【《某土质心墙土石坝的水电站及放空隧洞简略设计案例》3700字】

某土质心墙土石坝的水电站及放空隧洞简略设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u32295某土质心墙土石坝的水电站及放空隧洞简略设计案例 1239291.1引水隧洞 1132811.1.1洞泾 1106271.1.2进口高程 272321.1.3线路布置 2201131.2水电站厂房 2183551.2.1水轮机安装高程 2237991.2.2主厂房平面布置 3185291.2.3副厂房布置 5156081.3尾水渠 6208311.4放空隧洞 61.1引水隧洞1.1.1洞泾本设计中水电站形式初拟为引水式水电站，根据《水工建筑物》REF_Ref40364805\w\h从水库内引水发电的水工隧洞一般为有压隧洞，故本设计中隧洞为有压隧洞。根据第四章枢纽布置，电站建筑物布置在右岸。根据《水工设计手册》，有压隧洞宜选用圆形断面。在地质条件优良或内水压力不大情况下也可采用马蹄形和方圆形等断面。本工程中右岸地质构造复杂且风化程度较深，所以隧洞断面型式采用圆形。隧洞的断面尺寸由技术经济条件确定。发电隧洞的流速有一个经济流速，有压隧洞为2.5～4.5m/s。根据式（1.1）初步拟定隧洞断面尺寸： (1.1)式中:D——圆形断面直径，m；Q——流量，m3/s；H——作用水头，m，水库正常蓄水位和隧洞出口高程（近似为水轮机安装高程）之间的水头差。根据设计资料，单个水轮机引用流量为38.4m³/s，作用水头为43.52m，则隧洞内径D=6.386m，取洞径为6.4m，此时隧洞内流速为4.77m/s。1.1.2进口高程进水口的顶部高程应在水电站运行中可能出现的最低水位以下，并有一定的淹没深度，以保证不进入空气和不产生漏斗状吸气漩涡，且保证进水口沿线不产生负压。这一淹没深度称为深式进水口的最小淹没深度。同时进水口的底部高程一个在淤沙高程之上。最小淹没深度可按公式估算： (1.2)式中:S——最小淹没深度，m；V——闸孔断面流速，m/s，前面计算为4.77m/s；d——闸孔高度，m；c——与进水口几何形状有关的系数，进水口设计良好和水流对称，取0.55。计算得S=6.46m。根据设计资料，水库死水位182.80m，淤沙高程170m。为了保证进水口不被淤沙堵塞，进水口底部高程确定为171.0m，顶部高程为171.40m，在保证最小淹没深度的情况下，水库发电水位不能低于183.86m。1.1.3线路布置隧洞布置平面图见附录枢纽布置图和引水隧洞剖面图。1.2水电站厂房1.2.1水轮机安装高程根据设计资料，水轮机型号为HL123-LJ-225。水轮机的安装高程是一个控制性指标，对于立轴混流式水轮机，按下式计算： (1.3) (1.4)式中:——下游最低尾水位，m，按照正常蓄水位相应的下游尾水位计算；——水轮机吸出高度，m；——导叶高度，m，根据水轮机型号查得=0.82125m；——水轮机安装位置的海拔高程，m，取设计资料中正常蓄水位对应的下游尾水位；——净水头，一般可按设计水头计算，取31.6m；——电站装置汽蚀系数与模型汽蚀系数之比值，取1.2；——模型汽蚀系数，根据水轮机型号查《水电站机电设计手册》知=0.2.。计算得=0.813m，=141.93m。1.2.2主厂房平面布置主厂房的总长度包括机组段长度、端机组段的长度和安装场长度并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。1.2.2.1机组段长度由基础资料提供本工程设计中水轮发电机选用型号为HL-123-LJ-225，查《水电站机电设计手册（水力机械）》得标称直径=2250mm，=3850mm蜗壳选用圆形断面，包角为345°。根据蜗壳进口断面平均流速曲线可知，当设计水头为31.6m时，蜗壳进口断面平均流速=5.2m/s，蜗壳断面尺寸公式可由下式（1.5）、（1.6）、（1.7）计算： （1.5） （1.6） （1.7）式中：——断面中心距；——断面外半径；——单机额定流量，38.4m3/s；——任一圆断面包角，°；——座环外半径，m，。计算得：=3.33m，=4.86m机组段长度的基本计算公式如下所示： （1.8）蜗壳层 （1.9） （1.10）式中：——蜗壳包角345°的半径，4.86m；——蜗壳包角165°的半径，3.33m；——蜗壳层外包混凝土的厚度，取1.5m。计算得：11.19m。尾水管层尾水管层采用兑成尾水管布置，计算公式如下： （1.11） （1.12）式中：——尾水管宽度，为6.12m；(根据《水电站》常见尾水管设计取)——尾水管边墩混凝土厚度，初步设计时可取1.2~1.5m，取1.5m。计算得9.12m。发电机层发电机层机组段长度计算公式： （1.13） （1.14）式中：——发电机风罩内径，为8.80m；——发电机风罩外壁净距，取0.5m；——两机组之间风罩外壁净距，取3m。计算得：12.4m。综合上述三个机组段长度值，取其中的最大值作为最终成果，即机组段长度12.4m。端机组段长度端机组段加长，决定于安装场位置、桥吊宽度和工作范围，应保证机组中心线或进水阀中心线在吊钩极限位置以内，一般要求附加长度，安装场位于主机间左边取小值，安装场位于右边取大值。并留有0.2~0.3m的裕度，本设计取0.3m。依据经验，靠近安装场一端=0.45m。远离安装场的一端=1.8m。靠近安装场一端机组段长度：=12.4+0.45+0.3=13.15m；远离安装场的一端机组段长度：=12.4+1.8+0.3=14.5m。安装场长度根据设计手册，缺乏资料时，安装间长度可取1.25~1.5倍机组段长度。本设计取安装场长度为16m。主厂房的长度为安装场与机组段长度之和。即：=12.4×4+0.3×2+0.45+1.8+16=68.45m。1.2.2.1主厂房宽度主厂房宽度应由厂房的水下部分与水上部分综合考虑确定，厂房水下部分宽度以机组纵轴线为界，由下游侧与上游侧两部分宽度组成，下游侧宽度主要决定于蜗壳尺寸及下游混凝土的结构厚度，上游侧宽度主要决定于蜗壳进口布置，主阀（厂房蝴蝶阀布置在场内）和机组其他附属设备的布置，至于场内的机械线路、电器出线和水工排水廊道等都应尽量利用已有空间进行布置，一般以不增加厂房宽度为原则。水下部分宽度在初设阶段也可采用一些经验公式进行估算，下游宽度，通常取尾水管长度（），即：式中：——水轮机转轮直径，m。上游宽度为：式中：——系数，随转轮直径面积，当=0.6～1m时，相应。经计算得:=10.125m，=4.05~13.5m，取=9.675。故主厂房的最终宽度=10.125+9.675=19.8m。1.2.3副厂房布置本次设计中电站厂房只进行简略设计，参考其它工程经验，将副厂房布置在主厂房上游侧。取副厂房长度与主厂房同长，宽度取8.0m。1.3尾水渠为保证渠道内水流平顺，流态平稳，避免发生淤积和冲刷，需要布置尾水渠。同时可以减小工程量。1.4放空隧洞放空隧洞的修建为了配合溢洪道宣泄洪水，主要用于洪水来临前期或者其他原因需要将水库中水位下降至一定高程。由于放空隧洞一般高程较低，因此选用有压式隧洞，洞身采用圆形断面。1.4.1洞径放空隧洞的断面尺寸应该根据水力条件、用途、地应力情况、工程地质条件、衬砌施工条件等因素，通过安全运行要求和技术经济分析来确定。根据《水工设计手册》第七卷，对于隧洞断面的最小尺寸，圆形断面的最小直径不宜小于2.0m；非圆形断面的高度不宜小于2.0m,宽度不宜小于1.8m。放空隧洞的洞径需结合水库放空时间综合确定。先初步假定放空隧洞断面直径为3.2m。通过放空计算，在隧洞直径D=3.2m时，算得放空时间16.7天。一般放空时间约为2～3周，符合经济要求。故最终确定放空隧洞直径D=3.2m。1.4.2进口高程放空隧洞的目的是为了在特殊情况下将水库放空至死水位，为了防止水沙淤积堵塞隧洞，隧洞的进口高程应控制在淤沙高程以上，死水位以下，并且应留有一定淹没深度。同时，隧洞的进口高程布置和隧洞洞径应保证隧洞在一定时间内完成放空任务，这个时间一般是10～20天。依据《水工隧洞设计规范》，要求洞顶以上有2m的水压力余幅，以保证洞内水流处于有压流态。随着洞内流速增大，压力余幅也应增大。放空隧洞进口处应高于水库淤沙高程，低于水库死水位高程。综合选定放空隧洞的进口高程为171m。水库放空要求从正常蓄水位191.80m放至死水位182.80m。其中，溢流堰堰顶高程186m，水电站引水隧洞进口高程171.0m。库水位在191.80～186m时，溢流堰、水电站引水隧洞和防空洞同时进行放水。在水库水位为186～182.80m之间，水库通过发电和放空隧洞放水。1.4.3溢洪道下泄流量计算溢洪道的泄流量用下式计算： （1.15）式中：——溢流堰净宽，根据设计为50m；——计入行进流速的堰上总水头，m；对于低堰，，其中，为行进流速，为动能修正系数，可取为1.0；为堰上水头；——淹没系数，取1；——侧收缩系数，由调洪演算中取0.844；——流量系数，根据水力学流量系数表取0.425；1.4.4放空隧洞下泄流量计算放空隧洞的泄流量用下式计算： （1.16）式中：——考虑隧洞沿程阻力和局部阻力的流量系数，一般可取0.85～0.90，取0.85；——隧洞出口的断面面积，；——作用水头，m。水电站的泄流量按照水轮机引用流量计算，四台机组同时发电下泄流量为153.6m³/s。1.4.5放空时间计算放空时间时，按照0.9m的距离分段计算，上游水头取高程的平均值。根据资料提供的水位-库容关系曲线和相应水位下的下泄流量根据水量平衡方程进行放空时间计算。入库流量根据坝址多年平均径流量通过水文计算可知入库流量为96.7m³/s。表1.1放空时间计算表水位/m库容/m³来水量/(m³/s)电站引水量/(m³/s)溢洪道泄水量/(m³/s)时段溢洪道下泄流量/(m³/s)放空隧洞泄水流量/(m³/s)时段放空隧洞泄水流量/(m³/s)放空时间/s历时/s191.888384000096.715153.6996.369181.0550190.982192000096.715153.6751.963871.166184.838185.94658244.08258244.08219076000000096.715153.6542.354650.159182.594183.71674255.729132499.811189.172328000096.715153.6352.270441.312180.323181.45958399.674190899.485188.268656000096.715153.6191.751272.010178.022179.17381386.030272285.514181.364984000096.715153.661.794129.773175.692176.857119753.464392038.978186.461312000096.715153.6033.897173.330174.511176192.769568231.747185.557640000096.715153.600170.935172.133213323.763781555.510184.653968000096.715153.600168.507169.721216354.864997910.374183.750296000096.715153.600166.043161.275219518.9651217429.339182.846624000096.715153.600163.542164.792222826.0851440255.424通过计算可得放空累计历时，经单位换算得放空时间为16.7天，放空隧洞直径D=3.2m符合上述得经济要求。1.4.6与导流洞结合放空隧洞进口高程为17