡谷地段,坝轴线断,坝体工程量小,但不利于泄水建筑物的布置,因此需要综合考虑.在选用坝址时,应考虑如何防止泥沙和漂木进入,取小建筑物,对与于有通航要求的枢纽,应主意通航建筑物与河道的连接.坝址附近特别是其下游应有较开阔的地形,以便布置施工机械应在交通干线的附近,便于施工运输,可与永久电网连接,解决施工用电问题,却便于施工导流.坝址附近有足够数量符合质量要求的天然建筑材料,对于材料分布埋置深度,开采条件以及施工期淹没等问题都应认真考虑.对于不同坝址要综合考虑防洪灌溉发电航运旅游等各个方面的经济效益.综上所述,并结合本设计情况,确定选用上坝线.3.1.2坝型选择对地形、地址条件要求试用性强，安全可靠.剖面尺寸大,坝内应力较低,筑坝材料强度高,耐久性好,枢纽泄洪问题容易解决,便于施工导流.拱坝坝体轻韧,弹性较好,是一种很优越的坝型,但对地形条件和地质条件要求严格,地形要求左右两岸对称,在平面上向下游收缩的峡谷段,地质条件要求岩基较均匀,坚固完整.在本设计中在地形上左岸较陡峭,右岸较缓且下游扩大,因不宜修建拱坝.可就地,就近取材,适应于不同地形,但土坝的泄洪需修溢洪道、泄洪洞，从而提高3.2泄洪方式选择及调洪演算根据重力坝要求和其自身特点选择表孔泄流和底孔泄流相结合，溢流坝泄流泄量112m×10.5m闸墩及分缝：中孔分离闸孔并支承闸门工作桥其厚一般取3～5m取4m共七座缝墩：考虑不均匀沉降影响将缝设在闸墩中间,缝宽20cm共六座（2）底孔坝段：孔数采用4孔尺寸为4×3.5mB=4×4=16m2布置采用两孔一组，中间隔墩为8m边墩为4m总宽度L=4×4+8+4×4=40m桩号为0+220～0+260坝基岩石容许压应力为坝基落在较完整的半风化岩石上把体与基岩摩擦系数f=0.6计算方法：稳定计算用抗剪公式，应力计算用材料法4.2挡水坝剖面设计4.2.1挡水坝坝顶高程的确定5/4D1/3=2c设5/4D1/3=2 c4.2.2挡水坝的剖面尺寸确定门机轨道的要求，本设计取8m2）坝高：最大坝高为坝顶高程-建基面高程=195.8-160=35.8m或下部倾向上游，下游坝坡系数采用m＝0.6～0.8，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍。利用几何关系可知下游折坡高程185.13m坝底宽度为26.85m挡水坝剖面图如下4.3.1溢流坝面曲线设计查表得:最大负压值2.4m<3，故满足要求.2n=kHn1y由《水工建筑物》表2-10s查得k=2.0n=1.85曲线方程为x1.85=且戽坎下游的入水角也较大，冲刷能力较强，当值较小时，则形成稳定戽流的下游水床同高即戽底高程为161m。消能比K消能比K=gH1.5H=194.7-161.0=33.7mHHRH4本设计采用R=12m为了防止泥沙或石块卷入戽内，戽坝顶高于河床，对于戽端无切线延长时，有a=R(1-cos)般尾水深的1/6，高度不够的可用切线a=12x(1-cos405)=3.5m-尾水位=-×（174.2-161.=2.2m，取戽坎高度3.5m溢流坝坝面曲线如下图4.4洪水下泄流量校核在拟定的孔口尺寸下利用公式Q=nbεσm2gH2sH=191.7-181.5=10.2mm为流量系数0BBC1PB1H0ε'01 sH0=4.4.2底孔过流能力验算式lλ+Σξ11m3m3考虑经济使用因素本设计采用弧形闸门作工作闸门，用平板闸门作检修闸门平板门采用12×12m弧形门门高按设计洪水位考虑10.2m，按校核洪水位考虑为13.2m取12m作为设支铰位置一般在1/2～3/4倍门高处即6～9m的位置取8m则支铰高程为181.5+8=189.m5弧形门最低点位置距堰顶靠后一段布置以保证水流沿堰面下泄0工作桥墩顶高程：弧形闸门全开时最高点高程+安全超高按几何关系求得为203.7m15.1.1计算内容5.1.2计算工况5.1.3计算单元与计算截面5.2.1荷载计算选择工况为正常蓄水位情况W22=605KN岸坝头向下游渗透，在某个截面上，由于渗透引起的水压力称为渗透压力，由下游水深引起的水压力称为浮托力，渗透压力与浮托力之和称为U2U3212m，H1m0W1WUU2U3UU5U6ΣW-U)K=ΣP水工建筑物时2-20ΣW——为坝基面以上的总铅直力ΣP——为坝基面上的总水平力K>[K]满足抗滑稳定要求5.2.3应力分析ΣW6ΣMyuTT2ΣW6ΣMσ=-0ydTT2剪应力为τ,uτd22σ2-pn2=2222222221aσmax小于基岩的抗压强度,满足规范要求主应力1σ=0满足规范要求。6.1坝体分区及标选择坝体各部分的工作条件不同,对混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的Ⅲ区和Ⅳ区—分别为上下游最低水位以下坝体表层混凝土和靠近地基的基础混凝为低热混凝土Dw.本设计采用3m的C15混凝土Ⅵ区—抗冲刷部位的混凝土，如溢流面，泄水孔，导墙和闸墩。抗压强度不低于20MPa～25MPa（90天龄期严寒地区应满足D150～D250要求。上游最高水位上游最高水位上游最低水位上游最低水位下游最低水位下游最低水位求。如：混凝土浇筑能力及温度控制等。横缝间距（既坝段宽度）一般为12～20m，也有的用到24m左右，主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置、和浇距离应有利于改善该部位应力,一般为0.5～2m,缝间贴沥青油毡，沥青井呈圆形其井6.3.2排水设施布置般为水头的1/15～1/25且不小于2m，排水管间距2～3m管径约为15～20m，排水管应的排水沟管并引致上游水库或坝体排水管内，两侧人行道以高出路20～30cm，把顶对于浅埋的软弱夹层可采用明挖换基的方法将夹层混凝土深齿墙，在夹层内设混凝土灌浆廊道下游侧钻设一排主排水孔称主排水孔幕，对尾水较高采用抽排降压措施的高可采用混凝土防渗墙方法处理,块状全风化层以下采用帷幕灌浆处理,左岸的平推断层F3,局部破碎带按常规办法处理两岸的开挖以蓝图设计基岩线开挖.分水岭宽约800m，而两端河水位差达13m，本区地层主要是前震旦系的黑云母混合片英斑岩，宽30～40m，另一条为正常闪岩，宽后山坡地形坡度约50º~60º,坡高40m左右，后山坡边坡基本稳定。3隧洞断面面积：A=maxV4eee2）地形条件：出口处的地形宜陡，进口段洞口围岩厚度宜大于一倍开挖洞径，一般要求周围坚固厚度不小于三倍开挖洞径。应在水库淤积高程以上1.0～1.5m，为避免进水口前出现漩涡和吸气漏斗，需有一定222构稳定性，进水口设支墩，布置两孔，高4.5m，宽9.5m的矩形平板闸门并相应设两3）渐变段：渐变段是闸门段到压力引水管道的过渡段，其断面面积和流速应逐渐 va3/saa2a拦污栅在平面上布置或直线上面为垂直布置，即倾角为90º,过栅的水流净流速应尽量A=a==2a为了利于检修与排水，隧洞纵坡率为2%，其工作闸门与检修闸门设在进7.3.2断面形式与断面尺寸用圆形，直径为9m。衬砌形式，混凝土厚度为1m。7.4.1是否设置调压室判断扩大的断面和自由水面的反射水锤波将有压引水系统分为两段：上游段有有压引水隧洞，调压室使隧洞基本上避免了水锤压力的影响；下游为压力管道，由于长度缩短了，从而降低了压力管道中的水锤值，改善了机组运行条件。改善机组在负荷变化时的运行条件及系统供电质量。响，减小了压力管道中的水锤压力，改善了机组的运行条件，从而减小了他们的造价；但另一方面却增加了设置调压室的造价，所以是否设ΣLVwgH0ii0死水位至电站下游水位190.0-152.6=37.4mw675m，压力管道长125m，2#主洞625m，压力管道长175m。7.4.3调压室的布置方式与型式的选择1）应根据电站及引水道的实际情况，选择可能出现的最不利情况作为水力计算条件，使调压室自阿确保安全的前提下最经济合理，采用托马公式：F=kL wm0kfwm0+ΣξV2+V2w0C2R2g2g2V2+ΣξV2+V2R31w02V2+Σξ1R3hC=w0=V2V22V2LV2C2RLn2V24R3V——管内流速，取5m/s4Q取D=6m4Q取D=6mR——水力半径取R=D/4=6/4=1.5mLV2Ln2V2LV2Ln2V2C2RC2RR33FkL2cgwm0m2D=kπm2w0取调压室顶部高程为210.0mm最低涌波水位（181.4）-隧洞顶高程（179.0）=2.4m取2.5m，满足隧洞布置要求。水击压强的措施.调节保证计算的目的：为了保证电站运行的经济与安全，需选择合理的导叶启闭所以2#管道取L=175m由前面计算D=6.0m压力管道是地下埋式钢管，水击波速C=1200m/s：（初选择T=8sZ=scmaxmaxD262A40max20Tsf100N——额定转速，取107.1r/min0maxmax000max==mn2GD20=max(ξ,ξ